Pengertian Dioda LED (Light Emitting Diode)
Light Emitting Diode atau hanya LED adalah salah satu yang paling banyak digunakan dari semua jenis dioda semikonduktor yang tersedia saat ini dan umumnya digunakan di TV dan layar berwarna.
Mereka adalah jenis dioda yang paling terlihat, yang memancarkan bandwidth yang cukup sempit baik dari cahaya tampak pada panjang gelombang berwarna yang berbeda, cahaya infrared tidak terlihat untuk kontrol jarak jauh atau lampu jenis laser ketika arus maju dilewatkan melalui mereka.
Light Emitting Diode atau LED seperti yang lebih umum disebut, pada dasarnya hanya tipe dioda khusus karena mereka memiliki karakteristik listrik yang sangat mirip dengan dioda PN-junction. Ini berarti bahwa LED akan melewati arus ke arah maju tetapi menghalangi aliran arus ke arah sebaliknya.
LED terbuat dari lapisan yang sangat tipis dari bahan semikonduktor yang cukup berat dan tergantung pada bahan semikonduktor yang digunakan dan jumlah doping, ketika forward bias LED akan memancarkan cahaya berwarna pada panjang gelombang spektral tertentu.
Ketika dioda forward bias, elektron dari pita konduksi semikonduktor bergabung kembali dengan lubang dari pita valensi melepaskan energi yang cukup untuk menghasilkan foton yang memancarkan cahaya monokromatik (warna tunggal). Karena lapisan tipis ini, sejumlah foton yang masuk akal ini dapat meninggalkan persimpangan dan memancarkan cahaya menghasilkan keluaran cahaya berwarna.
Maka kita dapat mengatakan bahwa ketika dioperasikan dalam arah forward bias LED adalah perangkat semikonduktor yang mengubah energi listrik menjadi energi cahaya.
Konstruksi Light Emitting Diode atau LED sangat berbeda dari Dioda Sinyal biasa. PN-junction dari LED dikelilingi oleh shell atau badan berbentuk epoksi resin plastik transparan yang keras yang melindungi LED dari getaran dan goncangan.
Anehnya, persimpangan/junction LED tidak benar-benar memancarkan cahaya sebanyak itu sehingga badan resin epoksi dibangun sedemikian rupa sehingga foton cahaya yang dipancarkan oleh persimpangan dipantulkan jauh dari dasar substrat di sekitarnya tempat dioda dipasang dan difokuskan ke atas melalui bagian atas kubah LED, yang dengan sendirinya berfungsi seperti lensa yang memusatkan jumlah cahaya. Inilah sebabnya mengapa cahaya yang dipancarkan tampak paling terang di bagian atas LED.
Namun, tidak semua LED dibuat dengan kubah berbentuk setengah-bola untuk kulit epoksi mereka. Beberapa indikasi LED memiliki konstruksi berbentuk persegi panjang atau silinder yang memiliki permukaan datar di atas atau tubuhnya berbentuk batang atau panah. Secara umum, semua LED diproduksi dengan dua kaki yang menonjol dari bagian bawah tubuh.
Juga, hampir semua dioda pemancar cahaya LED modern memiliki katoda mereka, ( - ) terminal diidentifikasi oleh takik atau tempat datar pada tubuh atau oleh ujung katoda yang lebih pendek dari yang lain karena anoda ( + ) lebih panjang dari katoda (k).
Tidak seperti lampu pijar dan bola lampu biasa yang menghasilkan panas dalam jumlah besar ketika diterangi, LED menghasilkan pembangkit cahaya "dingin" yang mengarah pada efisiensi tinggi daripada bola lampu biasa karena pada sebagian besar energi yang dihasilkan akan terpancar jauh di dalam cahaya tampak spektrum.
Karena LED adalah perangkat solid-state, mereka bisa sangat kecil dan tahan lama dan memberikan umur lampu lebih lama daripada sumber cahaya biasa.
LED terbuat dari senyawa semikonduktor eksotis seperti Gallium Arsenide (GaAs), Gallium Phosphide (GaP), Gallium Arsenide Phosphide (GaAsP), Silicon Carbide (SiC) atau Gallium Indium Nitride (GaInN) semuanya dicampur bersama pada rasio yang berbeda untuk menghasilkan panjang gelombang warna yang berbeda.
Senyawa LED yang berbeda memancarkan cahaya di wilayah tertentu dari spektrum cahaya tampak dan karenanya menghasilkan tingkat intensitas yang berbeda. Pilihan tepat dari bahan semikonduktor yang digunakan akan menentukan panjang gelombang keseluruhan emisi cahaya foton dan oleh karena itu warna yang dihasilkan dari cahaya yang dipancarkan.
