LED Betrieb und Anschluss
Bei konstanter Halbleitertemperatur ist der Lichtstrom annähernd proportional zum elektrischen Strom. Der Wirkungsgrad sinkt mit steigender Temperatur, u. a. deshalb sinkt die Lichtausbeute an der Leistungsgrenze je nach Art der Kühlung ab. Weiterhin führt der Bahnwiderstand (Halbleiterkristall, Bonddraht) dazu, dass LED bei ihrer spezifizierten Nennleistung weniger effizient als bei geringeren Strömen sind. Die LED altert beschleunigt bis hin zum Spontanausfall, wenn die Temperatur des Halbleiters circa 150 °C für längere Zeit übersteigt.
Die Strom-Spannungs-Kennlinie beschreibt, wie ein Verbraucher auf eine angelegte Spannung reagiert. Bei einem ohmschen Verbraucher nimmt der Strom linear mit der Spannung zu. Eine Leuchtdiode besitzt, typisch für Halbleiterdioden, eine exponentielle Kennlinie. Kleine Schwankungen in der Spannung verursachen große Stromänderungen.
Das Bild rechts gibt die Strom-Spannungs-Kennlinie einer Leuchtdiode schematisch wieder. Die Skalierung bezieht sich auf eine weiße Hochleistungsleuchtdiode mit einem Nennstrom von 350 mA. Diesen Strom kann sie unter Normalbedingungen aufnehmen, ohne dass eine Überhitzung des Halbleiters zu befürchten ist. Aus ihrer Kennlinie liest man eine Flussspannung bei Nennstrom von etwa 3,4 V ab, entsprechend einer Leistungsaufnahme von etwa 1 W.
Eine LED sollte aufgrund ihrer Kennlinie nicht direkt an einer Spannungsquelle wie einer Batterie angeschlossen werden. Ein direkter Betrieb an einer Stromquelle, idealerweise einer Konstantstromquelle, ist aufgrund der Kennlinie problemlos möglich. Beispielsweise wird eine blaue LED bei Anlegen einer Spannung von 2,4 V (zwei NiMh-Akkus à 1,2 V) dunkel bleiben. Bei 3 V (zwei Alkali-Mangan-Primärzellen, handelsübliche, nichtwiederaufladbare „Batterien“) erreicht sie gerade 30 % der Nennleistung. Drei Akku-Zellen mit zusammen 3,6 V jedoch steigern die Leistungsaufnahme auf über 150 %, ohne aktive Kühlung fällt die LED nach kurzer Zeit aus. Die rote Linie im Diagramm markiert eine etwas abweichende Kennlinie, verursacht durch Exemplarstreuungen der Halbleitereigenschaften beziehungsweise Temperaturerhöhung (mit steigender Temperatur nehmen Bandabstand und Durchlassspannung ab). Daher kann der Strom auch bei konstant gehaltener Durchlassspannung um mehr als 50 % anwachsen. Aus diesem Grund betreibt man LEDs an Spannungsquellen ausschließlich mit zusätzlichen Maßnahmen zur Strombegrenzung.
Im Impulsbetrieb für einige µs bis wenige ms können LED mit Strömen des Mehrfachen des Dauer-Nennstromes betrieben werden. Vor allem Infrarot-LED sind dafür spezifiziert. Deren typische Anwendung sind Infrarot-Fernbedienungen, bei denen LEDs mit etwa 40 kHz gepulst betrieben werden. Die Modulation der Licht- bzw. Strahlungsleistung ist je nach LED-Typ bis zu mehreren 100 kHz bis einigen 10 MHz möglich.