Karakteristieken witte leds en witte leds kleuren

Op verschillende fronten was ik bezig met led verlichting. Jan (Zuiderkruis) had me gevraagd te helpen met de verlichting van zijn visserskotter GO 9, en ik kwam terecht in een discussie over de verlichting van een Banckert sleepboot.
Van weer andere forumleden had ik begrepen dat men de led verlichting soms irritant fel vond, en ik wilde wel eens kijken hoe dat te dimmen is. Daarom eerst maar eens besloten om de karakteristieken van enkele leds die ik in bezit had op te meten. Helaas waren dit alleen witte leds, en wel onderstaande:



Van links naar rechts:

1. De allereerste (heldere) leds van ø5 mm die ik een jaar of 4 geleden heb gekocht bij DIL (elektronica winkel). Deze hebben een relatief lang glaslichaam. Ik wist helemaal niet wat ik kocht, maar het blijken leds met een vrij smalle lichtbundel te zijn.
2. ø5 mm diffuse leds met een melkachtig glaslichaam, indertijd gekocht voor de ruimteverlichting van de Rotterdam V bij de webwinkel Ledbaron, omdat deze meer rondom licht geven.
3. ø5 mm "Strawhat" leds gekocht bij Ledtuning, uiteindelijk aangeschaft voor de kotter van Jan omdat deze ook een vrij wijde stralingsbundel hebben, maar niet zo diffuus als die met melkglas. Die diffuse van Ledbaron bleken overigens niet meer in het programma te zitten.
4. SMD leds van het type 1206 (3 x 1,5 mm, 1 mm dik) die zijn bedraad met uiterst dun koperdraad, gekocht bij Ledbaron voor plafondverlichting van de Rotterdam V.

Alle leds hebben een nominale stroomsterkte van 20 mA bij een spanning van rond de 3 V. Van sommige wordt nog een maximale stroomsterkte van 30 mA genoemd, maar ik heb mijn testjes beperkt tot 20 mA. Hieronder de brandende lampjes bij ca 20 mA.



Duidelijk is te zien dat de DIL led een heel smalle lichtbundel heeft (ik heb een zwart stuk karton schuin boven de lampjes gezet). Bij de diffuse is helemaal geen bundel te zien, maar bij de strawhat weer wel, maar aanzienlijk breder dan van de DIL led. De SMD led is weinig fotogeniek, maar lijkt alle kanten op te schijnen.

Van alle leds heb ik een karakteristiek (led spanning vs stroomsterkte) gemaakt tussen een stroomsterkte van ca 1 mA en ca 20 mA (eigenlijk is de stroomsterkte een functie van de opgelegde spanning, maar ik vond dit "prettiger ogen").
Uit pure nieuwsgierigheid heb ik de SMD leds nog bij veel lagere stroomsterkten getest, maar ben daarmee bij 0,05 mA gestopt. Dan gloeien ze zelfs nog op, dus de doorlaatspanning is dan nog niet bereikt. Maar om allerlei redenen (beschikbare potmeters, een voeding die alleen getrapt per volt te regelen is, meetnauwkeurigheid) ben ik niet verder gegaan.



Alleen de heldere DIL led wijkt iets af van de rest. Ik heb geen idee waarom, wellicht een ouder type?

Bij 1 mA neemt de lichtsterkte natuurlijk behoorlijk af, maar toch verbaasde me het wel dat ze redelijk licht bleven geven.



De DIL led blijft zelfs echt nog gebundeld licht geven, bij de strawhat is dat niet meer zichtbaar. De SMD led geeft nog steeds goed zichtbaar licht rondom.

In het geval van de kotter van Jan hebben we besloten alle leds te voorzien van een vaste weerstand waardoor de maximale stroomsterkte begrensd wordt tot ca 20 mA, verder wordt er voor groepen van leds met een zelfde functie een potmeter toegevoegd waarmee de stroomsterkte tot ca 1 mA of lager (door getrapte beschikbaarheid van trimmers). Zo kan hij met de verlichting volledig gemonteerd in de boot de lichtsterkte regelen tot een realistisch niveau. Alle leds zijn wit, voor gekleurde lampen gebruikt hij een gekleurd omhulsel.