Jadi, warna aktual dari LED ditentukan oleh panjang gelombang cahaya yang dipancarkan, yang pada gilirannya ditentukan oleh senyawa semikonduktor aktual yang digunakan dalam membentuk PN-junction selama pembuatan.
Oleh karena itu warna cahaya yang dipancarkan oleh LED TIDAK ditentukan oleh pewarnaan tubuh plastik LED meskipun ini sedikit diwarnai untuk meningkatkan keluaran cahaya dan untuk menunjukkan warnanya ketika tidak diterangi oleh supply listrik.
LED tersedia dalam berbagai warna dengan yang paling umum adalah MERAH, AMBER, KUNING dan HIJAU dan karenanya banyak digunakan sebagai indikator visual dan sebagai tampilan lampu bergerak.
LED berwarna biru dan putih yang dikembangkan baru-baru ini juga tersedia tetapi ini cenderung jauh lebih mahal daripada warna standar normal karena biaya produksi pencampuran dua atau lebih warna komplementer pada rasio yang tepat dalam senyawa semikonduktor dan juga dengan menyuntikkan atom nitrogen ke dalam struktur kristal selama proses doping.
Dari tabel di atas kita dapat melihat bahwa dopan tipe-P utama yang digunakan dalam pembuatan LED - Light Emitting Diode adalah Gallium (Ga, atom nomor 31) dan bahwa dopan tipe-N utama yang digunakan adalah pemberian Arsen (As, atom nomor 33) memberikan senyawa yang dihasilkan dari struktur kristal Gallium Arsenide (GaAs).
Masalah dengan menggunakan Gallium Arsenide sendiri sebagai senyawa semikonduktor adalah bahwa ia memancarkan sejumlah besar radiasi infrared kecerahan rendah (kira-kira 850nm-940nm) dari persimpangan ketika arus maju mengalir melaluinya.
Jumlah lampu infrared yang dihasilkannya oke untuk kontrol jarak jauh televisi tetapi tidak terlalu berguna jika kita ingin menggunakan LED sebagai lampu indikator.
Tetapi dengan menambahkan Fosfor (P, atom nomor 15), sebagai doping ketiga panjang gelombang keseluruhan radiasi yang dipancarkan dikurangi hingga di bawah 680nm memberikan cahaya merah yang terlihat ke mata manusia.
Penyempurnaan lebih lanjut dalam proses doping PN-junction telah menghasilkan berbagai warna yang mencakup spektrum cahaya tampak seperti yang telah kita lihat di atas serta panjang gelombang infrared dan ultraviolet.
Dengan mencampurkan beragam semikonduktor, senyawa logam dan gas, daftar LED berikut ini dapat dihasilkan.
Seperti dioda PN junction konvensional, memancarkan cahaya dioda adalah perangkat arus-dependent atau bergantung dengan penurunan tegangan majunya VF, tergantung pada senyawa semikonduktor (warna terang) dan pada arus maju bias LED.
LED yang paling umum membutuhkan pengoperasian tegangan maju antara sekitar 1.2 hingga 3.6 volt dengan peringkat arus maju sekitar 10 hingga 30 mA, dengan kisaran 12 hingga 20 mA yang paling umum.
Baik operasi tegangan maju dan arus maju bervariasi tergantung pada bahan semikonduktor yang digunakan tetapi titik di mana konduksi dimulai dan cahaya dihasilkan adalah sekitar 1.2V untuk LED merah standar hingga sekitar 3.6V untuk LED biru.
Penurunan tegangan yang tepat tentu saja akan tergantung pada pabrikan karena bahan doping dan panjang gelombang yang digunakan berbeda. Penurunan tegangan LED pada nilai saat tertentu, misalnya 20mA, juga akan tergantung pada konduksi awal VF titik.
Karena LED secara efektif adalah sebuah dioda, kurva karakteristik arus dan tegangan maju dapat diplot untuk setiap warna dioda seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
Simbol Skema Light Emitting Diode (LED) dan Kurva Karakteristik I-V yang menunjukkan warna berbeda yang tersedia.
Sebelum sebuah dioda pemancar cahaya LED dapat “memancarkan” segala bentuk cahaya, ia membutuhkan arus untuk melewatinya, karena ia merupakan perangkat yang bergantung pada arus dengan intensitas keluaran cahaya-nya berbanding lurus dengan arus maju yang mengalir melalui LED.
Karena LED harus dihubungkan dalam kondisi forward bias melintasi catu daya, arus harus dibatasi menggunakan rangkaian resistor untuk melindunginya dari aliran arus berlebih. Jangan pernah menghubungkan LED langsung ke baterai atau catu daya karena akan dihancurkan hampir seketika karena terlalu banyak arus akan melewati dan membakarnya.
