Hallo, habe in einer Schaltung eine grüne LED als Z-Diode genommen, Strom ca. 2mA. Habe aus der Schulphysik folgende Formel hergeleitet: U = h * c / e /lambda mit den Werten e = 1,602 * 10^-19 As h = 6,626 * 10^-34 Js c = 2,99 * 10^8 m/s lambda grün zwischen 520 und 565 nm bekomme ich die Faustformel U = 1236 durch Wellenlänge in nm. Doch oh Schreck an der grünen Leuchtdiode messe ich statt 2,18V nur 1,88V Rückgerechnet bekomme ich eine Wellenlänge von 657 nm. Wo ist mein Gedankenfehler?
Vorausgesetzt die Formel stimmt - ich habs nicht geprüft: Welche Lichtgeschwindigkeit muß man nehmen? Die im Vakuum, oder die im Halbleiter? Letztere dürfte niedriger sein...
>Welche
Lichtgeschwindigkeit muß man nehmen? Die im Vakuum, oder die im
Halbleiter?
Selbstverständlich die im Vakuum.
Ich sollte doch mal eben die Formel herleiten:
(1) E = h * nü
Besagt das die Energie eines Lichtquantes ist h * nü
Also h ist das plancksche Wirkungsquantum und nü die
Frequenz des Photon.
(2) E = U * e
Bedeutet die Energie des rekombinierten Elektron/Loch-Paares in der
Leuchtdiode ist Spannung in Volt mal Elementarladung eines Elektrons.
(3) Lambda = c / nü
Wellenlänge Lambda (in Meter) lässt sich errechnen durch
Lichtgeschwindigkeit in Vakuum oder Luft, geteilt durch Frequenz nü.
Habe auch schon mal gelesen, rote Leuchtdioden haben 1,8V
Durchlassspannung, grüne 2,1V.
Warum bei mir nicht?
> Selbstverständlich die im Vakuum.
Warum? Sie Sache spielt sich doch im Halbleiter ab, nicht im Vakuum.
@Uhu: Ich habe zwar keine Ahnung von diesem Teil der Physik, aber wenn ich das richtig verstanden habe, stimmt das schon mit der Vakuumlicht- geschwindigkeit. Für die Photonenenergie gilt unabhängig vom Medium, in dem sich das Photon befindet, immer
Die Lichtgeschwindigkeit kommt erst bei der Umrechnung der Frequenz in die Wellenlänge ins Spiel:
Hier ist aber die Lichtgeschwindigkeit in Luft (die praktisch derjenigen im Vakuum entspricht) einzusetzen, da sich die von den LED-Herstellern angegebene Wellenlänge auf das Medium Luft, in dem die LEDs normalerweise betrieben werden, bezieht. @nobody: Wie gesagt, ich habe keine Ahnung, aber könnte es sein, dass die Elektronen schon vor dem Anlegen der äußeren Spannung eine Energie haben, so dass für den Effekt eine geringere Spannung ausreicht? Im Wikipedia ist von einer Energiedifferenz die Rede: "Die Größe der Energielücke E''-E' bestimmt die Farbe des ausgesandten Lichts." Aber wirklich verstanden habe ich das ganze nicht.
M.E. C in Vakuum (Luft)! Es werden Photonen erzeugt, für diese ist c=3*10^8m/s. Wenn an eine LED 1,88V angelegt werden, gibt sie nur im Idealfall 1,88eV an ein Photon ab. Tatsächlich ist im Halbleiter noch Energie erforderlich, damit dieser Prozess abläuft. Die benötigte Spannung, um die LED zum Leuchten zu bringen ist daher höher als die (minimal) errechnete. Wie das beim Betrieb in Sperrrichtung ist, weiß ich allerdings nicht.
Hi Bevor du Einstein Konkurrenz machst. Wie wäre es mit einem Blick ins Datenblatt? MfG Spess
Warum sollte die Zener-Spannung einer Leuchtdiode irgend etwas mit ihrer Bandlücke (und somit ihrer Emissionswellenlänge) zu tun haben? Das sind zwei komplett verschiedene Effekte, der Zener-Effekt entsteht aufgrund des quantenmechanischen Tunnelns von Ladungsträgern, dessen Wahrscheinlichkeit vom Bandverlauf am pn-Übergang abhängt, und somit durch die Dotierungen beeinflusst werden kann (so stellt man ja die Z-Dioden mit unterschiedlichen Durchbruchsspannungen her).