Voor de Banckert moeten een aantal lampjes in een messing omhulsel komen. De opening voor de lampjes daarin is maar ø2,5 mm, en voor een gekleurd omhulsel is er dan geen plaats. Normaal gesproken zou je dan gekleurde leds (in dit geval rood en groen) nemen, maar omdat ik een overschot aan witte leds heb wilde ik toch eens proberen of er iets te fabrieken valt. Daarvoor heb ik rode en groene vlakken geprint op een transparant (een ouderwetse overhead sheet uit het pre-beamer tijdperk). Daaruit heb ik stroken gesneden die iets breder zijn dan de hoogte (3 mm) van de SMD leds:



Vervolgens heb ik deze met dikke secondelijm (dan valt er tenminste nog wat te corrigeren) de ledjes op die stroken gelijmd en daarna aan de zijkanten afgesneden. Ik had nog van een oude Zwarte Zee (evenals de Banckert van Billing Boats) die jammerlijk aan haar einde is gekomen, de lamphoudertjes bewaard, en kon die er dus overheen schuiven. Hieronder het resultaat bijstroomsterktes van 20 en 1 mA:



De kleuren zijn wel herkenbaar qua uitstraling, maar in het centrum blijft het toch behoorlijk wit. Daarom ook nog een tweede laag folie op de ;eds geplakt:


Er zit verbetering in, het resultaat is op de foto wat moeilijk vergelijkbaar door een andere belichting. Ik doe dit allemaal zonder flits en een hoge ISO waarde, maar ik vermoed dat ik onbedoeld iets aan de instellingen gewijzigd heb. Ik heb hier overigens de leds los in de behuizing geschoven, uiteindelijk zullen deze vastgelijmd moeten worden. Achteraf lijkt het of de groene iets verschoven zit.

Het zal ongetwijfeld minder van kwaliteit zijn dan de "echte" gekleurde leds, hoewel die ook in het centrum een duidelijk wittere uitstraling hebben, zoals hier voor een groene te zien is.



De uiteindelijke beslissing is aan de "gebruiker".
Het gebruiken van de SMD leds vraagt wel een zekere kundigheid op soldeergebied. De draden zitten weliswaar op de SMD gesoldeerd, maar ze zijn extreem dun (0,1 mm), en uiteindelijk moeten ze toch ergens aan vastgesoldeerd worden. En voor iemand als ik, die soldeert als de naam al aangeeft valt dat beslist niet mee.

Groet,

Ad

 

Prachtig stukje , hier is nu heel duidelijk te zien hoe LED's werken maar je maakt wel een klein foutje. Je schrijft:

Je doet het "per ongeluk" goed maar wat je schrijft is fout! Bij een weerstand heb je gelijk, de stroom die door die weerstand loopt is een functie van de spanning die je over die weerstand zet. Wordt de spanning twee keer zo hoog dan zal de stroom ook twee keer zo hoog worden.

Een Led is een diode, een speciale diode maar toch een diode. De stroom door een diode, dus ook door een Led, is geen functie van de opgelegde spanning! Het is precies zo al je de grafiek hebt getekend: De spanning over een diode, dus ook een Led, is een functie van de stroom die je er doorheen stuurt.
Kijk maar naar je eigen grafiek. Wanneer de stroom oploopt van 1mA naar 20mA loopt de spanning over één van de Led's slechts van 2,5 naar 2,95V op. Zou dit een weerstand zijn dan is het wel een heel vreemde. De weerstand bij 1mA = U/I => 2,5V/0,001A= 2500Ohm. Bij 20mA zou de weerstand dan 2,95V/0,02A= 147,5Ohm moeten zijn. Je snapt zelf wel dat dit niet mogelijk is.
De spanning die over een diode staat is dus afhankelijk van de stroom die er doorheen loopt.

