O LED que estou usando requer uma tensão mais alta do que a fornecida, e, como resultado, não acende.

Eu esperaria pelo menos uma luz fraca, mas a luz não é gerada.

Por que esse comportamento de "se não há o nível de tensão necessário, não há luz"? O que está acontecendo dentro do LED?

Os LEDs não funcionam como lâmpadas comuns (incandescentes).

Principais diferenças (um pouco simplificadas para iniciantes):

• Eles têm uma polaridade, portanto devem ser alimentados usando CC respeitando essa polaridade. Inverta a polaridade e eles não funcionarão. Você também pode danificá-los se aplicar mais de ~ 4V-5V na direção reversa (esses são valores seguros; o valor máximo tolerável exato depende do dispositivo específico).

• A emissão de luz começa apenas se uma certa tensão for atingida (tensão limite), sob essa tensão a emissão é desprezível. Portanto, se você possui uma bateria cuja voltagem está abaixo da voltagem limite do LED, está sem sorte, a menos que use um circuito mais complicado (por exemplo, um ladrão de Joule ou um conversor DC-DC de impulso) para alimentar o LED.

• Depois que a tensão limite é atingida, qualquer aumento muito leve na tensão faz com que o LED conduz fortemente, ou seja, absorve uma corrente enorme . Portanto, você precisa de um resistor em série para limitar essa corrente a um limite seguro. Existem outras perguntas / respostas neste site que explicam como calcular o valor do resistor limitador.

• Uma vez conduzida, a intensidade da luz emitida é aproximadamente proporcional à corrente (não à tensão) que flui no diodo (para que você obtenha um LED mais brilhante se diminuir o valor do resistor limitador). Isso até o limite máximo de corrente do LED. Após esse limite ser atingido, o dispositivo fica POOF !

Você também pergunta por que tudo isso acontece, mas a resposta é bastante complexa, pois depende da estrutura física do cristal semicondutor dentro do diodo. A explicação física está na mecânica quântica e na física de estado sólido, assuntos realmente difíceis.

O artigo da Wikipedia sobre LEDs apenas raspa a superfície do funcionamento interno dos LEDs e ainda é bastante complexo.

Vejo que Lorenzo já respondeu sua pergunta diretamente (+1). Aqui está o que você pode fazer para acender seu LED e ver o que você tem.

Os LEDs são diodos, portanto, conduzam apenas em uma direção. Ao contrário de uma lâmpada comum, a orientação é importante. Se o LED não acender de uma maneira, vire-o e tente novamente.

Para experimentar com segurança praticamente qualquer LED, use uma fonte de 5 V com pelo menos 180 Ω em série. Usar uma resistência mais alta funciona, mas acenderá o LED de maneira mais fraca. Mesmo com 1 kΩ em série, você ainda poderá ver qualquer LED de luz visível acender em ambientes fechados.

O motivo para usar uma fonte de 5 V é limitar a tensão reversa através do LED quando conectado ao contrário. A maioria dos LEDs pode suportar pelo menos 5 V de ré.

Um LED de luz visível cairá no mínimo 1,8 V. Isso deixa (5 V) - (1,8 V) = 3,2 V no resistor. Praticamente qualquer LED suporta corrente de 20 mA. Pela lei de Ohm, (3,2 V) / (20 mA) = 160 Ω. Eu disse 180 Ω no mínimo para uma pequena margem e porque esse é um valor comum.

A voltagem direta do LED depende da cor. Os LEDs verdes comuns caem cerca de 2,1 V, por exemplo. LEDs "brancos" geralmente são realmente LEDs UV com fósforos que reemitem no espectro visível. Aqueles podem cair em torno de 3,5 V.

Com um resistor de 200 and e um LED de 3,5 V, você obtém (1,5 V) / (200 Ω) = 7,5 mA. Esse LED ainda acenderá visivelmente com 7,5 mA através dele, mesmo que ele possa ter manipulado 20 mA ou mais.

Depois de acender o LED, você pode medir sua voltagem direta e ajustar o resistor para permitir a corrente máxima com essa voltagem direta. Suponha que o máximo seja 20 mA, a menos que você tenha uma folha de dados e diga o contrário.