Dari tabel di atas kita dapat melihat bahwa setiap LED memiliki penurunan tegangan maju sendiri di PN-junction dan parameter ini yang ditentukan oleh bahan semikonduktor yang digunakan, adalah penurunan tegangan maju untuk jumlah arus konduksi maju tertentu, biasanya untuk arus maju 20mA.
Dalam kebanyakan kasus, LED dioperasikan dari supply DC tegangan rendah, dengan resistor seri, RS digunakan untuk membatasi arus maju ke nilai yang aman dari katakanlah 5mA untuk indikator LED sederhana hingga 30mA atau lebih di mana output cahaya kecerahan tinggi diperlukan.
1). resistor seri diperlukan pada 10mA.
2). dengan resistor seri 100Ω.
Kami ingat dari tutorial Resistor, bahwa resistor memiliki nilai standar yang disukai. Perhitungan pertama kami di atas menunjukkan bahwa untuk membatasi arus yang mengalir melalui LED ke 10mA dengan tepat, kami akan memerlukan resistor 300Ω.
Dalam seri E12 resistor tidak ada resistor 300Ω sehingga kita perlu memilih nilai tertinggi berikutnya, yaitu 330Ω. Penghitungan ulang cepat menunjukkan nilai arus maju baru sekarang adalah 9.1mA, dan ini tidak masalah.
Seperti halnya resistor seri, LED yang terhubung secara seri semuanya memiliki arus maju yang sama, IF mengalir melaluinya sebagai satu. Karena semua LED yang terhubung secara seri melewati arus yang sama, umumnya lebih baik jika semuanya memiliki warna atau tipe yang sama.
Meskipun rantai seri LED memiliki arus yang sama mengalir melalui itu, penurunan tegangan seri di antara mereka perlu dipertimbangkan ketika menghitung resistansi yang diperlukan resistor yang membatasi arus, RS.
Jika kita mengasumsikan bahwa setiap LED memiliki penurunan tegangan melintasinya ketika menyala 1.2 volt, maka penurunan tegangan pada ketiganya adalah 3 x 1.2v = 3.6 volt.
Jika kita juga berasumsi bahwa ketiga LED harus menyala dari perangkat logika 5 volt yang sama atau supply dengan arus maju sekitar 10mA, sama seperti di atas. Kemudian penurunan tegangan melintasi resistor, RS dan nilai resistansi akan dihitung sebagai:
VLED = 3 x 1.2volt = 3 x 1.2v = 3.6v
RS = VS - VLED = 5 - 3.6 = 1.4volt
Sekali lagi, dalam rangkaian resistor E12 (toleransi 10%) tidak ada resistor 140Ω sehingga kita perlu memilih nilai tertinggi berikutnya, yaitu 150Ω.
Rangkaian IC (integrated circuit) memiliki arus drive keluaran hingga 50mA dalam konfigurasi mode sink, tetapi memiliki arus output terbatas internal sekitar 30mA dalam konfigurasi mode sumber.
Bagaimanapun juga arus LED harus dibatasi pada nilai yang aman menggunakan resistor seri seperti yang telah kita lihat. Di bawah ini adalah beberapa contoh driver dioda pemancar cahaya menggunakan IC inverting tetapi idenya adalah sama untuk semua jenis output rangkaian terintegrasi apakah kombinasional atau sekuensial.
Mereka adalah jenis dioda yang paling terlihat, yang memancarkan bandwidth yang cukup sempit baik dari cahaya tampak pada panjang gelombang berwarna yang berbeda, cahaya infrared tidak terlihat untuk kontrol jarak jauh atau lampu jenis laser ketika arus maju dilewatkan melalui mereka.
Light Emitting Diode atau LED seperti yang lebih umum disebut, pada dasarnya hanya tipe dioda khusus karena mereka memiliki karakteristik listrik yang sangat mirip dengan dioda PN-junction. Ini berarti bahwa LED akan melewati arus ke arah maju tetapi menghalangi aliran arus ke arah sebaliknya.
LED terbuat dari lapisan yang sangat tipis dari bahan semikonduktor yang cukup berat dan tergantung pada bahan semikonduktor yang digunakan dan jumlah doping, ketika forward bias LED akan memancarkan cahaya berwarna pada panjang gelombang spektral tertentu.
Ketika dioda forward bias, elektron dari pita konduksi semikonduktor bergabung kembali dengan lubang dari pita valensi melepaskan energi yang cukup untuk menghasilkan foton yang memancarkan cahaya monokromatik (warna tunggal). Karena lapisan tipis ini, sejumlah foton yang masuk akal ini dapat meninggalkan persimpangan dan memancarkan cahaya menghasilkan keluaran cahaya berwarna.