Dit is dan ook de reden waarom je een Led NOOIT rechtstreeks op een batterij of zo iets moet aansluiten. Je zal ALTIJD een stroombegrenzing moeten gebruiken! De meest eenvoudige stroombegrenzing is een simpele weerstand maar je kan ook een stroombron gebruiken. Zolang je er maar voor zorgt dat de stroom door die Led niet groter wordt dan de fabrikant opgeeft blijft de Led heel en geeft hij licht gedurende vele, vele, zeer vele jaren!

Ik heb destijds op school een wekkerklok gemaakt met Led displays. Die wekkerklok werk tot op de dag van vandaag nog steeds perfect. Dat betekend dat de led's in die displays gedurende meer dan 35 jaar vele miljoenen keren aan en uit zijn gegaan. Er is er nog niet één kapot gegaan.

 

Ernst, je hebt dit teruglezend 100% gelijk, ik heb niet goed nagedacht toen ik dit schreef. Dat heb je met die fietsenmakers, hè.
Hoewel, nu ik erover nadenk, werken die tegenwoordig ook met leds........
Gepensioneerde fietsenmakers, dus!!

Groet,

Ad

NB
Er staat nog een fout, waar ik het over sperspaaning heb, dit moet doorlaatspanning zijn. Dit zal ik morgen even verbeteren, daar ben ik nu te suf voor....

 

Ad, ik zou niet veel aan de oorspronkelijke tekst veranderen als ik jou was. Waar je sperspanning schrijft en doorlaatspanning bedoelt zou ik dat wel veranderen.
Oke, je aanhef bij de grafiek is niet helemaal juist maar er wordt door heel veel mensen zo gedacht. Dat is heel goed te begrijpen want als je aan de wet van Ohm denkt is het ook zo. Het vervelende is alleen dat een diode zich niets van de wet van Ohm aantrekt omdat het geen weerstand is.
Nu is er een stukje waar duidelijk in is te zien, zelfs met een prachtige grafiek, hoe het wel in elkaar zit. Hier kan ik ook naar gaan verwijzen (ik ben ook een beetje lui hoor ) als het weer eens verkeerd wordt begrepen door iemand.

 

om een betere uitstraling rondom bij led's te verkrijgen wil het wel helpen door de doorzichtige huisjes helemaal mat te schuren, er blijft altijd wel wat meer straling naar boven maar het werkt wel.
groetjes piet

 

Wellicht kun je dat beter drempelspanning noemen, de drempel dus van 0,7V (Si-diode) die nodig is om de diode in geleiding te krijgen.

 

Zou ook kunnen, Manus. Drempel- of doorlaatspanning wordt beide gebruikt. Maar ik had het over sperspanning, en dat was gewoon fout, je hebt een sperrichting en een doorlaat- of drempelspanning in de tegenovergestelde richting.

Groet,

Ad

 

Mooi verhaal, maar het komt er op neer dat je de stroom moet begrenzen met een serie weerstand.
Daar gebruik je de wet van Ohm voor R=U/I
En of er bij een voedingspanning van 12 volt dan 9 V over de weerstand staat en 3 V over de LED zal een ieder een . . . zijn, als er maar 20mA loopt door de led en de weerstand.

Of je nu eerst een spanning hebt en dan een stroom of andersom maakt niet uit en geeft alleen maar een ingewikkeld verhaal.

Dit lijkt meer op een verhaal van:
""Een sloopkogel sloopt een gebouw!""

Deels waar, want als je die sloopkogel voor het gebouw op de stoep legt gebeurt er niets.
Is het dan de hijskraan die het gebouw sloopt, omdat die de kogel energie geeft?

Ook weer deels waar, zet die kraan met kogel op dezelfde stoep en er gebeurt ook niets.

Is het dan de machinist die het gebouw sloopt?
Of uiteindelijk de gasolie die de motor van de kraan laat draaien?

 

Dat kan ik ook zeggen Baggeraar, een mooi verhaal. Ergens heb je ook wel een beetje gelijk hoor.