Explicação da física

Lâmpadas

Uma luz incandescente não é realmente uma fonte de luz, mas um elemento de aquecimento . Qualquer corrente através de um fio a aquece um pouco ; quando o fio está acima da temperatura ambiente, ele emite energia líquida via radiação do corpo negro . A taxa na qual essa energia é emitida depende da quarta potência da temperatura , ou seja, quanto maior a temperatura, mais brilhante ^† . E o mais corrente (ou equivalentemente ^‡ mais tensão), quanto maior for a temperatura do arame.

$2.6\times10^{-19}$

LEDs

$2.6\ldots3.2\times10^{-19}$

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

^†_$T^4$

^‡ _{Da mesma forma, a lei de Ohm não está completamente correta aqui porque a resistividade depende da temperatura. Mas a dependência qualitativa de tensão mais alta ⇒ maior potência elétrica ainda é verdadeira.}

Você acabou de aprender uma lição sobre como os LEDs são não lineares .

Lâmpadas incandescentes são lineares quando acendem . Linear significa que age como um resistor: o consumo de corrente é proporcional à tensão: metade da tensão, metade da corrente, 1/4 da potência. Uma luz incandescente faria o que você espera.

Os LEDs têm uma curva tensão-corrente muito acentuada: uma pequena alteração na tensão resulta em uma grande alteração no consumo de corrente. Você está fora do fundo desse gráfico, portanto não há luz.

A curva acentuada torna o LED muito irregular, pequenas mudanças de tensão resultam em grandes (e prejudiciais) mudanças de corrente. Pior, a curva muda de acordo com a temperatura, a posição e a idade. Portanto, os LEDs são classificados em um corrente e não com uma tensão. Para indicadores, você pode limitar a corrente com resistores. Para iluminação, onde você precisa de desempenho máximo, é melhor usar um circuito de driver ativo para regular a corrente conforme as especificações.

Esses circuitos também se prestam a aumentar ou diminuir a tensão de alimentação para se adequar ao LED. O Joule Thief é um circuito simples que resolve o problema de acionar um LED de iluminação com uma única bateria de 1,5V.

Pelo que vale, é ainda pior com o terceiro tipo de luz, iluminação com descarga de arco: fluorescente, neon, halogeneto de metal, vapor de mercúrio e sódio de alta / baixa pressão. Eles são isoladores até uma certa voltagem quando o arco atinge ... Depois do qual eles são quase um curto-circuito. A limitação de corrente é obrigatória.

Um pouco de experiência em semicondutores ...

O silício puro (ou germânio) é um isolador. Impurezas são adicionadas para criar material do tipo "P" ou "N". Quando estão próximos um do outro (em um diodo PN ou LED), as impurezas se cancelam efetivamente , deixando-o com uma pequena camada " pura " - que atua como isolante.

Se você ligar a energia da maneira errada , a camada ficará mais espessa e mais forte - até você danificar o dispositivo. (A Varicaps usa esse princípio para criar um capacitor variável - a espessura do isolamento age como a distância entre as placas do capacitor)

Quando você liga a energia da maneira correta , a camada fica mais fina até que o dispositivo passe a corrente. Quando isso finalmente acontecer, seu LED começará a brilhar.

Uma observação final: é possível acender um LED com apenas uma fonte de 1,5V: use um circuito de "intensificação" de tensão. O circuito mais comum é chamado de ladrão de Joule .

Sua queda de tensão (~ 2 V) é maior que a tensão de alimentação (1,5 V). Se a tensão de alimentação for menor que a queda de tensão, qualquer diodo (incluindo LED) não será conduzido.

Além das respostas aqui, também vale ressaltar que cada LED é diferente (mesmo por cor). Todos eles têm tensões de 'ativação' ligeiramente diferentes e limites de ruptura.

A maneira correta de garantir que você não vai explodir seu LED e, ao mesmo tempo, garantir que você possa esperar luz é olhar a folha de dados do seu LED.

O uso da folha de dados fornecerá uma experiência essencial em

1. Localizando as folhas de dados
2. Lendo e compreendendo-os

Para começar, aqui está um aleatório para um LED branco na parte superior do google; o que talvez seja um pouco mais complexo que a maioria dos LEDs, porque "branco" não é uma cor na área de LEDs.

Há uma quantidade incrível de informações nelas, e se você não as entender, sugiro que tente e, em seguida, poste novamente uma pergunta perguntando sobre uma parte específica que você não entende.