Konstruksi Light Emitting Diode atau LED sangat berbeda dari Dioda Sinyal biasa. PN-junction dari LED dikelilingi oleh shell atau badan berbentuk epoksi resin plastik transparan yang keras yang melindungi LED dari getaran dan goncangan.
Anehnya, persimpangan/junction LED tidak benar-benar memancarkan cahaya sebanyak itu sehingga badan resin epoksi dibangun sedemikian rupa sehingga foton cahaya yang dipancarkan oleh persimpangan dipantulkan jauh dari dasar substrat di sekitarnya tempat dioda dipasang dan difokuskan ke atas melalui bagian atas kubah LED, yang dengan sendirinya berfungsi seperti lensa yang memusatkan jumlah cahaya. Inilah sebabnya mengapa cahaya yang dipancarkan tampak paling terang di bagian atas LED.
Namun, tidak semua LED dibuat dengan kubah berbentuk setengah-bola untuk kulit epoksi mereka. Beberapa indikasi LED memiliki konstruksi berbentuk persegi panjang atau silinder yang memiliki permukaan datar di atas atau tubuhnya berbentuk batang atau panah. Secara umum, semua LED diproduksi dengan dua kaki yang menonjol dari bagian bawah tubuh.
Juga, hampir semua dioda pemancar cahaya LED modern memiliki katoda mereka, ( - ) terminal diidentifikasi oleh takik atau tempat datar pada tubuh atau oleh ujung katoda yang lebih pendek dari yang lain karena anoda ( + ) lebih panjang dari katoda (k).
Tidak seperti lampu pijar dan bola lampu biasa yang menghasilkan panas dalam jumlah besar ketika diterangi, LED menghasilkan pembangkit cahaya "dingin" yang mengarah pada efisiensi tinggi daripada bola lampu biasa karena pada sebagian besar energi yang dihasilkan akan terpancar jauh di dalam cahaya tampak spektrum.
Karena LED adalah perangkat solid-state, mereka bisa sangat kecil dan tahan lama dan memberikan umur lampu lebih lama daripada sumber cahaya biasa.
Warna LED (Light Emitting Diode)
Jadi bagaimana light emitting diode atau LED ini menghasilkan warnanya. Tidak seperti Dioda Sinyal biasa yang dibuat untuk deteksi atau penyearah daya, dan yang dibuat dari bahan semikonduktor Germanium atau Silikon.LED terbuat dari senyawa semikonduktor eksotis seperti Gallium Arsenide (GaAs), Gallium Phosphide (GaP), Gallium Arsenide Phosphide (GaAsP), Silicon Carbide (SiC) atau Gallium Indium Nitride (GaInN) semuanya dicampur bersama pada rasio yang berbeda untuk menghasilkan panjang gelombang warna yang berbeda.
Senyawa LED yang berbeda memancarkan cahaya di wilayah tertentu dari spektrum cahaya tampak dan karenanya menghasilkan tingkat intensitas yang berbeda. Pilihan tepat dari bahan semikonduktor yang digunakan akan menentukan panjang gelombang keseluruhan emisi cahaya foton dan oleh karena itu warna yang dihasilkan dari cahaya yang dipancarkan.
Tabel Warna LED Warna LED (Light Emitting Diode)
Karakteristik LED yang khas
| |||
Bahan
Semikonduktor
|
Panjang
Gelombang
|
Warna
|
VF @ 20mA
|
GaAs
|
850-940nm
|
Infra-Red
|
1.2v
|
GaAsP
|
630-660nm
|
Merah
|
1.8v
|
GaAsP
|
605-620nm
|
Amber
|
2.0v
|
GaAsP:N
|
585-595nm
|
Kuning
|
2.2v
|
AlGaP
|
550-570nm
|
Hijau
|
3.5v
|
SiC
|
430-505nm
|
Biru
|
3.6v
|
GaInN
|
450nm
|
Putih
|
4.0v
|
Jadi, warna aktual dari LED ditentukan oleh panjang gelombang cahaya yang dipancarkan, yang pada gilirannya ditentukan oleh senyawa semikonduktor aktual yang digunakan dalam membentuk PN-junction selama pembuatan.
Oleh karena itu warna cahaya yang dipancarkan oleh LED TIDAK ditentukan oleh pewarnaan tubuh plastik LED meskipun ini sedikit diwarnai untuk meningkatkan keluaran cahaya dan untuk menunjukkan warnanya ketika tidak diterangi oleh supply listrik.
LED tersedia dalam berbagai warna dengan yang paling umum adalah MERAH, AMBER, KUNING dan HIJAU dan karenanya banyak digunakan sebagai indikator visual dan sebagai tampilan lampu bergerak.
