Pengertian led (Ligting Emitting Dioda )adalah komponen elektronika yang terbuat dari bahan semikonduktor dan memancarkan cahaya ketika diberikan tegangan. Saat ini penggunaan led dalam berbagai bentuknya semakin meningkat karena mempunyai banyak kelebihan jika dibandingkan dengan komponen elektronika yang mampu mengeluarkan cahaya lainnya.
Led merupakan satu bentuk lain dari dioda semikonduktor yang mampu memancarkan cahaya dengan panjang gelombang tertentu sehingga menghasilkan waran cahaya yang berbeda beda. Bahkan gelombang cahaya infra merah yang tidak terlihat pun pun mampu dihasilkan oleh led sebagai media pengendali jarak jauh perangkat elektronika.
Sebagai sebuah bentuk lain dari dioda, led memiliki satu buah persimpangan PN seperti pada dioda. Dengan demikian led juga mempunyai karakteristik mengalirkan arus secara bias maju. Dan akan mencegah aliran arus listrik yang diberikan bias balik.
Cara Kerja Led
Led atau dioda pemnacar cahaya terbentuk dari lapisan bahan semikonduktor yang sangat tipis. Jenis bahan semikonduktor yang digunakan sebagai komponen daar led akan menentukan panjang gelombang yang dihasilkan. Perbedaan panjang gelombang yang dihasilkan pada setiap jenis led akan terlihat sebagai warna cahaya yang berbeda beda pada led.
Saat diberikan tegangan bias maju pada led, sejumlah elektron yang ada pada salah satu sisi semikonduktor akan bergerak menuju sisi semikonduktor yang memiliki banyak lubang. Saat bergerak menuju lubang lubang ini, elektron akan menghasilkan sejumlah foton yang merupakan unsur pembantuk cahaya. Sehingga dapat dikatakan, led merupakan komponen elektronika yang dapat menubah energi listrik menjadi energi cahaya.
Meskipun sama sama memiliki persimpangan PN, desain led berbeda dengan dioda pada umumnya. Dimana bagian persimpangan PN ini dibungkus menggunakan lapisan epoxy transparan yang melindungi persimpangan dari goncangan dan pengaruh sekitarnya.
Pembungkus epoxy yang transparan ini dibentuk sedemikian rupa sehingga mampu memantulkan cahaya yang dihasilkan oleh lapisan bahan semikonduktor pembentuk led. Denagan desain pemantul inimemungkinkan cahaya dari foton yang kecil dapat terlihat lebih jelas melalui kubah pembungkusnya.
Pada jenis lampu pijar ada banyak energi listrik yang dirubah menjadi bentuk energi panas sehingga kurang efisien dalam pemanfaatan energi. Namun pada led, hampir sebagian besar energi listrik yang diberikan diubah menjadi bentuk energi cahaya sehingga memiliki efisiensi energi yang tinggi. Efisiensi penggunaan energi ini memberikan keuntungan terhadap penghematan daya listrik yang diperlukan. Karena itu umumnya kebutuhan tegangan untuk led sangat kecil hanya berkisar antara 2 sampai 5 volt saja dengan konsumsi arus cukup kecil sekitar 20mA.
Warna Cahaya Pada Led
Warna cahaya pada led ditentukan oleh jenis bahan semikonduktor pembentuknya. jenis bahan semikonduktor led terbuat dari senyawa semikonduktor seperti Gallium Arsenide, Gallium Phosphide, Arsenide Phosphide, Silikon Carbide dab Gallium Indium Nitride. Semua jenis bahan tersebut menghasiokan panjang helombang cahaya yang berbeda sehingga memproduksi warna yang berbeda juga.
