Il LED che sto usando richiede una tensione di illuminazione più elevata di quella che ho fornito e, di conseguenza, non si accende affatto.

Mi aspetterei almeno una luce fioca, ma la luce non viene generata.

Perché questo comportamento di "se non c'è il livello di tensione richiesto non c'è luce"? Cosa sta succedendo all'interno del LED?

I LED non funzionano come le normali lampadine (a incandescenza).

Differenze principali (un po 'semplificate per i principianti):

• Hanno una polarità, quindi devono essere alimentati usando DC rispettando quella polarità. Invertire la polarità e non funzioneranno. Puoi anche danneggiarli se applichi più di ~ 4V-5V nella direzione opposta (questi sono valori sicuri; il valore massimo tollerabile esatto dipende dal dispositivo specifico).

• L'emissione di luce inizia solo se viene raggiunta una certa tensione (tensione di soglia), sotto tale tensione l'emissione è trascurabile. Pertanto, se si dispone di una batteria la cui tensione è inferiore alla tensione di soglia del LED, si è sfortunati, a meno che non si utilizzi un circuito più complicato (ad esempio un ladro Joule o un convertitore DC-DC boost) per alimentare il LED.

• Una volta raggiunta la tensione di soglia, un leggero aumento della tensione fa sì che il LED conduca pesantemente, cioè assorba una corrente enorme . Quindi è necessario un resistore in serie per limitare tale corrente a un limite di sicurezza. Ci sono altre domande / risposte su questo sito che spiegano come calcolare il valore del resistore limitante.

• Una volta effettuata, l'intensità della luce emessa è approssimativamente proporzionale alla corrente (non alla tensione) che fluisce nel diodo (quindi si ottiene un LED più luminoso se si diminuisce il valore della resistenza di limitazione). Questo fino al limite massimo di corrente del LED. Dopo che è stato raggiunto quel limite, il dispositivo diventa POOF !

Ti chiedi anche perché tutto ciò accada, ma la risposta è abbastanza complessa, poiché dipende dalla struttura fisica del cristallo a semiconduttore all'interno del diodo. La spiegazione fisica sta nella meccanica quantistica e nella fisica dello stato solido, materie davvero difficili.

L' articolo di Wikipedia sui LED raschia solo la superficie del funzionamento interno dei LED ed è ancora abbastanza complesso.

Vedo che Lorenzo ha già risposto direttamente alla tua domanda (+1). Ecco cosa puoi fare per accendere il tuo LED e vedere cosa hai.

I LED sono diodi, quindi conducono solo in una direzione. A differenza di una normale lampadina, l'orientamento è importante. Se il LED non si illumina in un modo, capovolgilo e riprova.

Per sperimentare in modo sicuro praticamente con qualsiasi LED, utilizzare un'alimentazione a 5 V con almeno 180 Ω in serie. L'uso di una resistenza superiore funziona, ma illuminerà il LED più debolmente. Anche con 1 kΩ in serie, sarai comunque in grado di vedere qualsiasi LED a luce visibile illuminato all'interno.

Il motivo per utilizzare un'alimentazione a 5 V è limitare la tensione inversa attraverso il LED quando è collegata all'indietro. La maggior parte dei LED può sopportare almeno 5 V al contrario.

Un LED a luce visibile farà cadere almeno 1,8 V. Ciò lascia (5 V) - (1,8 V) = 3,2 V attraverso la resistenza. Quasi tutti i LED possono gestire una corrente diretta di 20 mA. Secondo la legge di Ohm, (3,2 V) / (20 mA) = 160 Ω. Ho detto un minimo di 180 Ω per un piccolo margine e perché questo è un valore comune.

La tensione diretta del LED dipende dal colore. I LED verdi comuni scendono di circa 2,1 V, ad esempio. I LED "bianchi" sono in genere LED UV con fosfori che riemettono nello spettro visibile. Quelli possono cadere intorno a 3,5 V.

Con una resistenza da 200 Ω e un LED da 3,5 V, si ottiene (1,5 V) / (200 Ω) = 7,5 mA. Un tale LED si accenderà comunque in modo abbastanza visibile con 7,5 mA, anche se avrebbe potuto gestire 20 mA o più.

Una volta acceso il LED, puoi misurare la sua tensione diretta, quindi regolare la resistenza per consentire la massima corrente con quella tensione diretta. Supponiamo che il massimo sia 20 mA a meno che non si disponga di una scheda tecnica e non sia indicato diversamente.

