LED

Subyek:

Inleiding
Pengoperasian LED
Tegangan konduksi sehubungan dengan warna LED
Metode pengendalian
LED multi-warna

Perkenalan:
LED adalah komponen semikonduktor yang umum digunakan untuk memancarkan cahaya. LED singkatan dari: Light Emitting Diode dan artinya: dioda pemancar cahaya. Setelah penemuannya pada tahun 1962, LED terutama digunakan sebagai lampu indikator dan transmisi sinyal. Sejak akhir tahun 90-an, perkembangan teknologi memungkinkan dihasilkannya LED yang berfungsi sebagai sumber cahaya untuk penggunaan sehari-hari. Dalam teknologi otomotif, LED sering digunakan sebagai penerangan instrumen (dasbor), penerangan eksterior (lampu belakang) atau penerangan utama (pada lampu depan) karena keunggulan berikut dibandingkan lampu pijar dan lampu halogen:

konsumsi energi yang rendah: dengan intensitas cahaya yang sama dibandingkan jenis lampu lainnya, LED menggunakan energi yang jauh lebih sedikit. LED memiliki efisiensi yang sangat tinggi hingga 80%;
keamanan: lampu pijar membutuhkan sekitar 200 ms untuk memanaskan filamen dan memancarkan cahaya. LED tidak memerlukan fase pemanasan, artinya LED mencapai intensitas cahayanya lebih cepat (kurang dari 1 milidetik). Ketika LED digunakan sebagai lampu rem, pengereman diketahui lebih awal dan mempunyai pengaruh positif pada waktu berhenti;
perkembangan panas yang rendah: karena LED sulit memanas, rumah lampu dapat dibuat lebih kecil dan bahan yang lebih murah dapat digunakan yang kurang tahan terhadap tekanan termal;
umur panjang: LED bertahan kira-kira seumur hidup mobil. Jika ternyata LED rusak, penyebabnya sering kali ditemukan di tempat lain, misalnya jalur pencetakan terputus atau kontrol salah. Kecerahan LED dapat berkurang seiring dengan jumlah jam pembakaran tertentu.

Gambar di bawah menunjukkan simbol dioda, dengan tambahan teks di atas sisi “anoda” dan “katoda”. Simbol LED hampir identik dengan dioda, tetapi telah ditambahkan dua panah mengarah ke atas, yang menunjukkan radiasi cahaya. Arah arus, seperti halnya dioda, searah panah. Goresan vertikal adalah arah sebaliknya. Jika arus mengalir melalui LED searah panah, maka akan menyala. Sebaliknya, itu akan diblokir dan karenanya tidak menyala.

Pengoperasian LED:
Sama seperti dioda “normal”, LED terdiri dari dua lapisan semikonduktor:

lapisan negatif (lapisan-n) mengandung kelebihan elektron;
lapisan positif (lapisan p) kekurangan elektron.

Kekurangan elektron pada lapisan p dapat dilihat sebagai banyaknya lubang positif yang berlebih. Pada sambungan p-n (lapisan penipisan), kelebihan elektron pada lapisan-n akan mengisi celah pada lapisan-p. Belum ada arus yang mengalir, sehingga muatan pada sambungan np bersifat netral.

Agar arus dapat mengalir melalui dioda, tegangan internal dari zona penipisan harus diatasi terlebih dahulu. Inilah yang disebut tegangan difusi atau tegangan ambang batas dioda. Ketika tegangan dinaikkan maka arus elektron akan dapat mengalir dari lapisan-n ke lapisan-p. Namun, pada lapisan penipisan, sebagian elektron ditangkap oleh lubang. Elektron ini melepaskan sebagian energinya dalam bentuk kilatan cahaya. Cahaya yang dihasilkan dapat keluar melalui lapisan p yang tipis. Intensitas cahaya ditentukan oleh arus: semakin kuat arus, semakin kuat cahayanya.

Lompatan elektron valensi dari lapisan negatif ke positif memberikan cahaya yang dipancarkan dioda.

Tegangan konduktor sehubungan dengan warna LED:
LED hadir dalam tiga warna: merah, hijau dan biru. Dengan ketiga warna dasar tersebut dapat diperoleh warna lain dengan cara mencampurkannya. Komposisi material pada lapisan n dan p menentukan jumlah energi pada elektron dan hole.

Elektron berenergi rendah mengubah lebih sedikit energi menjadi radiasi cahaya dibandingkan elektron berenergi tinggi;
Lampu merah memiliki energi lebih sedikit dibandingkan lampu biru;
Merah dihasilkan oleh elektron berenergi rendah dan biru oleh elektron berenergi tinggi.

LED putih tidak dapat diproduksi. Dengan menambahkan lapisan fluoresen ekstra ke LED biru, sebagian cahaya biru diubah menjadi cahaya kuning. Campuran cahaya biru dan kuning dianggap oleh mata manusia sebagai cahaya putih. Dengan menyesuaikan rasio pencampuran antara cahaya kuning dan biru ini, Anda dapat memancarkan cahaya putih hangat atau dingin.