@nobody: Wie mein Vorposter schon schrieb, was du berechnest hat mit der Zenerdiode herzlich wenig zu tun. > U = 1236 durch Wellenlänge in nm das stimmt schonmal (genauer: 1240nm) Woran kann es also liegen dass du eine falsche Spannung misst? 1. falsche Messung. z.B. Spannung nicht genug gesiebt, bzw Schaltnetzteil 2. heutige Leds sind nicht mehr so einfach aufgebaut wie man sich das vorstellt. Genaueres siehe hier: (tiefergehendes Halbleiterwissen empfohlen) http://forum.electronicwerkstatt.de/phpBB/viewtopic.php?topic=73317&start=15&pid2=462396#id462396
@Thomas Faust und Esko: Ich glaube, dem OP geht es nicht um den Zener-Effekt der LED. Vielmehr will er die LED in Durchlassrichtung betreiben und den Kennlinienknick zur Erzeugung einer halbwegs stabilen Spannung nutzen. Einmal abgesehen davon, dass eine LED sicher nicht das geeignete Bauteil für so etwas ist, finde ich die Frage, welche Spannung miniml benötigt wird, um Licht mit einer bestimmten Wellenlänge zu erzeugen, schon interessant.
Hallo, >2. heutige Leds sind nicht mehr so einfach aufgebaut wie man sich das >vorstellt. ich glaube bei einigen LEDs werden Farbfilter verwendet, diese erzeugen angeregt durch das LED-Licht die gewünschte Wellenlänge. So wird bei den weißen LEDs ein blauer Leuchtkristall verwendet und das blaue Licht in weißes verwandelt. Bei grünen Laserpointern wird durch eine Laserdiode erzeugtes Infrarotlicht in grünes Laserlicht umgesetzt. Das ist wohl auch hier der Fall (auch wenns kein Laser ist).
>Doch oh Schreck an der grünen Leuchtdiode messe ich statt 2,18V nur >1,88V Gib mal ein bisschen mehr Strom, dann wirst du die 2,18V schon sehen. Im Ernst, die theoretische Werte mit den wild streuenden Eigenschaften der Halbleiter genau treffen zu wollen kann nicht funktioieren.
Stefan Helmert wrote: > ich glaube bei einigen LEDs werden Farbfilter verwendet, diese erzeugen > angeregt durch das LED-Licht die gewünschte Wellenlänge. Das ist kein Filter, sondern ein Leuchstoff.
>Bei grünen Laserpointern wird durch eine Laserdiode >erzeugtes Infrarotlicht in grünes Laserlicht umgesetzt. Das ist wohl >auch hier der Fall (auch wenns kein Laser ist). Das ist Verdoppelung mit einem Kristall. Das funktioniert nur bei rabiat hohen Intensitaeten.
Hallo und ein schönes neues Jahr an alle. Ich würde gerne mochmal die Diskusion um die Wellenlänge des emittierten Lichts und die Durchlasspannung bei LED's anstossen. Natürlich betreibe ich die (grüne) LED in meiner kleinen billig-Schaltung in Durchlassrichtung. "Z-Diode" habe ich nur geschrieben weil ich mir von der LED einen Doppel-Nutzen verspreche: 1. Licht und 2. eine stabile Spannung wie bei einer Z-Diode. Übrigens habe ich bei einer standard LED kein Datenblatt!!!!! Gewundert habe ich mich nur, warum die Durchlasspannung der LED niedriger ist als es die emittierte Lichtwellenlänge erwarten lässt. Faustformel (aber richtig physikalisch hergeleitet mit Naturkonstanten wie Plancksches Wirkungsquantum, Elementarladung und Lichtgeschwindigkeit) Durchlasspannung = 1240V / Wellenlänge in nm Also je kleiner die Wellenlänge desto größer die Energie des Lichtes und desto höher die Spannung. Diese Formel lässt sich natürlich auch Umformen zu Wellenlänge in nm = 1240V / Durchlasspannung Damit erhalte ich bei 1,88 Volt eine Wellenlänge von 659nm was aber eher schon im roten Bereich liegt. Visuell gesehen ist das Licht meiner grünen LED aber gelb-grün. (Ich habe kein Meßgerät für Lichtwellenlänge) Also kriege ich hier wohl kostenlos Energie geschenkt? So jetzt sind mal die Physiker gefragt, woher kommt dieser Energieüberschuss?
Zu eurer Information: Ich habe ältere rote 3mm LEDS die leuchten beim Anschluß an einer vollgeladenen Nc-Cd Zelle (1,2V) natürlich im Durchlaßbereich. Dabei verbrauchen sie ca 1mA oder sogar weniger. Benutze die roten LEDs deshalb als einfache Ladekontrollleuchte. Sie leuchten erst wenn der Akku voll ist. Mit gelben und grünen LEDs geht das nicht. Gruß Helmut
Hm, auch sehr mysteriös. Bist wohl der nächste Uri Geller :-) Ne, aber mal im Ernst so ein NI-CD-Akku hat eine Ladeschlusspannung von 1,44V. Aber wenn er beim totalen Überladen schon Knallgas entwickelt, dann wird die Spannung noch höher sein. Also bei 1,5Volt sollte die emitierte Wellenlänge der LED bei 826nm liegen. Das ist schon im Infrarot, müsste also unsíchtbar sein. Also Physiker, Frage an euch: woher kommt der Energiegewinn?
Also nach meiner errinerung von letztem Jahr müsste die LEd Forel stimmen, Wenn cniht hab ich meine Physik Prüfung unverdient bestanden ;-) Meine idee mit der "gewonnenen " energie kann aber auch an einen parasitären paralel anliegenden Widerstand liegen. HAb hier zuhause auch noch nen 1000 er cask grüner leds rumliegen einige haben "komische" eigenschaften hab zb schon eine erlebt die Minztenlang spannungen von 18 Voltausgehalten hatund noch grün gelauchtet hat.(Schwach zwar aber genauso wie bei 3 Volt) Btw , eine frage hab ich noch du mimst gleichstrom(gut gesiebt, weil brummen bzw Wechelstrom kann ja mit der kapazität vom Pn überganz zu überracshungen führen.. ausserdem ne led as z - diode :-D Gute idee,
Sersn, finds komisch ...ich hab exakt den gleichen Fehler. Versuchsaufbau: - Vorwiderstand wird in Reihe mit einem LED (gelblich-grün) geschaltet. Die Spannung wird direkt über dem LED abgegriffen, der Strom in Reihe. - Vorwiderstand (98,4+-0,3)Ohm (mit Metrix MX51 gemessen) - Spannung (mit Agilent 34405A 5 1/2 - Fehler für Strom: 0,025%) - Stromstärke (mit Agilent 34405A 5 1/2 - Fehler für Strom: 0,045%) Durchführung: - I in Abhängigkeit von U gemessen. Die Abstände zwischen Messungen 'willkürlich' gewählt, viele Daten im Knick. - Graphen gezeichnet und rechnerisch und zeichnerisch lineare Regression durchgeführt. Die Kniespannung ergibt 1,878V. - Nach der gleichen Methode versucht die Wellenlänge auszurechnen und komme auf: 660,9nm Die Soll-Kniespannung muss (2,15+-0,08)V sein. Ich schätze das es sich um eine mit Stickstoff dotierte GaP-Leuchtdiode handelt. Mögliche Fehlerquellen: - Lichtgeschwindigkeit in Luft in erdnähe statt Vakuum Leider nicht gewesen. Die Lichtgeschwindigkeit in Luft und erdnähe beträgt ca. 97,7% der Vakuum-c. Das macht ne Wellenlänge von 1.3nm aus. - Lineare Regression nicht aussagekräftig, da Kurve noch nicht maximale Steigung hat Hab eine exponentielle Regression durchgeführt (regressionskurve f(x)=0,000000000001092*1,734E+006^x), höhere Werte eingesetzt und damit eine lineare Regression durchgeführt um auf die Kniespannung zu kommen. Die Spannung liegt dann nach der Methode bei ca. 3V Nachteil ist außerdem: Man ändert die Kniespannung nach belieben, je nach dem welche Punkte man wählt. - Spannung nicht über Diode sondern über Diode und Vorwiderstand gemessen Leider auch net. Hab den Vorwiderstand rausgerechnet und die Kniespannung sinkt auf ca. 1,3V Insgesamt hab ich echt keine Ahnung was ich falsch mache ... muss irgendwo ein saublöder Gedankenfehler sein. Wir haben den Versuch im physikalischen Grundpraktikum (1.Semester) an der Uni Würzburg. Sooooooo kompliziert kann das gar nicht sein! Naja,... LG Wolf
Ich weiß nicht, warum man im Studium solche Schaltungen aufbaut, die in Natura nicht viel Freude machen. Eine LED hat nicht so einen "schönen" Knick in der Kennlinie wie eine Z-Diode und driftet temperaturmäßig auch mehr. Für niedrige Spannungen gibt es doch auch schöne Referenzelemente. Das soll jetzt nicht gegen ein E-Technik-Studium aufgefasst werden und ich bin auch nicht der große Zampano. ;-) Nicht hauen und auch keinen Streit. Es interessiert mich nur, warum man das so aufbaut, obwohl man aus den Kennlinien ersehen könnte, daß es nicht besonders gut geht. MfG Paul
Sersn, ja, ich frag da morgen mal nach - interessiert mich schon ... und ... ... und naja, ... im PHYSIK-Studium muss man halt mal praktisch gearbeitet haben und in der Einführung in die Elektrizitätslehre bieten sich Dioden halt an, bilden ja die Grundlage für Transistoren usw. Wir haben alle möglichen Schaltungen aufgebau, mit allen möglichen Dioden, z.B.: Silizium- und Germanium-Diode, Z-Diode, LED, Transistor, ... Ist halt einfach dafür da, damit wir es mal gesehen und selbst gemacht haben... Naja, schönen Abend :) Wolf
Eine LED als Z-Diode ist durchaus brauchbar. Ab einer halbwegs stabilen DC bei konstanter Temperatur mit einem genuegend hohen Vorwiderstand betrieben ist die spannung genuegend stabil fuer die 3 cent, die das kostet. Eine richtige Referenz, wie die ADR381 ist mit 1 Euro doch einiges teurer.
@Paul Baumann >Eine LED hat nicht so einen "schönen" >Knick in der Kennlinie wie eine Z-Diode und driftet temperaturmäßig auch >mehr. imho stimmt das nicht, Z-Dioden haben einen saumässigen Temperaturgang. Mit Ausnahme von 5V6, bei dieser Spannung heben sich posetiver und negativer Temperaturkoeffizient gerade auf. Der Dienstweg ist die Abkürzung zwischen der Sackgasse und dem Holzweg.
Aha, .....und LED's habe einen besseren, der sie zur Spannungsstabilisierung geeigneter macht als Z-Dioden??? Interessant. ;-)) MfG Paul
Harrrrrrr! Hab eine mögliche Lösung =) Hab die exponentielle Regression nochmal durchgeführt, sie ergibt eine Kurve: k(x) = 1,092E-12*1,734E+006^x und im Intervall 2,1 bis 2,4V in 0,02V-Schritten Werte eingesetzt und daraus ne lineare Regression gemacht... r(x) = -6026 + 2791x => 0 = - 6026 + 2791 U => U = 6026/2791 = 2,159V 2,159V entspricht ner Wellenlänge von 574,3nm, was eindeutig gelblichgrün ist - perfekt! Keine Ahnung ob man zweimal ne Regression durchführen darf, aber zumindest hauts erstmal hin ^^ werd ja ne Korrektur bekommen =) Greetz, Wolf
@Paul Baumann In einigen High-End Verstärkern wurden LED's zur Spannungsstabilisierung verwendet. Afaik sollen Z-Dioden rauschen. Den Temperaturgang von Z-Dioden kann man ruckzuck sehen: Spannungsquelle, 1k Widerstand, Z-Diode und ein Digitalmultimeter. Spannungsanzeige auf dem Digitalmultimeter beobachten und Z-Diode einfach mal mit der warmen Hand berühren. Ausserdem gibt's Datenblätter. Bei einigen LED's ist die abgestrahlte Wellenlänge anscheinend kürzer (und damit energiereicher) als die angelegte Spannung zulässt. Btw. der Energieüberschuss ist grösser als K * T Hätte man jetzt eine LED die aus jedem Elektron ein Photon generiert und eine entsprechende Solarzelle die aus jedem Photon ein Elektron der entsprechenden Spannung macht... PERPETUUM MOBILE ;-) Heissa, schon mal in Stockholm anrufen...