LED berwarna biru dan putih yang dikembangkan baru-baru ini juga tersedia tetapi ini cenderung jauh lebih mahal daripada warna standar normal karena biaya produksi pencampuran dua atau lebih warna komplementer pada rasio yang tepat dalam senyawa semikonduktor dan juga dengan menyuntikkan atom nitrogen ke dalam struktur kristal selama proses doping.
Dari tabel di atas kita dapat melihat bahwa dopan tipe-P utama yang digunakan dalam pembuatan LED - Light Emitting Diode adalah Gallium (Ga, atom nomor 31) dan bahwa dopan tipe-N utama yang digunakan adalah pemberian Arsen (As, atom nomor 33) memberikan senyawa yang dihasilkan dari struktur kristal Gallium Arsenide (GaAs).
Masalah dengan menggunakan Gallium Arsenide sendiri sebagai senyawa semikonduktor adalah bahwa ia memancarkan sejumlah besar radiasi infrared kecerahan rendah (kira-kira 850nm-940nm) dari persimpangan ketika arus maju mengalir melaluinya.
Jumlah lampu infrared yang dihasilkannya oke untuk kontrol jarak jauh televisi tetapi tidak terlalu berguna jika kita ingin menggunakan LED sebagai lampu indikator.
Tetapi dengan menambahkan Fosfor (P, atom nomor 15), sebagai doping ketiga panjang gelombang keseluruhan radiasi yang dipancarkan dikurangi hingga di bawah 680nm memberikan cahaya merah yang terlihat ke mata manusia.
Penyempurnaan lebih lanjut dalam proses doping PN-junction telah menghasilkan berbagai warna yang mencakup spektrum cahaya tampak seperti yang telah kita lihat di atas serta panjang gelombang infrared dan ultraviolet.
Dengan mencampurkan beragam semikonduktor, senyawa logam dan gas, daftar LED berikut ini dapat dihasilkan.
Jenis-jenis LED - Light Emitting Diode
- Gallium Arsenide (GaAs) - infrared
- Gallium Arsenide Phosphide (GaAsP) - merah ke infrared, oranye
- Aluminium Gallium Arsenide Phosphide (AlGaAsP) - kecerahan tinggi merah, oranye-merah, oranye, dan kuning
- Gallium Phosphide (GaP) - merah, kuning dan hijau
- Aluminium Gallium Phosphide (AlGaP) - hijau
- Gallium Nitride (GaN) - hijau, hijau zamrud
- Gallium Indium Nitride (GaInN) - near ultraviolet, hijau kebiruan dan biru
- Silicon Carbide (SiC) - biru sebagai substrat
- Zinc Selenide (ZnSe) - biru
- Aluminium Gallium Nitride (AlGaN) - ultraviolet
Seperti dioda PN junction konvensional, memancarkan cahaya dioda adalah perangkat arus-dependent atau bergantung dengan penurunan tegangan majunya VF, tergantung pada senyawa semikonduktor (warna terang) dan pada arus maju bias LED.
LED yang paling umum membutuhkan pengoperasian tegangan maju antara sekitar 1.2 hingga 3.6 volt dengan peringkat arus maju sekitar 10 hingga 30 mA, dengan kisaran 12 hingga 20 mA yang paling umum.
Baik operasi tegangan maju dan arus maju bervariasi tergantung pada bahan semikonduktor yang digunakan tetapi titik di mana konduksi dimulai dan cahaya dihasilkan adalah sekitar 1.2V untuk LED merah standar hingga sekitar 3.6V untuk LED biru.
Penurunan tegangan yang tepat tentu saja akan tergantung pada pabrikan karena bahan doping dan panjang gelombang yang digunakan berbeda. Penurunan tegangan LED pada nilai saat tertentu, misalnya 20mA, juga akan tergantung pada konduksi awal VF titik.
Karena LED secara efektif adalah sebuah dioda, kurva karakteristik arus dan tegangan maju dapat diplot untuk setiap warna dioda seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
Karakteristik I-V LED
Simbol Skema Light Emitting Diode (LED) dan Kurva Karakteristik I-V yang menunjukkan warna berbeda yang tersedia.
Sebelum sebuah dioda pemancar cahaya LED dapat “memancarkan” segala bentuk cahaya, ia membutuhkan arus untuk melewatinya, karena ia merupakan perangkat yang bergantung pada arus dengan intensitas keluaran cahaya-nya berbanding lurus dengan arus maju yang mengalir melalui LED.