Dalam karakteristiknya kita melihat tegangan yang terbentuk di zona penipisan dan oleh karena itu merupakan tegangan konduksi dari LED warna yang relevan. Ketika arus dialirkan melalui LED, terjadi penurunan tegangan yang hampir konstan.

Metode pengendalian:
Dalam teknologi otomotif kita dapat menggunakan LED dengan a resistor seri atau pada rangkaian seri, sehingga diperoleh tegangan kendali yang diinginkan.

LED dengan resistor seri:
Jika kita menghubungkan LED langsung ke plus dan minus baterai, LED akan langsung mati. Harus selalu ada satu resistor seri ditempatkan secara seri dengan LED.

Nilai resistor seri ditentukan oleh dua faktor: arus dan tegangan suplai. LED merah menyala segera setelah tegangan operasi 1,5 volt tercapai dan sekitar 20 mA mengalir melaluinya.

Tegangan suplai yang diberikan tergantung pada aplikasinya. Dalam industri otomotif, tegangannya bisa 5, tapi juga 12 atau 24 volt. Hambatan yang diperlukan dapat ditentukan dengan menggunakan Hukum Ohm. Kurangi tegangan operasi dari tegangan suplai dan bagi dengan arus.

Dengan tegangan suplai 5 volt, diperlukan resistor seri (5 - 1,5) / 0,02 = 175 ohm untuk LED merah.
dengan tegangan suplai 12 volt dan LED merah: (12 – 1,5) / 0,02 = 525 ohm (resistansi satu faktor lebih tinggi).

Kami terutama menemukan LED dengan resistor seri dalam pencahayaan LED yang dipasang (retrofit). Waktu hidup dan mati yang cepat serta terangnya sebuah LED dapat menjadi alasan untuk mengganti lampu pijar dengan LED. Anda tidak perlu melakukannya untuk efisiensi energi, karena resistor seri juga menyebabkan hilangnya daya yang dalam beberapa kasus sama besarnya dengan disipasi daya lampu aslinya.

Menghubungkan LED secara seri:
Dengan menghubungkan LED secara seri, tidak diperlukan resistor seri atau resistor seri dengan nilai resistansi rendah. Resistansi internal LED sendiri memastikan bahwa tegangan suplai didistribusikan di antara LED dalam rangkaian seri. Semakin banyak LED yang ditempatkan secara seri, semakin kecil resistor seri yang dapat dibuat. Pada gambar, enam buah LED dihubungkan secara seri dan dua baris dihubungkan secara paralel.

LED yang dihubungkan secara seri terdapat pada unit lampu belakang atau unit lampu rem ketiga. Ini adalah metode pengendalian yang sering digunakan dalam teknologi otomotif.

Sesuaikan intensitas cahaya:
Dengan mikrokontroler kita dapat mengontrol kendali sebuah LED dengan pulsa. Kami menyebutnya: Pulse Width Modulation (PWM).
Siklus kerja menentukan waktu aktifnya LED. Dengan mengganti pulsa on-off antara 3,3 dan 0 volt pada kecepatan tinggi, LED menyala pada kecerahan yang lebih rendah.

Cara pengendalian ini sama pada bola lampu dengan beberapa fungsi, seperti:

Kecerahan 50% dengan lampu menyala;
Cahaya terang 100% dengan lampu rem menyala.

Dalam pengaturan praktis dengan Arduino, Anda dapat bereksperimen dengan kontrol PWM LED pada Arduino atau LED yang terhubung secara eksternal (dilengkapi dengan resistor seri).

LED multi-warna:
Semua warna dapat disusun dengan tiga warna dasar merah, hijau dan biru. Ini dapat dimanfaatkan dengan menggabungkan dua atau tiga LED. Di bawah ini ditunjukkan tiga prinsip yang digunakan untuk memperoleh banyak warna melalui rangkaian listrik.

LED dua warna:
Diagram menunjukkan dua LED yang dihubungkan secara paralel, dengan arah mundur dan maju. Arah arus menentukan LED mana yang menyala: hijau (atas) atau merah (bawah). Polaritasnya dibalik oleh sirkuit eksternal atau ECU.

LED tiga warna:
Diagram ini juga menunjukkan dua LED yang dihubungkan secara paralel. Dalam rangkaian, tegangan suplai dapat diterapkan ke salah satu dari dua LED (hijau atau merah), atau keduanya secara bersamaan. Dalam hal ini, terjadi pencampuran warna dan LED merah dan hijau berubah menjadi kuning.

LED RGB:
Dengan LED RGB, tiga LED, masing-masing dengan warnanya sendiri, ditempatkan dalam satu wadah. Warna dapat dikontrol secara terpisah. Untuk mengontrol LED RGB, diperlukan tiga kontrol PWM, yang menghasilkan rasio hidup/mati yang dapat disesuaikan pada setiap pin daya. Selain warnanya berbeda, intensitas cahayanya juga bisa diatur.

Pada gambar berikutnya kita melihat tiga LED, masing-masing dengan koneksi Anoda sendiri (A1 ke A3) dan Katoda umum.

Halaman terkait: