LED, Teori, Rumus dan Rangkaian

LED (Light Emitting Diode)

Light Emitting Diode atau sering di sebut LED, adalah jenis khusus dari dioda, jika diberikan arus dengan bias maju maka LED akan merubah energi listrik menjadi cahaya. LED Terbuat dari lapisan yang sangat tipis dari campuran bahan semikonduktor. konstruksi LED berbeda dengan dioda sinyal biasa, LED dikelilingi oleh lapisan transaparan plastik keras resin epoxy hemispherical berbentuk shell. dibuat berbentuk kubah agar terjadi fokus keatas sehingga cahaya led akan lebih terang jika dilihat dari atas.

Namun tidak semua led berbentuk kubah tetapi ada juga yang berbentuk kotak persegi panjang atau silinder dengan permukaan atas yang rata. semua led memiliki terminal Anoda dan Kathoda, jika dilihat dari dalam led maka Anoda memiliki model plat datar dan lebih panjang dibanding Katoda yang lebih pendek.

berbeda dengan jenis lampu pijar atau lampu penghasil cahaya lainnya yang bersifat menimbulkan panas saat merubah energi listrik ke cahaya, sedangkan LED adalah perangkat solid state yang tidak menimbulkan panas ketika merubah energi listrik ke cahaya sehingga LED memiliki umur lebih panjang.

LED terbuat dari campuran senyawa semikonduktor eksotis seperti Galium Arsenat (GaAs), Gallium phosphide (GaP), Gallium arsenat phosphide (GaAsP), Silicon Carbide (SiC) atau Indium Gallium Nitrida (GaInN) semua dicampur bersama-sama pada rasio yang berbeda untuk menghasilkan panjang gelombang yang berbeda warna.

Dibawah ini adalah tabel warna yang dihasilkan oleh material semikonduktor pada LED :

Dapat dilihat dari tabel diatas maka sebenarnya warna yang dihasilkan dari LED ditentukan oleh panjang gelombang cahaya yang dipancarkan, yang dihasilkan dari campuran bahan senyawa semikonduktor yang digunakan dalam membentuk PN junction. oleh karena itu warna yang ada pada bodi LED bukan yang menentukan warna meskipun sedikit membantu meningkatkan cahaya LED, tetapi hanya untuk menunjukan warna led tersebut ketika keadaan tidak dialiri listrik. 

Dilihat dari tabel diatas sebenarnya bahan utama yang dipakai untuk terminal tipe "P" adalah dari Galium (Ga) dan untuk bahan utama untuk terminal tipe "N" adalah Arsenic (As), sehingga campuran kedua material tersebut menghasilkan senyawa Galium Arsenide (GaAs), dan menghasilkan warna cahaya inframerah radiasi rendah (850nm-940nm), warna ini sering diaplikasikan untuk remote kontrol. dan tidak bisa dijadikan lampu cahaya karena tidak dapat dilihat oleh mata. Untuk itu dengan menambahkan molekul Fosfor (P) sebagai campuran ketiga akan menghasilkan senyawa Gallium Arsenide Phosphide (GaAsP) dan panjang gelombang yang dihasilkan akan menjadi dibawah 680nm dan menghasilkan warna merah yang dapat dilihat oleh mata. 

Warna kuning sawo dihasilkan dengan merubah takaran dari campuran (GaAsP).warna hijau dihasilkan dari campuran bahan Alumunium (Al), Gallium (Ga) dan Pospor (P)sehingga menjadi senyawa Alumunium Gallium Pospide (AlGaP). Warna biru adalah campuran senyawa Silikon (Si) dan Karbon (C) dan menghasilkan senyawa Silicon Carbide (SiC).

Dari penjelasan diatas maka dengan mencampur dua atau lebih bahan semikonduktor dengan komposisi yang berbeda maka akan dihasilkan panjang gelombang dan warna yang berbeda-beda. 
  

Rangkaian Seri Resistor Pembatas Arus LED

Arus yang diperlukan untuk sebuah LED sangat kecil sekitar 10 sampai 20mA, maka untuk membatasi arus yang mengalir ke LED kita harus memasang sebuah resistor penahan arus secara seri dan untuk menghitung nilai resistor yang diperlukan dalam rangkaian seri LED dan Resistor adalah dapat dilihat seperti gambar dibawah ini: 

dimana :

R = Resistor (ohm)

Vs = Tegangan Supply (Volt)

VLed = Drop Tegangan LED (Volt)

ILed = Arus LED (Ampere)

Contoh Soal :

Sebuah rangkaian seri resistor LED dialiri tegangan 12V, dengan drop tegangan pada LED 1,2V. Jika arus LED 20mA, Hitunglah nilai resistor penahan arus?

Penyelesaian :

R = (Vs - Vled) / Iled = (12 - 1,2) / 20mA  = 10,8 / 0,02  = 540Ω

Rangkaian Driver LED

LED bisa dikendalikan oleh komponen aktip seperti IC TTL atau CMOS, dan Juga Transistor. Arus drive keluaran dari IC adalah mencapai maksimum 50mA, sehingga diperlukan resistor pembatas arus dalam rangkaian sebagai berikut :

 
Transistor sebagai driver led dapat dilihat seperti gambar dibawah ini:

Jika diperlukan arus yang lebih besar untuk mendrive rangkaian seri atau paralel beberapa LED, maka kita dapat merubah tipe transistor dengan spesifikasi arus yang lebih tinggi.

Drop tegangan rangakaian LED seri adalah dijumlahkan (VLed 1 + VLed2 + VLed3 ...dst), dan nilai arus LED nya sama. sedangan tegangan drop rangkaian paralel adalah sama dan kebutuhan arus dijumlahkan dari setiap arus LED (ILed1 + ILed2 + ILed3....dst).