Valodiodi LED ja diodi virtapiirissä
LED (Light-Emitting Diode) on valoa tuottava diodi. Valo syntyy, kun elektronit täyttävät puolijohdeliitoksen toisella puolella olevat aukot. Tapahtumassa vapautuu energiaa. Syntynyt energia on sähkömagneettista säteilyä eli fotoneiksi kutsuttuja valohiukkasia. Valitsemalla diodin materiaali oikein valohiukkasia syntyy näkyvän valon aallonpituudella.
Ledien kynnysjännite on 2–4 V. Pienet ledit tarvitsevat vähän energiaa tuottaakseen valoa, ja niitä käytetään erilaisina merkkivaloina. Ledit ovat energiatehokkaita ja tuottavat vähän hukkaenergiaa hehku- tai halogeenilamppuun verrattuna. Ledit ovat olleet aluksi yksivärisiä, ja ensimmäiset valmistettiin jo 1900-luvun alkupuolella.
Valaistukseen tarvitaan valkoista valoa, joka syntyy eri värien yhteisvaikutuksesta. 1900-luvun kehitystyön seurauksena 2010-luvun jälkipuoliskolla valkoinen LED-lamppu on jo useassa kotitaloudessa. LED-valojen tutkimus on ollut yhteiskunnalle merkityksellistä, ja japanilainen Shuji Nakamura on saanut niin Millennium-teknologiapalkinnon kuin Nobelin palkinnonkin tutkimuksestaan ledien parissa.
Kun ledi tai diodi kytketään jännitelähteeseen, on aina liitettävä riittävän suuri vastus sarjaan sen kanssa. Kun kynnysjännite on ylitetty, ledi ei juurikaan rajoita sähkövirtaa. Tällöin sähkövirta voi kasvaa hyvin suureksi ja rikkoa ledin. LED-merkkivaloissa sopiva sähkövirta on noin 20 mA. Sopiva vastus rajoittaa piirin sähkövirran halutulle tasolle.
Ledejä käytetään valaistuksen ja merkkivalojen lisäksi tiedonsiirrossa tai kuvan tuottamisessa. 2010-luvulla markkinoille on tullut useita LED-tekniikkaan perustuvia televisioita. Ledien vähäisempi energiatarve pienentää televisioiden energiankulutusta, ja ledien pieni koko mahdollistaa television ohuemman muotoilun.
Virtapiiriin, jossa on diodi tai ledi, voidaan soveltaa Kirchhoffin II lakia. Diodi mallinnetaan niin, että kuljettaessa sen yli päästösuuntaan, potentiaali alenee kynnysjännitteen verran. Tarkastellaan yksinkertaista virtapiiriä, jossa on sarjaan kytkettynä jännitelähde, diodi ja etuvastus. Tällöin Kirchhoffin II lain mukaan voidaan kirjoittaa yhtälö.
[[$\qquad U-U_\text{kj}-RI=0$]]
Tässä [[$U_\text{kj}$]] on diodin tai ledin kynnysjännite. Alla on simulaatio, jossa voit tutkia tilannetta tarkemmin kahden eri ledin tapauksessa, joilla on eri kynnysjännitteet.