Karena LED harus dihubungkan dalam kondisi forward bias melintasi catu daya, arus harus dibatasi menggunakan rangkaian resistor untuk melindunginya dari aliran arus berlebih. Jangan pernah menghubungkan LED langsung ke baterai atau catu daya karena akan dihancurkan hampir seketika karena terlalu banyak arus akan melewati dan membakarnya.
Dari tabel di atas kita dapat melihat bahwa setiap LED memiliki penurunan tegangan maju sendiri di PN-junction dan parameter ini yang ditentukan oleh bahan semikonduktor yang digunakan, adalah penurunan tegangan maju untuk jumlah arus konduksi maju tertentu, biasanya untuk arus maju 20mA.
Dalam kebanyakan kasus, LED dioperasikan dari supply DC tegangan rendah, dengan resistor seri, RS digunakan untuk membatasi arus maju ke nilai yang aman dari katakanlah 5mA untuk indikator LED sederhana hingga 30mA atau lebih di mana output cahaya kecerahan tinggi diperlukan.
Resistansi LED Seri
Nilai Resistor Seri RS dihitung dengan hanya menggunakan Hukum Ohm, dengan mengetahui diperlukan arus maju IF dari LED, tegangan supply VS di kombinasi dan diharapkan tegangan maju drop dari LED, VF di diperlukan arus level, resistor pembatas arus dihitung sebagai:Rangkaian Resistor Seri LED
Contoh: LED - Light Emitting Diode No.1
LED berwarna kuning dengan penurunan volt ke depan 2 volt harus dihubungkan ke catu daya DC stabil 5.0V. Dengan menggunakan rangkaian di atas, hitung nilai resistor seri yang diperlukan untuk membatasi arus maju kurang dari 10mA. Juga hitung arus yang mengalir melalui dioda jika resistor seri 100Ω digunakan, bukan yang dihitung terlebih dahulu.1). resistor seri diperlukan pada 10mA.
2). dengan resistor seri 100Ω.
Kami ingat dari tutorial Resistor, bahwa resistor memiliki nilai standar yang disukai. Perhitungan pertama kami di atas menunjukkan bahwa untuk membatasi arus yang mengalir melalui LED ke 10mA dengan tepat, kami akan memerlukan resistor 300Ω.
Dalam seri E12 resistor tidak ada resistor 300Ω sehingga kita perlu memilih nilai tertinggi berikutnya, yaitu 330Ω. Penghitungan ulang cepat menunjukkan nilai arus maju baru sekarang adalah 9.1mA, dan ini tidak masalah.
Menghubungkan LED Bersama dalam Seri
Kita dapat menghubungkan LED secara bersama-sama untuk meningkatkan jumlah yang dibutuhkan atau untuk meningkatkan tingkat cahaya saat digunakan dalam tampilan/display.Seperti halnya resistor seri, LED yang terhubung secara seri semuanya memiliki arus maju yang sama, IF mengalir melaluinya sebagai satu. Karena semua LED yang terhubung secara seri melewati arus yang sama, umumnya lebih baik jika semuanya memiliki warna atau tipe yang sama.
Menghubungkan LED dalam Seri
Meskipun rantai seri LED memiliki arus yang sama mengalir melalui itu, penurunan tegangan seri di antara mereka perlu dipertimbangkan ketika menghitung resistansi yang diperlukan resistor yang membatasi arus, RS.
Jika kita mengasumsikan bahwa setiap LED memiliki penurunan tegangan melintasinya ketika menyala 1.2 volt, maka penurunan tegangan pada ketiganya adalah 3 x 1.2v = 3.6 volt.
Jika kita juga berasumsi bahwa ketiga LED harus menyala dari perangkat logika 5 volt yang sama atau supply dengan arus maju sekitar 10mA, sama seperti di atas. Kemudian penurunan tegangan melintasi resistor, RS dan nilai resistansi akan dihitung sebagai:
VLED = 3 x 1.2volt = 3 x 1.2v = 3.6v
RS = VS - VLED = 5 - 3.6 = 1.4volt
Sekali lagi, dalam rangkaian resistor E12 (toleransi 10%) tidak ada resistor 140Ω sehingga kita perlu memilih nilai tertinggi berikutnya, yaitu 150Ω.
Driver LED
Sekarang kita tahu apa itu LED, kita perlu cara mengendalikannya dengan menyalakannya "ON" dan "OFF". Tahap-tahap output dari kedua gerbang logika TTL dan CMOS dapat sekaligus source dan sink jumlah arus yang berguna karena itu dapat digunakan untuk menggerakkan LED.Rangkaian IC (integrated circuit) memiliki arus drive keluaran hingga 50mA dalam konfigurasi mode sink, tetapi memiliki arus output terbatas internal sekitar 30mA dalam konfigurasi mode sumber.
