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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Led für 1,3V gesucht


Autor: DoDo (Gast)
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Hallo,

ich suche eine LED, die sich mit nur 1,3V bereits betreiben lässt.
Sie darf zudem auch nicht viel Strom verbrauchen. Besonders hell muss 
sie auch gar nicht leuchten...
Wenn's geht so klein wie möglich ;) am besten SMD...
Konkret suche ich die Farben rot und weiß!

Gibt es überhaupt LEDs, die mit so wenig Spannung arbeiten können?

Ansonsten muss ich nämlich eine wilde Konstruktion bauen, was ich 
aufgrund von Platzproblemen allerdings vermeiden möchte (RC Car 5cm 
lang).

Vielen Dank
DoDo

: Verschoben durch Admin
Autor: Omega G. (omega) Benutzerseite
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Dafür müsstest du erstmal eine solche LED erfinden... Es gibt keine 
solchen LEDs.

Autor: Tom Ekman (tkon)
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In dem Spannungsbereich gibts nur IR LEDs.
Rote brauchen meist um die 1,6 Volt, weiße sogar 3,5 Volt.

Vielleicht hilft dir aber der Begriff "Joule Thief" weiter. Ein kleines 
Stück Elektronik mit dem du hinab bis zu 0,3 Volt kommen kannst.

Autor: mhh (Gast)
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Nimm eine alte Armbandquarzuhr auseinander und benutze die Glühlampe von 
der Beleuchtung.

Autor: jakob2 (Gast)
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Naja, selbst ohne jegliche Verluste im Silizium oder im Bonding brauchte 
eine dunkelrote LED (750nm) immernoch 1,65V.. (U=h*v/e) ;) Wird also 
schwierig...

Autor: MaWin (Gast)
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> ich suche eine LED, die sich mit nur 1,3V bereits betreiben lässt.

Kein wirkliches Problem:

http://www.roithner-laser.com/All_Datasheets/datas...

kommt mit 0.7..0.9V aus, reicht also noch für den unbedingt notwendigen 
Vorwiderstand.

Diese hier funktionieren offiziell ab 1.5V, dürften aber auch mit 1.3V 
schon leuchten und brauchen keinen Vorwiderstand.

http://www.lumex.com/en/products/detail/leds7/thru...

Autor: Zipp (Gast)
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Eine rote LED kommt mit 1.8V weg, gegeben durch den Bandgap des 
Materials. Ich wuerd einen Stepup verwenden. zB LT1615, AS1322A, oder 
so.

Autor: Sigint 112 (sigint)
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Das wäre doch mal ne Marktlücke: LED mit eingebautem StepUp-Converter :)

Autor: MaWin (Gast)
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Die Lücke scheint nicht so gross uz sein, Lumex ist nun nicht der 
Riesenglobalplayer geworden.

Autor: Ulrich (Gast)
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So einfach ist das mit der Flußspannung, Bandlücke und Farbe nicht. Die 
einfache Gleichsetzung Photoenenergie zu Durchlaßspannung (siehe 
Beiterag von jakob2) gibt eine erste Näherung für die Laserschwelle, 
nicht den Betrieb als LED.  Auch eine 650 nm LED kann schon bei 1,5 V 
schwach leuchten, da ist dann aber auch ungefähr Schluß. Die alten 
einfachen LEDs haben da eventuell einen niedreigere Spannung.
Wenn man die LED dann noch auf 50 C erwärmt könnte man nochmal vielleiht 
100 mV runter kommen, aber 1,3 V wird wohl eher nichts.
Außer halt IR LEDs, da könnte man vielleicht noch 1 mA durch eine 880 nm 
LED kreigen und aud den Ausläufern bis 750 nm noch was funzeln sehen. 
Bei Betreib mit rund 100 mA kann man da immerhin was sehen.

Die richtige Lösung ist aber ein Spannungswandler, die gibt es speziell 
für LED (z.B. Blau an 1,5 V).

Autor: jakob2 (Gast)
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@Ulrich: Ja, es ist nur eine erste Näherung.. Aber alles darüber wäre 
über meinem Horizont und daher fühle ich mich nicht dazu befähigt was zu 
schreiben. Bin halt auch nur Biochemie-Student mit biophysikalischer 
Ausrichtung, also hab eigentlich mit Physik und Elektronik nicht so viel 
zu tun ;)

Autor: Michael K. (aemkai)
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Ulrich schrieb:
> So einfach ist das mit der Flußspannung, Bandlücke und Farbe nicht. Die
> einfache Gleichsetzung Photoenenergie zu Durchlaßspannung (siehe
> Beiterag von jakob2) gibt eine erste Näherung für die Laserschwelle,
> nicht den Betrieb als LED.

