LED’İN ÇALIŞMA VOLTAJI
LED’İN ÇALIŞMA VOLTAJI NEDİR? LED’İN ÇALIŞMA VOLTAJI NASIL ÖLÇÜLÜR?
Diğer yazılarda, kırmızı LED için minimum çalışma voltajını 2 V olarak düşündük. Ayrıca, hesaplama yaparken de LED üzerindeki voltaj düşümünü 2 V olarak almıştık. Ama bu 2 V nedir ve nereden gelmektedir? Farklı kaynaklarda 2 V yerine farklı değerlerle karşılaşıyoruz, bunlardan hangisi ne kadar doğru? LED’in çalışma gerilimini nasıl ölçerim? Bu yazımızda bu ve bunun gibi sorulara yanıt bulmaya çalışacağız. Bunu yaparken de, bazı deneyler yapacağız. Öncelikle LED’in çalışma voltajının ne olduğuna bakalım.
LED’in Çalışma Voltajı nedir?
LED’in çalışma voltajı veya çalışma gerilimi, üzerinden 20 mA akım geçerken bacakları arasında oluşan voltaj farkıdır. LED üzerinden ne kadar fazla akım geçerse o kadar parlak yanar. Tabii ki her LED için bu akımın bir maksimum değeri var. Elektronik marketlerde satılan standart LED için maksimum akım değeri yaklaşık olarak 30 mA’dir. Gerçek devrelerde, LED için yeterli parlaklık düzeyi için gereken akım genelde 20 mA olarak düşünülür. Ve diğer devre elemanlarının değerleri genelde bu akım şiddetini sağlayacak şekilde seçilir.
LED için, üzerinden geçen akım ile bacakları arasındaki voltaj farkının grafiği aşağıda gösterildiği gibi üsteldir.
Bu grafiğin formülünü kullanarak hesaplamalar yapmaya kalkarsak, basit devreler için dahi zor matematiksel problemlerle karşılaşabiliriz. Bunun yerine, eğer LED’in çalışma gerilimini biliyorsak ve LED üzerinden 20 mA akım geçmesini istiyorsak, işlerimiz oldukça kolaylaşır ve hesap yapmamız için dört işlem bilmemiz dahi yeterli hale gelir. Analiz yaparken, uygun direnç değeri seçerken ve belli bir direnç için uygun voltajı bulurken; her zaman
LED üzerindeki voltaj = Çalışma Gerilimi ve
LED’ten geçen akım = 2 0mA
olarak düşünebiliriz. Örneğin, aşağıdaki devrede voltaj kaynağı 12 V ise, uygun direnç değerini seçmemiz için gereken şeyler:
- direnç üzerinden ne kadar akım geçeceğini ve
- direnç üzerinde ne kadarlık bir gerilim farkı oluşacağını
bulmaktır. Bu değerleri bulunca, Ohm Kanunu’nu kullanarak direnç değerini hesaplayabiliriz.
Direnç ile LED bu devrede seri olduğu için ve LED üzerinden 20 mA’lik bir akım geçtiğinden, direncin akımı da 20 mA olur.
Voltaj kaynağının gerilimi, LED ve direnç üzerindeki toplam gerilime eşit olmalıdır, yani:
Voltaj kaynağı = LED voltajı + Direnç voltajı.
Bu nedenle, eğer kırmızı bir LED kullanıyorsak 2 V’luk çalışma gerilimini düşersek, direcin üzerinde 12 – 2 = 10 V gerilim oluşur.
Direnç üzerindeki gerilimi, akıma bölecek olursak,
...
değerinde bir direnç kullanmamız gerektiğini buluruz.
Değişik Renkteki LED’lerin Çalışma Gerilimleri
LED’lerin çalışma gerilimleri, imal edildiği maddeye göre ve rengine göre değişir. Renk skalasında kırmızı’dan maviye giderken çalışma voltajı artar. Aşağıda farklı renkteki LED’ler için tipik çalışma gerilimlerinin listesini görmekteyiz. (Kaynak: http://www.oksolar.com/led/led_color_chart.htm)
| Renk | Çalışma Gerilimi |
|---|---|
| Kızılötesi (Infrared) | 1.5 V |
| Kırmızı | 2 V |
| Sarı | 2.1 V |
| Yeşil | 2.1 V |
| Mavi | 3.5 V |
| Beyaz | 3.6 V |
Yukarıdaki tabloda kızılötesi dışındaki LED’lerin çalışma gerilimleri 20 mA’e, kızılötesi içinse 50 mA’e göre ölçüm sonuçları verilmiştir.
Verisayfalarına (datasheet) baktığımızda ise, çalışma voltajı için belli bir değer yerine, bir aralık ile karşılaşırız. Aynı maddeden yapılmış ve aynı fabrikanın üretimi dahi olsa, LED’lerde çalışma gerilimi belli bir aralık içerisinde değişebilir. En yüksek ve en düşük değerler arası 0.7 V seviyelerine kadar dahi çıkabilmektedir.
Eğer bir devrede, birkaç tane LED’i birarada kullanacaksak ve bunlardan bir kısmı parlak ve bir kısmı ise sönük yanıyorsa hoş bir görüntü oluşmayacaktır. Bu nedenle ölçüm yapıp, çalışma voltajını kendimiz görmemiz uygun olabilir. Böylece her birine ayrı bir direnç kullanarak aynı parlaklığı elde edebiliriz. Ayrıca, internette farklı kaynaklarda çalışma voltajları için verilen değerler çok değişmektedir. Klasik LED’lerin üzerinde model numarası ve üretici firma vb. bilgiler de yazmadığı için veri sayfalarına ulaşıp çalışma voltajını bulmamız biraz zor. Bu nedenlerle, internetteki verileri doğru veya yanlış olarak değerlendirmektense, çalışma voltajını kendimiz ölçmemiz daha sağlıklı olacaktır.