Bagaimanapun juga arus LED harus dibatasi pada nilai yang aman menggunakan resistor seri seperti yang telah kita lihat. Di bawah ini adalah beberapa contoh driver dioda pemancar cahaya menggunakan IC inverting tetapi idenya adalah sama untuk semua jenis output rangkaian terintegrasi apakah kombinasional atau sekuensial.
Rangkaian Driver IC
Jika lebih dari satu LED memerlukan driver pada saat yang sama, seperti pada susunan LED yang besar, atau arus beban terlalu tinggi untuk rangkaian terintegrasi atau kita mungkin hanya ingin menggunakan komponen diskrit alih-alih IC.
Maka cara alternatif driver LED menggunakan transistor NPN atau transistor PNP bipolar sebagai sakelar diberikan di bawah ini. Sekali lagi seperti sebelumnya, resistor seri, RS diperlukan untuk membatasi arus LED.
Maka cara alternatif driver LED menggunakan transistor NPN atau transistor PNP bipolar sebagai sakelar diberikan di bawah ini. Sekali lagi seperti sebelumnya, resistor seri, RS diperlukan untuk membatasi arus LED.
Rangkaian Driver Transistor
Kecerahan dioda pemancar cahaya LED tidak dapat dikontrol hanya dengan memvariasikan arus yang mengalir melaluinya. Mengizinkan lebih banyak arus mengalir melalui LED akan membuatnya bersinar lebih terang tetapi juga akan menyebabkannya menghilangkan lebih banyak panas. LED dirancang untuk menghasilkan sejumlah cahaya yang beroperasi pada arus maju spesifik mulai dari sekitar 10 hingga 20mA.
Dalam situasi di mana penghematan daya penting, arus yang lebih sedikit mungkin terjadi. Namun, mengurangi arus ke bawah mengatakan 5mA dapat meredupkan output cahayanya terlalu banyak atau bahkan mematikan LED "OFF" sepenuhnya.
Cara yang jauh lebih baik untuk mengontrol kecerahan LED adalah dengan menggunakan proses kontrol yang dikenal sebagai "Pulse Width Modulation" atau PWM, di mana LED berulang kali dinyalakan "ON" dan OFF pada frekuensi yang berbeda tergantung pada intensitas cahaya yang dibutuhkan oleh LED.
Intensitas Cahaya LED menggunakan PWM
Ketika output cahaya yang lebih tinggi diperlukan, arus PWM atau lebar pulsa dimodulasi dengan siklus kerja yang cukup singkat (Rasio "ON-OFF") memungkinkan arus dioda dan karenanya intensitas cahaya output meningkat secara signifikan selama pulsa aktual, sambil tetap menjaga LED "tingkat rata-rata arus" dan disipasi daya dalam batas aman.
Kondisi berkedip "ON-OFF" ini tidak mempengaruhi apa yang dilihat oleh mata manusia karena "mengisi" celah antara pulsa cahaya "ON" dan "OFF", memberikan frekuensi pulsa cukup tinggi, menjadikannya tampak seperti output cahaya terus menerus.
Jadi pulsa pada frekuensi 100Hz atau lebih sebenarnya tampak lebih terang bagi mata daripada cahaya terus menerus dengan intensitas rata-rata yang sama.
Jadi pulsa pada frekuensi 100Hz atau lebih sebenarnya tampak lebih terang bagi mata daripada cahaya terus menerus dengan intensitas rata-rata yang sama.
Berbagai Warna LED (Multi-colour LED)
LED tersedia dalam berbagai bentuk, warna, dan berbagai ukuran dengan intensitas keluaran cahaya yang berbeda, dengan yang paling umum (dan termurah untuk diproduksi) adalah LED 5mm Red Gallium Arsenide Phosphide (GaAsP) standar.
LED juga tersedia dalam berbagai "paket" yang disusun untuk menghasilkan huruf dan angka dengan yang paling umum adalah pengaturan "display seven segmen".
Saat ini, tampilan LED layar datar penuh warna, perangkat genggam dan TV tersedia yang menggunakan sejumlah besar LED warna-warni yang semuanya digerakkan langsung oleh IC khusus mereka sendiri.
Kebanyakan dioda pemancar cahaya LED hanya menghasilkan satu output cahaya berwarna, namun LED multi-warna kini tersedia yang dapat menghasilkan berbagai warna berbeda dari dalam satu perangkat. Sebagian besar sebenarnya adalah dua atau tiga LED yang dibuat dalam satu paket.
Dioda LED Dua Warna (Bi-color - LED)
Dioda pemancar cahaya LED dua warna memiliki dua chip LED yang dihubungkan bersama dalam “paralel terbalik” (satu maju, satu mundur) digabungkan dalam satu paket tunggal.