Di bawah ini contoh bahan semikonduktor led yang menghasilkan warna warna berbeda :
| Bahan Semikonduktor | Panjang Gelombang | Warna | Tegangan pada arus 20mA |
| Gallium Arsenide (GaAs) | 850 – 940 nm | Infra merah | 1,2 Volt |
| Gallium Arsenide Phosphide (GaAsP) | 630 – 660 nm | Merah | 1,8 Volt |
| Gallium Arsenide Phosphide (GaAsP) | 605 – 620 nm | Amber | 2 Volt |
| Gallium Arsenide Phosphide (GaAsP) N | 585 – 595 nm | Kuning | 2,2 Volt |
| Alumunium Gallium Phosphide (AlGaP) | 550 – 570 nm | Hijau | 3,5 Volt |
| Sillicon Carbide (SiC) | 430 – 505 nm | Biru | 3,6 Volt |
| Gallium Indrium Nitride (GaInN) | 450 nm | Putih | 4 Volt |
Jadi kita tahu bahwa warna cahaya dari led ditentukan oleh materi semikonduktor pembuatnya. Materi tersebut akan mengalami proses perpindahan elektron melewati persimpangan PN dengan mengeluarkan elemen foton yang memancarkan cahaya dengan panjang gelombang berbeda. Sehingga warna led tidak tergantung dari bahan pembungkusnya.
Jenis warna led merah, biru dan hiaju lebih banyak digunakan pada perangkat elektronik yang berfungsi sebagai indikator petunjuk tertentu. Meskipun tidak jarang juga pabrik komponen yyang mengeluarkan led dengan warna putih dan warna lainnya.
Menentukan Nilai Resistor Untuk Led
Seperti diketahui led membutuhkan arus listrik yang sangat kecil sekitar 20 mA. Karena itu dalam penempatannya di dalam rangakaian elektronika diperlukan resistor pembatas arus untuk membatasi aliran arus listrik yang melintasi led. Resistor ini akan mencegah led dari kerusakan akibat kelebihan arus listrik.
Perhatikan gambar berikut ini :
Berdasarkan gambar diatas, kita bisa menghitung besar resistor yang diperlukan sebagai pembatas arus untuk led menggunakan hukum Ohm.
R = (Vin – VF) / IF
IR = IF
Dimana :
- R adalah resistor pembatas arus
- Vin adalah tegangan masukan
- VF adalah penurunan tegangan setelah dibatasi oleh resistor
- IF adalah arus yang mengalir pada led
Contoh Soal :
Sebuah led berwarna kuning yang membutuhkan tegangan 2 Volt dipasang pada sebuah rangkaian dengan catu daya sebesar 5 Volt .
1). Hitung berapa nilai resistor pembatas arus yang diperlukan untuk mengalirkan arus sebesar 10mA pada led ?
2). Hitung juga arus yang mengalir pada led jika resistor yang digunakan 100Ω ?
Jawab :
1). Resistor pembatas arus yang diperlukan :
R = (Vin – VF) / IF = (5V – 2V) / 10mA = 3V / 0,010A = 300 Ω
2). Arus pada led jika resistor 100Ω :
R = (Vin – VF) / IF
Maka : IF = (Vin – VF) / R = (5V – 2V) / 100Ω = 30mA
Led Dua Warna
Di pasaran led tersedia dalam berbagai bentuk dan warna cahaya yang bermacam macam. Warna led yang paling umum diproduksi adalah merah karena mempunyai biaya produksi yang paling murah. Selain hadir dalam bentuk satu warna, sekarang telah diciptakan led dengan memiliki lebih dari satu warna dalam satu bentuk led.
Led yang mempunyai dua warna berbeda dalam satu bentuk sering digunakan pada televisi untuk menunjukkan kondisi ON dan Standby televisi. Bentuk led seperti ini terdiri dari dua bah chip yang dipasang dalam satu paket secara paralel dengan polaritas yang terbalik.
Nyala warna led akan bergantian sesuai dengan polaritas pemberian catu daya untuk led. Misalnya ketika diberikan arah bias maju maka yang menyala adalah warna merah. Sebaliknya bila diberikan bias balik maka yang menyala adalah warna hijau.
Pengaturan warna led seperti ini dapat diaplikasikan pada rangkaian untuk menunjukkan arah polaritas tegangan yang benar.
Demikian materi penjelasan pengertian dan cara kerja led yang sering digunakan pada berbagai macam rangkaian elektronika. Harus diingat bahwa pemberian tegangan led adalah dengan cara bias maju.