Aha, LED sind also rauschfrei. Für Z-Dioden gibt es sogar Datenblätter, STAUN! Mach Deinen Meßversuch doch auch mal mit einer LED. Was da wohl passiert?! Eine winzige Unsicherheit ist aber geblieben: Warum stellt man überhaupt noch Z-Dioden her? ...laß gut sein. Paul
Paul Baumann wrote: > Eine winzige Unsicherheit ist aber geblieben: Warum stellt man überhaupt > noch Z-Dioden her? Für die Leute, die nicht gesehen werden wollen. :-) Ich kenne LEDs auch noch als Kleinspannungs-Z-Dioden-Ersatz, allerdings aus einer Zeit, da Z-Dioden nur bis herab zu ca. 5 V herstellbar waren. Paul, bezüglich des Rauschens kann ich mir schon einen Unterschied vorstellen. Bei der Z-Diode entsteht meines Wissens Funkelrauschen durch das Tunneln der Ladungsträger durch die Sperrschicht. Die LEDs werden (genauso wie die so genannten "1-V-Z-Dioden") dagegen in Flussrichtung betrieben, sollten diesen Rauschanteil also nicht haben. Ob und inwiefern das natürlich am Ende einen Einfluss hat und ob man das Rauschen nicht auch einfach mit einem Kondensator dämpfen könnte, steht auf einem anderen Blatt geschrieben.
>Für die Leute, die nicht gesehen werden wollen. :-) Wunderbar! :-)) Es leuchten die Dioden, besonders hübsch die roten. Ja, ich weiß. Auch ich habe LED's als Z-Dioden-Ersatz benutzt, wenn ich etwas für Spannungen unterhalb von 5,1 Volt brauchte. Trotzdem war das auf Grund der Kennlinie die schlechtere Wahl. Was auch ganz gut ging, waren Transistoren als Z-Dioden_Ersatz. Da kam ein Einstellregler mit dem Schleifer an die Basis und Anfang und Ende jeweils an Kollektor und Emitter. So konnte man schön "exotische" "Z-Spannungen" einstellen. Ich bin auch ein großer Fan von 22nF - Kondensatoren parallel zu Z-Dioden, um das Rauschen zu unterdrücken. Na gut. MfG Paul
He, was labern die alle von Z-Dioden? Die eigentliche Kernfrage ist doch, warum die LED Licht mit einer zu kurzen Wellenlänge aussenden kann. Wo kommt diese Energie her? Kann man damit "beamen"?
Angehängte Dateien:
-
LED.PNG
11 KB
Hallo zusammen, ich glaube ich kann hier zumindest einen Ansatz liefern: Die Formeln stimmen: E = h * f = h * c / lambda E = e * U --> U = h * c / ( lambda * e ) Mir ist auch aufgefallen, dass z.B. eine blaue LED schon einige 100mV vor der errechneten minimalen Vorwärtsspannungen ganz schwach zu leuchten beginnt. Einige 100mV später wäre leicht zu erklären gewesen, aber warum einige 100mV füher? Das liegt meiner Meinung nach daran: Eine LED erzeugt nicht nur exakt eine diskrete Wellenlänge, sondern ein ganzes Spektrum. Hat eine blaue LED z.B. 470nm, so erzeugt sie auch Wellenlängenanteile von bis zu 550nm. Setzt man diese Werte in die Gleichung ein, so stimmen die berechneten Spannungen ziemlich genau. Was mich allerdings etwas wundert: Die Farbe müsste dann auch etwas anders aussehen. Hat jemand eine Idee?
yalu schrieb: > Einmal > abgesehen davon, dass eine LED sicher nicht das geeignete Bauteil für > so etwas ist, Warum nicht? Bei LEDs ist der dynamische Innenwiderstand typisch deutlich kleiner, als derjenige von Z-Dioden mit gleicher Spannung. Edit: Entschuldigung. Ich bin mal wieder in die Leichenfalle geraten. :-(
:
Bearbeitet durch User
Uhu U. schrieb: > Warum? Sie Sache spielt sich doch im Halbleiter ab, nicht im Vakuum. Weil das so ist!
Thread beobachten
Seitenaufteilung abschaltenBitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.