Versteh ich nicht, der Zusammenhang Photonenenergie --> Bandübergang ist 
doch eigentlich fest gegeben (s. o.):
bzw.
Oder?
Da ist es doch erstmal egal, ob HL-Laser, normale LED oder sonstwas. Und 
die Laserschwelle ist doch in Bezug auf die Verluste und Verstärkung im 
Resonator zu verstehen, hat meiner Meinung nach erstmal nichts mit der 
Wellenlänge, sondern mit der emittierten Leistung zu tun.

> Auch eine 650 nm LED kann schon bei 1,5 V
> schwach leuchten, da ist dann aber auch ungefähr Schluß.

Denkste? Sicher sind die Energieniveaus etwas unscharf - vor allem bei 
Halbleitern - aber im Größenbereich von einigen 100 mV? Außerdem erhält 
man nach obiger Beziehung dann auch eine andere Wellenlänge. Für 650 nm 
sind rein rechnerisch 1,9 V nötig. Oder andersrum: Mit 1,5 V kommt man 
auf ca. 830 nm - was i.d.R. nicht mehr wahrzunehmen ist.

(Ich lass mich allerdings von Klügeren überstimmen :-) )

Autor: Thomas R. (tinman) Benutzerseite
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Micha K. schrieb:

>
>> Auch eine 650 nm LED kann schon bei 1,5 V
>> schwach leuchten, da ist dann aber auch ungefähr Schluß.
>
> Denkste? Sicher sind die Energieniveaus etwas unscharf - vor allem bei
> Halbleitern - aber im Größenbereich von einigen 100 mV? Außerdem erhält
> man nach obiger Beziehung dann auch eine andere Wellenlänge. Für 650 nm
> sind rein rechnerisch 1,9 V nötig. Oder andersrum: Mit 1,5 V kommt man
> auf ca. 830 nm - was i.d.R. nicht mehr wahrzunehmen ist.
>
> (Ich lass mich allerdings von Klügeren überstimmen :-)

siehe bild, die LED leuchtet beim 1.49475V (gerät mit 0.0035% 
genaugkeit).

Autor: Ulrich (Gast)
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Die Spannung ab der bei einer Diode ein meklicher Strom fleißt ist 
deutlich kleiner als der Bandabstand. Bei Silzium ist das Bandgap bei 
etwa über 1.1 V (je nachdem was man da genau nimmt 1.12 V bis 1,2 V). 
Die typischen Durchlaßspannung eine Siliziumdiode ist aber mehr bei 0,7 
V.


Auch für LEDs ist das nicht viel anders, obwohl hier der Unterschied 
kleiner ist. Wenn bei einer Diode die Spannung (ohne den Verlust an den 
Kontakten) den Bandabstand erreicht hat man etwa die Besetzungsinversion 
erreicht, eine Vorraussetzung für Laserbetrieb. Durch die Verluste muß 
die Laserschwelle noch etwas höher liegen.


Für eine LED ist das aber kein Problem auch schon vor der 
Besetzungsinversion zu leuchten. Es ist nur so, das dann der 
Wirkungsgrad nicht besonders hoch ist, so wie bei vielen alten LEDs. Es 
gibt auch die Tendenz, dass neuere LEDs mit hohen Wirkungsgrad bei 
gleicher Wellenlänge eine etwas höhere Spannung haben weil sie näher an 
die Besetzungsinversion herankommen.


Das Bändermodel wird dabei oft auch noch falsch Beschriftet. Die 
richtige Skala ist dabei die freie Energie, nicht nur einfach Energie. 
Bei der Rekombination eines Elektron-Loch-Paares im Silizium wird z.B. 
eine Energy von rund 1,5 eV als Wärme freigesetzt, obwohl der 
Bandabstand nur 1,2 eV bei Raumtemperatur ist.