LED dua warna dapat menghasilkan salah satu dari tiga warna misalnya, warna merah dipancarkan ketika perangkat terhubung dengan arus yang mengalir dalam satu arah dan warna hijau dipancarkan ketika bias di arah lain.
Jenis pengaturan dua arah ini berguna untuk memberikan indikasi polaritas, misalnya, sambungan baterai atau catu daya yang benar, dll. Selain itu, arus dua arah menghasilkan dua warna yang dicampur bersamaan karena kedua LED akan mengubahnya untuk menerangi jika perangkat terhubung (melalui resistor yang sesuai) ke tegangan rendah, supply AC frekuensi rendah.
LED Dua Warna
Dioda LED Tiga Warna (Tri-colour LED)
Jenis dioda pemancar cahaya LED tricolor yang paling populer terdiri dari LED Merah dan Hijau tunggal yang digabungkan dalam satu paket dengan terminal katoda mereka yang terhubung bersama-sama menghasilkan perangkat tiga terminal.
Mereka disebut tricolor LED karena mereka dapat memberikan warna merah atau hijau tunggal dengan menyalakan "ON" hanya satu LED pada satu waktu.
LED tiga warna ini juga dapat menghasilkan warna tambahan dari warna utama mereka (warna ketiga) seperti Oranye atau Kuning dengan memutar "ON" dua LED dalam rasio yang berbeda dari arus maju seperti yang ditunjukkan pada tabel sehingga menghasilkan empat warna berbeda hanya dari dua dioda junction.
LED Multi atau Tiga Warna
Menampilkan Tampilan LED
Seperti halnya masing-masing warna atau LED multi-warna, beberapa LED dapat digabungkan bersama dalam satu paket untuk menghasilkan tampilan seperti bargraph, strip, array, dan display seven segmen.
Layar LED 7-segmen menyediakan cara yang sangat nyaman ketika diterjemahkan dengan benar untuk menampilkan informasi atau data digital dalam bentuk angka, huruf atau bahkan karakter alfanumerik dan seperti namanya, mereka terdiri dari tujuh LED individu (segmen), dalam satu paket tampilan tunggal.
Untuk menghasilkan angka atau karakter yang diperlukan dari 0 hingga 9 dan A hingga F secara berurutan, pada tampilan kombinasi yang tepat dari segmen LED perlu diterangi.
Tampilan LED seven segmen standar umumnya memiliki delapan koneksi input, satu untuk setiap segmen LED dan satu yang berfungsi sebagai terminal umum atau koneksi untuk semua segmen internal.
- Common Cathode Display (CCD) - Dalam tampilan katoda umum, semua koneksi katoda dari LED digabungkan bersama dan segmen individu diterangi oleh penerapan sinyal logika “1” yang TINGGI.
- Common Anode Display (CAD) - Dalam tampilan anoda umum, semua koneksi anoda LED bergabung bersama-sama dan setiap segmen diterangi dengan menghubungkan terminal ke sinyal RENDAH, logika “0”.
Tampilan LED Seven Segmen Khas
Optocoupler
Akhirnya, aplikasi lain yang berguna dari dioda pemancar cahaya atau LED adalah dalam Opto-coupling, opto-isolator atau Optocoupler adalah perangkat elektronik tunggal yang terdiri dari dioda pemancar cahaya yang dikombinasikan dengan photodioda, photo transistor atau photo triac untuk memberikan jalur sinyal optik antara input koneksi dan koneksi output sambil mempertahankan isolasi listrik antara dua rangkaian.
Optocoupler terdiri dari badan plastik tahan cahaya yang memiliki tegangan breakdown khas antara input (photo dioda) dan rangkaian output (photo transistor) hingga 5000 volt.
Isolasi listrik ini sangat berguna di mana sinyal dari rangkaian tegangan rendah seperti rangkaian bertenaga baterai, komputer atau mikrokontroler, diperlukan untuk mengoperasikan atau mengendalikan rangkaian eksternal lain yang beroperasi pada tegangan listrik yang berpotensi berbahaya.
Photodioda dan Photo transistor Optocoupler
Dua komponen yang digunakan dalam optocoupler, pemancar optik seperti Gallium Arsenide LED infrared dan penerima optik seperti photo transistor secara erat digabungkan dan menggunakan cahaya untuk mengirim sinyal dan/atau informasi antara inputnya dan output. Hal ini memungkinkan informasi untuk ditransfer antar rangkaian tanpa koneksi listrik atau potensi kesamaan.
Optocoupler adalah perangkat digital atau switching, sehingga mereka mentransfer sinyal kontrol "ON-OFF" atau data digital. Sinyal analog dapat ditransfer melalui modulasi frekuensi atau lebar pulsa.