El LED que estoy utilizando requiere un voltaje más alto que el que he suministrado y, como resultado, no se ilumina en absoluto.

Esperaría al menos una luz tenue, pero no se genera luz.

¿Por qué este comportamiento de "si no hay el nivel de voltaje requerido no hay luz"? ¿Qué está pasando dentro del LED?

Los LED no funcionan como las bombillas ordinarias (incandescencia).

Principales diferencias (un poco simplificado para principiantes):

• Tienen una polaridad, por lo tanto, deben alimentarse con CC respetando esa polaridad. Invierta la polaridad y no funcionarán. También puede dañarlos si aplica más de ~ 4V-5V en la dirección inversa (estos son valores seguros; el valor tolerable máximo exacto depende del dispositivo específico).

• La emisión de luz comienza solo si se alcanza un cierto voltaje (voltaje de umbral), bajo ese voltaje la emisión es insignificante. Por lo tanto, si tiene una batería cuyo voltaje está por debajo del umbral de voltaje del LED, no tiene suerte, a menos que use un circuito más complicado (por ejemplo, un ladrón de Joule o un convertidor DC-DC de refuerzo) para alimentar el LED.

• Después de alcanzar el voltaje umbral, cualquier aumento muy leve en el voltaje hace que el LED conduzca fuertemente, es decir, absorba una gran corriente . Por lo tanto, necesita una resistencia en serie para limitar esa corriente a un límite seguro. Hay otras preguntas / respuestas en este sitio que explican cómo calcular el valor de la resistencia limitadora.

• Una vez conducida, la intensidad de la luz emitida es aproximadamente proporcional a la corriente (no al voltaje) que fluye en el diodo (por lo que obtiene un LED más brillante si disminuye el valor de la resistencia limitadora). Esto hasta el límite de corriente máximo del LED. Después de que se haya alcanzado ese límite, ¡el dispositivo se POOF !

También pregunta por qué sucede todo esto, pero la respuesta es bastante compleja, ya que depende de la estructura física del cristal semiconductor dentro del diodo. La explicación física radica en la mecánica cuántica y la física de estado sólido, temas realmente difíciles.

El artículo de Wikipedia sobre LED solo raspa la superficie del funcionamiento interno de los LED y aún es bastante complejo.

Veo que Lorenzo ya respondió su pregunta directamente (+1). Esto es lo que puede hacer para encender su LED y ver lo que tiene.

Los LED son diodos, por lo que conducen solo en una dirección. A diferencia de una bombilla ordinaria, la orientación es importante. Si el LED no se ilumina de una manera, gírelo e intente nuevamente.

Para experimentar de forma segura con casi cualquier LED, use una fuente de 5 V con al menos 180 Ω en serie. Usar una resistencia más alta funciona, pero encenderá el LED más tenuemente. Incluso con 1 kΩ en serie, aún podrá ver cualquier luz LED iluminada en interiores.

La razón para usar un suministro de 5 V es limitar el voltaje inverso a través del LED cuando se conecta al revés. La mayoría de los LED pueden soportar al menos 5 V en reversa.

Un LED de luz visible dejará caer un mínimo de 1.8 V. Eso deja (5 V) - (1.8 V) = 3.2 V a través de la resistencia. Casi cualquier LED puede manejar una corriente directa de 20 mA. Según la ley de Ohm, (3.2 V) / (20 mA) = 160 Ω. Dije 180 Ω mínimo para un pequeño margen y porque ese es un valor común.

El voltaje directo del LED depende del color. Los LED verdes comunes caen aproximadamente 2.1 V, por ejemplo. Los LED "blancos" generalmente son realmente LED UV con fósforos que reemiten en el espectro visible. Esos pueden caer alrededor de 3.5 V.

Con una resistencia de 200 Ω y un LED de 3.5 V, obtienes (1.5 V) / (200 Ω) = 7.5 mA. Tal LED todavía se encenderá de manera bastante visible con 7.5 mA a través de él, incluso si hubiera podido manejar 20 mA o más.

Una vez que enciende su LED, puede medir su voltaje directo, luego ajustar la resistencia para permitir la corriente máxima con ese voltaje directo. Suponga que el máximo es 20 mA a menos que tenga una hoja de datos y diga lo contrario.

Explicación física

Bombillas

Una luz incandenscente no es realmente una fuente de luz sino un elemento calefactor . Cualquier corriente a través de un cable lo calienta un poco ; Una vez que el cable está por encima de la temperatura ambiente, emite energía neta a través de la radiación de cuerpo negro . La velocidad a la que se emite esta energía depende de la cuarta potencia de temperatura , es decir, cuanto mayor sea la temperatura, más brillante será ^† . Y cuanto más corriente (o equivalente ^‡ más voltaje), mayor será la temperatura del cable.