Um die Verwirrung richtig groß zu machen, ist es theoretisch für LEDs 
möglich auch bei einer Spannung unterhalb des Bandgaps noch eine 
Quantenwirkungsgrad nache 1 (und damit einen energetischen Wirkungsgrad 
von etwa über 1) zu erreichen. Das liegt daran, dass Licht halt auch 
Entropie transportiert, und damit wie Wärme zu zählen ist.
Ich wüßte nicht das dieses paradoxon schon wirklich erreicht ist, aber 
einige Typen im mittleren IR kommen da schon ziehmlich nahe ran. Wenn ja 
hätte man das vermutlich mitbekommen: ein LED mit über 100% Wirkungsgrad 
gibt ja eine hübsche Schlagzeile.

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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Danke Ulrich für deine Ausführungen.

Autor: Michael K. (aemkai)
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Verstehe ich das jetzt richtig:

Die eingeleitete Flussspannung kann geringer sein als der Bandabstand, 
ein paar Elektronen / Löcher nutzen dann die vorhandene thermische 
Energie zum Rekombinieren (was bei weitem aber nicht für alle 
Elektronen-Loch-Paare reicht) - so dass man ein (nur) schwaches Leuchten 
erhält?
Das würde den "Unterschied" zwischen Theorie (= Formel) und Praxis 
erklären.


> Für eine LED ist das aber kein Problem auch schon vor der
> Besetzungsinversion zu leuchten.

Allerdings versteh ich immer noch nicht, was eine LED mit 
Besetzungsinversion zu tun haben soll. Eine LED nutzt doch die spontane 
Emission - Besetzungsinversion ist dafür doch unnötig.

> Um die Verwirrung richtig groß zu machen, ist es theoretisch für LEDs
> möglich auch bei einer Spannung unterhalb des Bandgaps noch eine
> Quantenwirkungsgrad nache 1 (und damit einen energetischen Wirkungsgrad
> von etwa über 1) zu erreichen. Das liegt daran, dass Licht halt auch
> Entropie transportiert, und damit wie Wärme zu zählen ist.

Aber das Licht wird abgestrahlt, und nicht empfangen. Wenn es jetzt 
zusätzlich Energie transportiert, müsste es ja genau andersrum sein, die 
Spannung muss um einiges größer sein als die Bandlücke.

Autor: Jens G. (jensig)
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was redet Ihr denn ...
eine rote oder gar weise LED schafft es nicht, mit nur 1,3V (sinnvoll) 
ohne zusätzliche Elektronik klarzukommen.

Autor: Ulrich (Gast)
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Eine rote oder gar weisse LED direkt mit 1,3 V geht nicht.
Es geht aber wie man an dem einen Bild oben sieht sehr wohl eine rote 
LED schon bei 1,5 V, obwohl dies deutlich unter der zur Phtonen energie 
gehörende Spannung ist.

LEDs arbeiten ohne Besetzungsinversion, jedenfalls die allermeisten. Für 
spontane Emission reicht das ja auch aus.
Die Besetzungsinversion hab ich nur erwähnt, weil man gerade an der 
Grenze die Spannung hat die zur Photonenenergie gehört. Damit ist schon 
mal klar das bei LEDs die Spannung in der Regel kleiner sein wird als 
der Wert aus der Photonenenergie,  nur durch Verluste (Widerstände) kann 
die Spannung auch höher werden.

Licht ist keine reine Arbeit im Sinne der Thermodynamik. Mit dem Licht, 
vor allem bei geringer Leuchtdichte wird, auch Entropie transportiert. 
Das Licht ist also eine Mischung aus freier Energy und thermischer 
Energie.  Eine Folge daraus ist, das Licht geringer Leuchtdichte auch 
nur mit einem begrenzten Wirkungsgrad in Elektrische Energie umgewandelt 
werden kann.

Ensprechend muß auch nicht die ganze Energy aus der Elektrischen 
Spannung kommen, ein Teil kann auch aus der Temperatur der LED kommen. 
Bei einer perfekten LED wäre es damit möglich das sich die LED der 
Umgebung Wärme entzieht sich also sogar abkühlt. Für sichbare LEDs ist 
der Effekt viel zu klein um LEDs wirklich so gut hinzubekommen. Im 
IR-Bereich gab es aber schon Versuche die Grenze zu erreichen.  Der 
Vorschlag den Effekt zur Kühlung zu nutzen ist nicht praktisch, weil die 
Leistung zu klein ist.

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