Merangkai Seri LED Untuk 9 Volt, 12 Volt, 220 Volt

Light-emitting diode (LED) adalah sumber cahaya semikonduktor yang memancarkan cahaya ketika arus melaluinya. Artikel ini menjelaskan tentang desain lampu LED yang terbuat dari sejumlah LED berdiameter 5 mm dengan koneksi seri  Pada skema di atas, jika diberi arus maju sebesar 20 mA dari anoda (A, anode, positif) ke katoda (C, cathode, negatif) maka akan timbul tegangan maju (V) pada LED sebesar:

Data tegangan maju (LED forward voltage) dari berbagai warna cahaya tersebut dikutip dari kithub.cc. Spesifikasi bisa berbeda tergantung pabrikan pembuat LED. Secara rata-rata tegangan maju minimal dapat dianggap 1,8 volt, dengan nilai maximal untuk amannya senilai 3,3 volt.  Sedangkan tegangan terbalik maximal biasanya 5 volt (reverse voltage). Tegangan maju LED juga sering disebut sebagai LED voltage drop.

Video YouTube di atas memperlihatkan rangkaian LED saat diuji dengan berbagai tingkat tegangan.

Pada video terlihat bahwa satu buah LED dapat dinyalakan dengan satu buah baterai koin CR2032 bertegangan 3 volt.

Dengan baterai kotak 9 volt Eveready, jumlah LED yang menyala dan disusun seri adalah 3 buah. Terlihat pada video dan foto bahwa LED paling kanan tidak disambung ke baterai. Dan LED warna putih yang paling terang.

Dengan menggunakan adaptor 12 volt, maka jumlah LED yang disusun seri adalah 4 buah. Terlihat pada video dan foto bahwa ke empat LED menyala semua. Terbaca pada multitester tegangan suplai sekitar 11,46 volt. Rangkaian seri ini bisa diterapkan untuk lampu led 12 volt untuk motor dan mobil. Karena tegangan sistem kelistrikan kendaraan dapat naik hingga 14,4 volt, maka 5 LED seri akan lebih tahan lama untuk berkompromi dengan kenaikan tegangan itu.

Untuk tegangan 220 volt sebagaimana foto di atas, dibutuhkan jumlah LED sebanyak:

220 / 3 = 73.33 buah

Dibulatkan ke atas agar lebih aman menjadi 74 buah LED, dapat disambung langsung ke 220 VAC tanpa transformator (trafo).

Tapi pada video hanya menggunakan 40 buah LED. Maka harus ada resistor untuk membatasi arus yang disuplai ke LED seri tersebut. Untuk LED berdiameter 5 mm, arus maximal yang dibolehkan adalah sekitar 20 miliampere. Skema di bawah akan membantu menghitung nilai resistor untuk led 220 volt.

Terlihat pada skema di atas, yang digambarkan hanya 2 buah LED seri untuk mewakili 40 buah. Untuk mencari nilai resistor dapat menggunakan rumus:

R = (VT - VL) / i

R = nilai resistor
VT = tegangan total = tegangan suplai
VL = tegangan rangkaian seri LED = jumlah LED dikali tegangan LED/
i = arus LED

Tegangan suplai VT adalah 220 volt.
Tegangan rangkaian serie LED adalah 40 x 3 = 120 volt.
Arus LED adalah 20 mA = 0,020 A maximal

Maka nilai resistor = (220 - 120) / 0,020 = 5.000 ohm = 5 kilo ohm

Tapi pada video digunakan 22 kilo ohm, karena pertimbangan keamanan. Juga karena jika arus terlalu besar, maka cahaya LED terlalu terang sehingga dapat menyilaukan kamera.

Karena rangkaiannya adalah seri, maka arus yang melalui resistor sama dengan arus yang melalui semua LED. Jika menggunakan resistor 22 kilo ohm, maka arusnya:

 i = VR / R = 100 / 22.000 = 0,0045 ampere = 4.5 mili ampere

Maka daya resistor adalah = P = V x i = 100 x 0,0045 = 0,45 watt

Sehingga menggunakan resistor 1 watt sudah cukup aman, tidak kepanasan. Jika nilai resistor dikecilkan agar LED lebih terang, maka daya resistor harus dinaikkan agar tidak kepanasan.

Pada arus bolak-balik, hanya separuh gelombang yang mengalir dan digunakan untuk menyalakan LED. Separuh gelombang lainnya tertahan oleh LED. Itulah sebabnya pada video cahaya LED tampak seperti bergetar saat disuplai oleh jaringan 220 VAC.

PERINGATAN: jangan menyentuh rangkaian saat terhubung dengan jaringan tegangan tinggi.