LED’in çalışma voltajını nasıl ölçeriz?
LED’in çalışma voltajını iki farklı şekilde ölçebiliriz.
- Sabit bir voltaj kaynağı kullanırsak, 20 mA’i yakalayana kadar direnç değerini değiştirerek veya
- Sabit bir direnç için 20 mA akımı yakalayana kadar voltaj değerini değiştirerek.
Her iki durumda da 20 mA akım değerini sağladığımızda, LED üzerindeki voltaj, bize çalışma voltajını verecektir.
a) Sabit voltaj kaynağı-Değişken direnç
Birinci yöntemde, direnç değişimini sağlamak için potansiyometre (ayarlı direnç) kullanacağız.
Yalnız, potansiyometrenin en küçük değeri sıfırdır, yani eğer potansiyometreyi LED’e seri bağlarsak, ayar yaparken, bir anda LED’in bozulmasına neden olabiliriz. Potansiyometrenin en küçük değeri için dahi LED’in bozulmasını engellemek istiyorsak, potansiyometreye seri sabit bir direnç bağlayabiliriz.
Örneğin, diyelim ki 6 V kaynak kullanıyoruz. LED’in çalışma gerilimi 1.5 V’tan daha düşük olmayacağı için dirençler üzerine toplam en fazla 4.5 V düşer. Akım değeri ise 30 mA’i geçmeyecek şekilde seçmeliyiz ki LED’imiz bozulmasın. 30 mA maksimum akım için ...’luk sabit bir direnç kullanmamız gerekir.
Böylece potansiyometreyi 0’a getirsek dahi devredeki akım en fazla 30 mA olur ve LED bozulmaz.
Seçeceğimiz potansiyometremizin en yüksek değeri de çok fazla olmamalıdır. Örneğin, bu deneyde 50 KΩ’luk bir potansiyometre kullanırsak, 20 mA’lik akım değerini yakalamamız çok zor olacaktır. Potansiyometrenin ayarını çevirirken çok hassas davranmamız gerekecektir. 500 Ω potansiyometre kullanırsak gereken akımın yakalama olasılığımız artacaktır. Bu deney için aşağıdaki devreyi kurmamız gerekmektedir.
Bu devrede akım ölçer kullanmadan da tüm ölçümleri yapabiliriz.
Önce direncin gerçek değerini ölçelim (kullandığımız direnç %5 tolerasnlı yani 150 Ω alarak üretilmiş ama değeri %5’i olan 7.5 Ω sapabilir.).
Bizim kullandığımız direnç multimetre ölçümüne göre 147 Ω çıktı.
Şimdi devremizi kuralım.
LED yanarken potansiyometre ayarını değiştirip, direnç üzerinde (147 Ω) . (20 mA) = 2.94 V değerini bulmaya çalışalım. Bu değeri yakaladığımız anda LED üzerinden 20 mA akım geçiyor demektir.
Son adım olarak da, LED üzerindeki gerilimi ölçmemiz gerekiyor. Ölçtüğümüz değer bize LED’in çalışma gerilimini vermektedir. Fotoğraftaki LED için çalışma gerilimini 1.94 V olarak bulduk.
b) Sabit direnç-Değişken voltaj kaynağı
Bu yöntemde ise, potansiyometre kullanmamıza gerek yok. Direnç olarak sadece bir önceki deneyde kullandığımız 150 Ω (Gerçekte 147 Ω olduğunu öğrendiğimiz) direnci kullanacağız. Voltaj kaynağı olarak ise 6V’luk küçük akümüzü kullanamayız, onun yerine ayarlı bir güç kaynağı kullanacağız.
Aşağıdaki devreyi kurup,
0 V’tan başlayarak direnç üzerindeki voltaj (147 Ω) . (20 mA) = 2.94 V olana kadar güç kaynağımızın voltajını artırıyoruz. Tam 2.94 V değerine ulaştığımızda, LED üzerindeki voltajı ölçersek bize çalışma gerilimini verecektir.
Farklı LED’ler için değerlerin nasıl çıktığına dair fikir vermesi için, ölçtüğümüz bir kaç LED’in çalışma voltajını paylaşıyoruz. Bu değerlerde mutlimetreden kaynaklı belli bir hata payını da göz önünde bulundurmalıyız. Aynı deneyi kendi LED’leriniz için de yapabilirsiniz.
Farklı renk ve tür LED’ler için deney sonuçları:
| LED | Çalışma Voltajı |
|---|---|
| Kırmızı, 5 mm | 1.96 V |
| Kırmızı, 5 mm | 2.00 V |
| Kırmızı, 5 mm | 1.94 V |
| Sarı, 5 mm | 2.12 V |
| Sarı, 5 mm | 2.11 V |
| Sarı, 5 mm | 2.15 V |
| Yeşil, 5 mm | 2.02 V |
| Yeşil, 5 mm | 1.99 V |
| Yeşil, 5 mm | 1.96 V |
| Kırmızı, 3 mm | 1.87 V |
| Kırmızı, 3 mm | 1.82 V |
| Kırmızı, 3 mm | 1.80 V |
| Yeşil, 3 mm | 2.25 V |
| Yeşil, 3 mm | 2.24 V |
| Yeşil, 3 mm | 2.24 V |
Multimetremizi diyot ölçme fonksiyonuna getirip LED’i ölçersek, çalışma gerilimini elde edemeyiz. Bu fonksiyon, diyottan 20 mA’den daha düşük akımlar geçirdiği için, probları LED’e bağladığımızda ekranda çalışma geriliminden daha düşük bir değer görürürüz.
