Ratgeber
Für alle, die sich mit dem Themengebiet der Elektronik beschäftigen, sind Leuchtdioden gute Bekannte. Die IR-Dioden gehören als Untergruppe zu ihnen, weswegen auch die Bezeichnung IR-LED gebräuchlich ist. Was zeichnet diesen Typ der LED-Technik aus und wo sind die Bauelemente im Einsatz? Unser Ratgeber beantwortet die wichtigsten Fragen.
Die drei Buchstaben LED stehen für „light-emitting diode“, im Deutschen die lichtemittierende Diode. Das Halbleiterbauelement beginnt Licht abzustrahlen, wenn elektrischer Strom durch es hindurchfließt. Die jeweilige Wellenlänge in Nanometern (nm) entscheidet darüber, ob das Licht vom menschlichen Auge wahrnehmbar ist und wenn ja, in welcher Farbe.
Beim Stichwort LED-Licht denken die meisten nur an Leuchtmittel zur Raumbeleuchtung. Dieser Typ der LEDs verbreitete sich allerdings erst Mitte der 2000er-Jahre. Zuvor waren die Bauelemente vor allem für einfache Leuchtanzeigen oder zur Signalübertragung im Einsatz. Die Markteinführung roter LEDs fällt auf das Jahr 1962 zurück. Ein Jahr zuvor wurden jedoch bereits die IR-LEDs patentiert.
IR steht für Infrarot, es handelt sich bei der Infrarot-LED also um eine Infrarot-Diode, die Licht in einer Wellenlänge zwischen 700 und 1.000 Nanometern aussendet und damit für das menschliche Auge nicht sichtbar ist. IR-LEDs werden daher nicht zur Beleuchtung genutzt, sondern sind seit dem Jahr 1961 Bauelemente der Elektronik.
Abgrenzung zur Fotodiode
Infrarot-LEDs sind Emitter, da sie Licht in bestimmten Wellenlängen aussenden. Der Gegenpart in der Elektronik ist ein Empfänger, beispielsweise eine Fotodiode.
Mit dem LED-Chip (1) liegt ein Halbleiterkristall als Herzstück vor. Er sitzt in der Reflektorwanne (2) und diese ist ebenfalls mit der Kathode (3) verbunden. Die Kathode wiederum ist über dünnen Draht (5) mit ihrem Gegenpart, der Anode (4) verbunden. Beide bestehen aus unterschiedlichen Materialien, wobei die Kathode mehr positive Elektronen besitzt als die Anode. Fließt in Durchflussrichtung Strom, überträgt der Draht den Überschuss an Elektronen von Kathode auf Anode und es entsteht Licht, das von der Reflektorwanne verstärkt wird. Eine Kunststofflinse (6) dient zum Schutz und kann den Abstrahlwinkel beeinflussen.
Diese grundlegende Funktion bleibt bei allen LEDs gleich, doch ob das Licht in einer bestimmten Farbe sichtbar ist, oder es sich um Infrarot handelt, entscheidet die Wellenlänge. Welche Wellenlänge entsteht, hängt wiederum vom Material des Halbleiters ab. Damit das Ergebnis im Infrarot-Bereich liegt, werden für IR-LEDs meist Galliumarsenid (erreicht 885 nm) und Aluminiumgalliumarsenid (940 nm) gewählt. Wofür sich Hersteller entscheiden, ist im Regelfall den technischen Daten zu entnehmen.
Es gibt eine Reihe technischer Daten, die von den Herstellern der IR-LEDs angegeben werden, um die unterschiedlichen Modelle voneinander abgrenzen zu können. Auf folgende Kriterien sollte geachtet werden.
Form
Die meisten Infrarot-Dioden besitzen eine runde Linsenform. Hier sollte auf die Größe geachtet werden: Modelle mit einem Gehäuse von entweder drei oder fünf Millimetern Durchmesser sind die Norm. Abseits der klassischen runden Form gibt es Dioden mit flachem Kopf und die SMD-Varianten.
Abstrahlwinkel
Der gewünschte Winkel spielt eine entscheidende Rolle, wenn IR-LEDs für Schaltungen genutzt werden. Je nach Verwendungszweck haben Sie die Wahl zwischen fünf bis 140 Grad. IR-Fernbedienungen sollten beispielsweise einen großen Abstrahlwinkel besitzen, um auch bei ungenauem Zielen durch Anwender die Strahlung aufs Ziel zu richten.
Wellenlänge
Abgedeckt werden im Infrarot-Bereich Wellenlängen ab 840 nm und bis 940 nm.
Leistung und Durchlassstrom
Die Strahlungsleistung kann sehr unterschiedlich ausfallen und liegt oft zwischen 50 und 150 Megawatt. Auch der Durchlassstrom ist nicht bei allen Modellen gleich, doch die Mehrheit der IR-LEDs arbeitet mit einem Stromfluss von 20 Milliampere. Oft wird ein maximaler Durchlassstrom angegeben, der bis zu 100 Milliampere betragen kann.
Wo werden IR-Dioden eingesetzt?
Die Anwendungsgebiete innerhalb der Elektronik decken ein breites Feld ab. Infrarotes Licht ist vielen Endanwendern aus Fernbedienungen bekannt, etwa zur Öffnung der Garagentür oder zur Steuerung eines Fernsehers per Knopfdruck. Im privaten wie auch industriellen Bereich sind sie außerdem in Kameras zur Überwachung oder für Tierbeobachtungen integriert, können mit Bewegungsmeldern kombiniert werden und dienen als Lichtschranken. Manche fest installierten Kameras oder Frontkameras an Smartphones nutzen sie zudem als Iris-Scanner.
Oft sind die Dioden in elektronischen Schaltungen mit einem Taster verbunden. Der Taster zwischen Schaltung und Stromversorgung kann zeitweise den Stromkreis schließen.
Was bedeutet SMD?
SMD steht für „Surface Mounted Device“ und meint in diesem Fall Infrarot-Dioden, die direkt auf der Platine montiert werden können und entsprechend sehr flach ausfallen sollen.
Wie wird eine verdrahtete LED verbaut?
Bei der Installation muss zwingend auf die richtige Polarität geachtet werden. Anders als bei anderen Anschlusselementen, bei denen eine unterschiedliche Farbgebung vorgesehen ist, schwarz für den Minuspol und rot für den Pluspol, sind die Drähte bei einer Diode gleichfarbig. Unterscheiden kann man sie dennoch sehr einfach: Die Bauteile besitzen einen kürzeren Draht, bei dem es sich um die Kathode als Minuspol handelt. Der längere Draht gehört entsprechend zur Anode als Pluspol. Verdrahtete LEDs können über ihre freiliegende Kathode und Anode auf einer Platine mittels Löten installiert werden.
Montagehilfe:
Rund-LEDs sind am Gehäuse auf Seiten der Kathode leicht abgeflacht. Bei der SMD-Bauform ist oft ein kleiner Pfeil eingeprägt, dessen Spitze zur Kathode zeigt.
Ist auf Widerstände zu achten?
Ja, während Glühlampen früher über einen Innenwiderstand verfügten, ist dieser bei LEDs nicht gegeben und muss über einen Vorwiderstand realisiert werden. Ohne passenden Widerstand kann der Stromfluss nicht reguliert und die Technik zerstört werden. Beim Kauf von IR-LEDs zum Umsetzen eigener Projekte muss auf den Einbau eines Widerstands geachtet werden, während fertige Produkte wie LED-Streifen diesen bereits besitzen.