El proceso físico fundamental detrás de la emisión de luz del cuerpo negro es el siguiente: los átomos en una pieza cálida de material son sacudidos por el movimiento térmico. Este movimiento es completamente caótico, por lo que incluso si la energía promedio por átomo es bastante baja, de vez en cuando un átomo en la superficie será empujado por varios vecinos y, por lo tanto, reunirá suficiente energía para que pueda emitir un fotón visible (al menos$2.6\times10^{-19}$

LEDs

Por el contrario, los LED bombean los átomos directamente a la energía que se requiere para emitir luz visible. Lo hacen explotando hábilmente$2.6\ldots3.2\times10^{-19}$

$1.6\times10^{-19}\:\mathrm{J}$$U$$U\times1\:\mathrm{eV}$

^† _{Eso es demasiado simplista: Stefan-Boltzmann describe la intensidad integrada en todo el espectro electromagnético. Solo una banda estrecha de eso es realmente visible (esa es la razón por la cual la luz incandescente es mucho menos eficiente que los LED). Dado que la longitud de onda de la intensidad máxima también depende de la temperatura$T^4$}

^‡ _{De manera similar, la ley de Ohm no es completamente correcta aquí porque la resistividad depende de la temperatura. Pero la dependencia cualitativa mayor voltaje ⇒ mayor potencia eléctrica todavía es cierto.}

Acabas de recibir una lección sobre cómo los LED no son lineales .

Las bombillas incandescentes son lineales una vez que se encienden . Lineal significa que actúa como una resistencia: el consumo de corriente es proporcional al voltaje: la mitad del voltaje, la mitad de la corriente, 1/4 de la potencia. Una luz incandescente haría lo que esperas.

Los LED tienen una curva de tensión-corriente muy pronunciada: un pequeño cambio en el voltaje da como resultado un gran cambio en el consumo de corriente. Estás en la parte inferior de ese gráfico, por lo tanto, no hay luz.

La curva empinada hace que el LED esté muy nervioso, pequeños cambios de voltaje resultan en grandes (y dañinos) cambios de corriente. Peor aún, la curva cambia según la temperatura, el binning y la edad. Por lo tanto, los LED tienen una clasificación específica corriente lugar de voltaje. Para los indicadores, puede limitar la corriente con resistencias. Para la iluminación, donde necesita un rendimiento máximo, es mejor usar un circuito de controlador activo para regular la corriente según las especificaciones.

Dichos circuitos también se prestan para aumentar o reducir el voltaje de suministro para adaptarse al LED. El Joule Thief es un circuito simple que resuelve el problema de conducir un LED de iluminación con una sola batería de 1.5V.

Por lo que vale, es aún peor con el tercer tipo de luz, iluminación de descarga de arco: fluorescente, neón, haluro metálico, vapor de mercurio y sodio de alta / baja presión. Son aislantes hasta cierto voltaje cuando el arco golpea ... Después de lo cual están casi a la altura. La limitación actual es obligatoria.

Un poco de historia sobre los semiconductores ...

El silicio puro (o germanio) es un aislante. Se agregan impurezas para crear material de tipo "P" o "N". Cuando están uno al lado del otro (en un diodo PN o LED), las impurezas se cancelan entre sí , dejándolo con un pequeño " puro capa " que actúa como un aislante.

Si conectas el poder incorrectamente manera , la capa se vuelve más gruesa y más fuerte, hasta que dañe el dispositivo. (Varicaps utiliza este principio para crear un condensador variable: el grosor del aislamiento actúa como la distancia entre las placas del condensador)

Cuando conectas el poder a la derecha manera , la capa se vuelve más delgada hasta que el dispositivo finalmente pasa la corriente. Cuando eso finalmente suceda, su LED comenzará a brillar.

Una nota final: es posible encender un LED con solo una fuente de 1.5V: use un circuito de "intensificación" de voltaje. El circuito más común se llama Joule Thief .

Su caída de voltaje (~ 2 V) es mayor que el voltaje de suministro (1.5 V). Si el voltaje de suministro es menor que la caída de voltaje, cualquier diodo (incluido el LED) no se conduce en absoluto.

Además de las respuestas aquí, también vale la pena señalar que cada LED es diferente (incluso por color). Todos tienen voltajes de 'activación' y límites de ruptura ligeramente diferentes.

La manera correcta de asegurarse de que no va a hacer estallar su LED y al mismo tiempo asegurarse de que puede esperar luz es mirar la hoja de datos de su LED.

El uso de la hoja de datos le dará una experiencia esencial en

1. Localización de dichas hojas de datos
2. Leerlos y entenderlos

Para comenzar, aquí hay uno aleatorio para un LED blanco desde la parte superior de google; que es quizás un poco más complejo que la mayoría de los LED porque "blanco" no es un color en la tierra del LED.

Hay una cantidad increíble de información en ellos, y si no los comprende, le sugiero que lo intente y luego publique una pregunta nuevamente sobre una parte específica que no comprende.