Bij een Led moet je niet uitgaan van de spanning die er over de led staat, maar die spanning heb je wel nodig.
Je moet beginnen met de stroom die er door de Led moet lopen om die Led goed licht te laten geven. Hoe groot die stroom moet zijn zal je uit de specificaties van de fabrikant moeten halen. Dankzij de grotendeels zelfde opbouw en materialen is die stroom bij veruit de meeste standaard in de winkel te koop zijnde Led's ongeveer 20mA.
Pas dan ga je kijken hoe veel spanning er over de Led staat als daar 20mA doorheen loopt. Als laatste moet je weten met welke spanning je de Led wilt gaan voeden. Dan heb je de vier benodigde gegevens om de gewenste serieweerstand uit te rekenen.

In eerste instantie zou je denken dat je de spanning door de stroom moet delen, de wet van Ohm. Je zou dan op 12V / 0,02A = 600 Ohm uitkomen. Helaas klopt dat niet want niet de volle 12V zal over de weerstand komen te staan. Wanneer je 20mA door een rode Led stuurt blijft daar 1,9V over staan. Over de weerstand blijft dus maar 10,1V staan. De gewenste serieweerstand wordt dan 10,1V / 0,02A = 505 Ohm. Die waarde bestaat niet dus kan je hem misschien samenstellen uit 2 of meerdere weerstanden parallel en of in serie. Het makkelijkse is echter de dichtst bij zijnde standaard waarde te nemen en dat is 510 Ohm. Die paar Ohm meer levert geen enkel probleem op.

Wil je nu op die zelfde 12V een witte Led aansluiten dan zal de berekening toch anders uitvallen. Over een witte Led blijft meer spanning staan, afhankelijk van de fabrikant kan dat ergens tussen de 3,2 en 3,8V blijken te zijn. Ook is de stroom door een "gewone" witte Led vaak minder, meestal maar 10mA. De gewenste serieweerstand zal dan (12V-3,4V) / 0,01A = 860 Ohm. Ook die waarde bestaat niet dus kan je de dichtbijzijnde standaard waarde nemen. Dat is of 910 Ohm of 820 Ohm. Bij 910 Ohm loopt er 9,5mA en bij 820 Ohm 10,5mA, Beide is veilig dus de keuze is aan jouw.
Zoals je ziet is die spanning over de Led dus wel degelijk van belang om de juiste serieweerstand uit te kunnen rekenen.

In een ander draadje worden ook power Leds genoemd. Eigenlijk zijn dit ook gewone Led's maar ze kunnen (veel) meer stroom verwerken en geven dus ook veel meer licht. Wat op dit moment het maximum is weet ik niet precies maar 2W Led's zij al te koop. Als je die op 12V wilt aansluiten kan dat natuurlijk ook. Stel die Leds hebben een stroom van 350mA nodig en de spanning over de Led is dan 3,4V. De benodigde weerstand is dan (12V - 3,4V) / 0,35A = 24,5 Ohm. Helaas bestaat ook die waarde niet en zal je 24 Ohm moeten kiezen. De stroom wordt dan 358 mA waar de Led niet kapot van zal gaan.
Er is echter wel een ander punt wat nu te voorschijn komt, de Led verwerkt nu 3,4V x 0,358A = 1,22Watt. Hij zal flink licht geven maar de weerstand zal nu ook duidelijk meer vermogen moeten verwerken. Dat is namelijk 8,6V x 0,35A= 3,08Watt. Je zal dus minstens een 5Watt weerstand moeten gebruiken anders gaat hij in rook op!

P.S. Voordat er geroepen wordt dat er zelfs 100Watt Led's bestaan, dat weet ik maar dat zijn allemaal samenstelsels van meerdere Led's parallel en in serie in één behuizing! De "zwaarste" enkele Led die ik tot nu toe ben tegen gekomen is niet meer dan 2Watt!

 

Sticky in dit subforum, met de nodige verlinkingen:
BEC calculator, met tips