Spiegazione fisica

Lampadine

Una luce a incandescenza non è in realtà una fonte di luce tanto quanto un elemento riscaldante . Qualsiasi corrente attraverso un filo lo riscalda un po ' ; una volta che il filo è al di sopra della temperatura ambiente, emette energia netta attraverso la radiazione del corpo nero . La velocità con cui questa energia viene emessa dipende dalla quarta potenza della temperatura , ovvero maggiore è la temperatura più luminosa ^† . E più corrente (o equivalentemente ^‡ maggiore tensione), maggiore è la temperatura del filo.

$2.6\times10^{-19}$

LED

$2.6\ldots3.2\times10^{-19}$

$1.6\times10^{-19}\:\mathrm{J}$$U$$U\times1\:\mathrm{eV}$

_$T^4$

^‡ _{Allo stesso modo, la legge di Ohm non è completamente corretta qui perché la resistività dipende dalla temperatura. Ma la dipendenza qualitativa più alta tensione ⇒ maggiore potenza elettrica è ancora valida.}

Hai appena ricevuto una lezione su come i LED non sono lineari .

Le lampadine a incandescenza sono lineari quando si accendono . Lineare significa che agisce come una resistenza: l'assorbimento di corrente è proporzionale alla tensione: metà della tensione, metà della corrente, 1/4 della potenza. Una luce a incandescenza farebbe quello che ti aspetti.

I LED hanno una curva di tensione-corrente molto ripida: una piccola variazione di tensione provoca una grande variazione nell'assorbimento di corrente. Sei fuori dal fondo di quel grafico, quindi nessuna luce.

La curva ripida rende il LED molto instabile, piccole variazioni di tensione provocano grandi (e dannose) variazioni di corrente. Peggio ancora, la curva cambia in base alla temperatura, al binning e all'età. Quindi i LED sono classificati a una corrente specifica anziché alla tensione. Per gli indicatori, è possibile limitare la corrente con resistori. Per l'illuminazione, dove è necessario il massimo delle prestazioni, è meglio usare un circuito di pilotaggio attivo per regolare la corrente alle specifiche.

Tali circuiti si prestano anche ad aumentare o invertire la tensione di alimentazione per adattarsi al LED. Joule Thief è un semplice circuito che risolve il problema di guidare un LED di illuminazione con una singola batteria da 1,5 V.

Per quello che vale, è anche peggio con il terzo tipo di luce, illuminazione a scarica d'arco: fluorescente, neon, alogenuri metallici, vapore di mercurio e sodio ad alta / bassa pressione. Sono isolanti fino a una certa tensione quando l'arco colpisce ... Dopo di che sono quasi morti. La limitazione di corrente è obbligatoria.

Un piccolo background sui semiconduttori ...

Il silicio puro (o germanio) è un isolante. Le impurità vengono aggiunte per creare materiale di tipo "P" o "N". Quando questi sono uno accanto all'altro (in un diodo PN o LED) le impurità si annullano a vicenda , lasciandoti con un piccolo strato " puro " - che funge da isolante.

Se si collega l'alimentazione nel modo sbagliato , lo strato diventa più spesso e più forte - fino a quando non si danneggia il dispositivo. (I varicaps usano questo principio per creare un condensatore variabile - lo spessore dell'isolamento funge da distanza tra le piastre del condensatore)

Quando si collega l'alimentazione nel modo giusto , lo strato si assottiglia fino a quando il dispositivo alla fine non passa corrente. Quando ciò accadrà finalmente, il LED inizierà a brillare.

Un'ultima nota: è possibile accendere un LED con una sorgente da 1,5 V: utilizzare un circuito "step up" di tensione. Il circuito più comune si chiama Joule Thief .

La loro caduta di tensione (~ 2 V) è superiore alla tensione di alimentazione (1,5 V). Se la tensione di alimentazione è inferiore alla caduta di tensione, qualsiasi diodo (incluso il LED) non conduce affatto.

Oltre alle risposte qui, vale anche la pena sottolineare che ogni LED è diverso (anche per colore). Hanno tutti tensioni di "attivazione" e limiti di interruzione leggermente diversi.

Il modo corretto per essere sicuri di non far esplodere il tuo LED e allo stesso tempo assicurarti che puoi aspettarti la luce è guardare la scheda tecnica del tuo LED.

L'uso del foglio dati ti darà l'esperienza essenziale in

1. Individuazione di detti fogli dati
2. Leggendoli e capendoli

Per iniziare, eccone uno casuale per un LED bianco nella parte superiore di Google; che è forse un po 'più complesso della maggior parte dei LED perché "bianco" non è un colore nella terra dei LED.

C'è un'incredibile quantità di informazioni in essi contenute e, se non le capisci, ti suggerirei di provare e quindi pubblicare di nuovo una domanda che ti chiede di una parte specifica che non capisci.