Die stetige Optimierung der LED

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Eine Leuchtdiode – LED – ist ein ist ein elektronisches Halbleiter-Bauelement, durch dessen Dioden elektrischer Strom fließt, woraufhin diese Licht abstrahlen. Hochleistungs-LEDs werden mit mehr als 20 Milliampere betrieben. Mehrfarbige Leuchtdioden bestehen aus zwei bis drei verschiedenen Dioden in einem Gehäuse mit einer gemeinsamen Anode oder Kathode und einem Anschluss für jede Farbe. Eine stufenlose Farbveränderung kann über ein variables Pulsbreitenverhältnis eines geeigneten Wechselstroms erzeugt werden.

Leuchtdioden besitzen eine exponentiell ansteigende Strom-Spannungs-Kennlinie, die unter anderem auch von der Temperatur abhängt. Der Lichtstrom ist nahezu proportional zum Betriebsstrom. Die Flussspannung stellt sich durch Betrieb an Konstantstrom ein, besitzt Exemplarstreuungen und ist temperaturabhängig – sie sinkt mit steigender Temperatur wie bei allen Halbleiterdioden ab. Die Versorgung über eine Konstantstromquelle, häufig in Form eines Vorwiderstandes, ist daher zwingend. Direkter Betrieb an einer Steckdose ist nicht möglich, da der Arbeitspunkt nicht ausreichend genau eingestellt werden kann. Manche Batterie-Leuchten betreiben LEDs direkt an Primärzellen – hier verlässt man sich auf einen ausreichend hohen Innenwiderstand der beigelegten Batterien.

Durch die Optimierungen des Halbleitermaterials, der Geometrie von Halbleiterkristall und Gehäuse ist es seit den 90er Jahren möglich, LEDs mit sehr wenig Strom zu betreiben und trotzdem eine gute Helligkeit zu erzielen. Mini LEDs haben eine maximal zulässige Stromaufnahme von 2 mA, Standard-LEDs von 20 mA und Hochleistungs-LEDs über 18 A. Die Flussspannung liegt zwischen 1,3 V und ca. 4 V. Die maximal zulässige Sperrspannung liegt meistens bei ca. 5 Volt.

Der Anwendungsbereich von LEDs ist breit gefächert. Aufgrund der geringen Lichtausbeute werden sie oft in Anzeigeelementen genutzt. Dabei ersetzen sie kleine Glüh- oder Glimmlampen. Zeitgleich ergaben sich Anwendungen zur Signalübertragung, wo die Leuchtdiode in ihrer Funktion nicht unbedingt für den Benutzer optisch sichtbar ist (Infrarotlicht), wobei Leuchtdioden bis heute dominierend sind. Ein weiterer, großer Bereich ist in der Beleuchtung zu finden. Von Raumleuchten, bis hin zu Straßenbeleuchtungen leuchten LEDs bis in den letzten Winkel. Vermehrt finden LEDs Verwendung bei Leuchtstäben, Taschenlampen, Verkehrslichtern und auch im Stall werden vermehrt LED-Beleuchtungen eingesetzt, da gemäß einer Studie die Tiere so stressfreier gehalten werden können. Sowohl im Laserbereich als auch in der Medizin- und Zahntechnik sind LEDs nicht mehr wegzudenken. Auch die Unterhaltungs-Elektronik ist ohne LEDs nicht mehr vorstellbar.

Eine Leuchtdiode besitzt eine exponentielle Kennlinie, wodurch kleine Schwankungen in der Spannung große Stromänderungen verursachen. Deshalb kann eine LED nicht direkt an eine Stromquelle wie eine Batterie oder eine Steckdose angeschlossen werden. LEDs können über einen weiten Spannungsbereich mit konstantem Strom sicher betrieben werden. Dazu werden meistens Transistoren oder integrierte Schaltkreise genutzt. Für LEDs, die am Netzstrom betrieben werden, braucht es demzufolge einen LED Trafo.

LEDs der Bauformen MR16 LED Spots und MR11 LED Strahler sowie G4 LED Spots sollten grundsätzlich mit jedem Trafo funktionieren, welcher 12 V Ausgangsspannung liefert. Mit den gängigen magnetischen Trafos (Ringkerntrafos) gibt es daher nur sehr selten Probleme. Bei elektronischen Trafos sieht es dagegen anders aus, da diese eine Mindestbelastung voraussetzen. Da die LEDs sehr wenig Strom benötigen, wird diese Mindestbelastung meist nicht erreicht, woraus resultiert, dass die Lampen meist überhaupt nicht brennen oder flackern. Wenn dies der Fall ist, muss der Trafo gegen ein geeignetes Modell ersetzt werden. Ist dies nicht möglich, muss der Stromverbrauch erhöht werden, indem man weitere LED Quellen anschließt oder eine herkömmliche Lichtquelle mit dem Trafo verbindet. Am besten ist aber der Erwerb eines speziellen LED Trafos, damit ein ausfallfreier Betrieb garantiert ist.

Kategorie: Allgemein, Technik Tags: Diode, halbleiter, led, Leuchtdiode, Licht

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