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1.2.4 Die Leuchtdiode (LED)

Erstellt: Ab Sommer 2004

Wenn man eine LED zum Leuchten bringen möchte, dann darf man sie nicht direkt an die Betriebsspannung anschließen. Die LED würde dadurch unweigerlich zerstört werden, meistens so schnell, dass man sie nicht einmal aufblitzen sieht. Also muss man zu einem Vorwiderstand greifen, den man in Reihe vor die Diode schaltet.

Material:

  • Taschenrechner
  • Verschiedene Widerstände
  • Verschiedene Betriebsspannungen
  • Leuchtdioden
  • Blatt Papier

Wie groß muss nun der Widerstand bei der jeweiligen Versorgungsspannung sein?

Das kann man für die Elektronikbastelei sehr schön mit einer Faustformel herausfinden.

Wenn im Elektronik-Katalog nichts anderes angegeben ist, geht man von 2 Volt "Brennspannung" an der LED aus, wenn es eine normal helle LED ist. (Bei superhellen LEDs wird meistens auch die "Brennspannung" mit angegeben.

Es fallen bei einer normal hellen LED also schon mal 2 Volt an der LED ab, wenn diese leuchtet. Demnach bleibt der "Rest" der Betriebsspannung für den Vorwiderstand "übrig".






Man rechnet also:

UWiderstand = UVersorgung - ULED





Weiterhin nimmt man für den Strom durch die Diode 20 mA an, wenn im Datenblatt oder im Elektronik-Katalog nichts anderes angegeben ist. Man hat also nun die Spannung am Widerstand und den Strom, der durch den Widerstand fließt, weil es sich ja um eine Reihenschaltung handelt.










Hier siehst Du noch einmal das Gehäuse einer LED mit den zugehörigen Anschlüssen. Das lange Bein muss nach plus zeigen und das kurze nach minus.














Jetzt benötigt man nur noch das ohmsche Gesetz:

U = R *  I 

Das stellen wir nach "R" um :

U = R * I   --->  auf beiden Seiten geteilt durch I  --->

U / I = R * I / I ---> rechts kann man I herauskürzen, also ist --->

R = U / I


Den Widerstand R erhält man also nun, indem man die Spannung am Widerstand durch den (Dioden-)Strom teilt.

Achtung! Nicht die Kommastellen "vermurksen"!

Es muss U in Volt eingetippt werden und auch I in Ampere, sonst wird es falsch.

Natürlich ergibt das meist "krumme" Werte. Man wählt daher den nächst gelegenen Widerstandswert aus der Widerstandsreihe.

Grüne, blaue, gelbe, weiße und orangene LEDs haben meistens ein wenig andere "Brennspannungen" und auch andere Ströme, um mit der richtigen Helligkeit zu leuchten. Die muss man dann natürlich noch aus einem Datenblatt oder aus dem Elektronik-Katalog entnehmen und in die Formel entsprechend einarbeiten. Das Gleiche gilt für ultrahelle LEDs und Spezial-LEDs. Aber für rote Standard-LEDs kommt die Annahme mit 20mA und 2 Volt gut hin, das passt eigentlich immer.

Hier einige Beispiele für rote Standard-LEDs:

LKW-Batterie mit 24 Volt:

Bei einer voll geladenen LKW-Batterie mit 24 Volt kann man von einer Leerlauf-Spannung von rund 28 Volt ausgehen. Diese muss natürlich berücksichtigt werden.

Also:
Spannung am Widerstand 28V - 2 V = 26 Volt
Gewünschter Diodenstrom: 20 mA ---> 0,02 A
Widerstandsberechnung: R=U/I ---> R= 26 V / 0,02 A ----> R= 1300 Ohm

KFZ-Batterie mit 12 Volt:

Eine 12-Volt Auto-Batterie hat voll geladen eine Leerlaufspannung von 13,8 Volt.

Also:
Spannung am Widerstand: 13,8V - 2 V = 11,8 Volt
Gewünschter Diodenstrom: 20 mA ---> 0,02 A
Widerstandsberechnung: R= 11,8 V / 0,02 A ----> R= 590 Ohm

2 Bastelbatterien (Flachbatterien) in Reihenschaltung, also 9 Volt:

Spannung am Widerstand: 9 V - 2 V = 7 V
Diodenstrom: 0,02 A
Widerstand: R= 7V / 0,02 A ---> R= 350 Ohm

Wenn Du den Vorwiderstand berechnet hast, fällt an ihm genau die Spannung ab, die die Diode "nicht braucht". Und es fließt der Diodenstrom durch diesen Widerstand, weil es ja eine Reihenschaltung ist. Also entsteht eine Leistung in dem Widerstand, die in Wärme umgewandelt wird. Damit der Widerstand von dieser Wärmeleistung nicht anfängt zu schmoren, muss man ihn für die jeweilige Leistung auslegen. Wie aber kommt man auf diese Leistung?

Nun, das ist genau so einfach:

Leistung P ist gleich Spannung U mal Strom I : P = U * I

Da wir die Spannung an einer roten Diode mit 2 Volt angenommen haben, liegt ja die restliche Spannung am Widerstand an. Also nehmen wir die gleiche Spannung, die wir schon einmal berechnet haben: UVersorgung – Udiode.

Den Strom haben wir ja nach unserer Faustformel mit 20 mA angenommen, also benutzen wir ihn hier auch wieder.

Im KFZ-Beispiel wäre das dann:

P=11,8 Volt mal 0,02 Ampere -->
P = 0,236 Watt oder
P = 236 Milliwatt oder
P=236 mW.

Wir  wählen dann also einen Widerstand, der eine größere Leistung als dieses Ergebnis verkraften kann, vielleicht 250 mW.

Dieser Widerstand wird dann nicht zu warm werden.

Die Elektronik-Kataloge schreiben meistens die Leistungen der Widerstände mit auf, so dass man sich die richtige Leistungsklasse aussuchen kann. Es gibt sowieso nicht jeden Leistungswert zu kaufen, da fällt dann die Wahl etwas leichter.

Dies hier sind aber alles nur Faustformeln, denn wir wollen ja schließlich basteln und uns nicht mit unnötig viel Mathematik aufhalten.

Dennoch:

Die LED darf man eigentlich nicht als ohmschen Widerstand betrachten, da sie eine "gebogene" Kennlinie hat, aber um so etwas kümmern wir uns hier nicht, das machen Lehrbücher viel, viel besser.
Wem diese Berechnungen zu verwirrend erscheinen, dem sei "strippenstrolch.de's Messlabor" empfohlen:


Auf der linken Seite kannst Du den richtigen Widerstand mit dem Farbcode ermitteln und auf der rechten Seite befindet sich ein kleines Hilfsprogramm zur Berechnung eines Vorwiderstandes. Das Programm ist für Windows geschrieben und ist Freeware. Du darfst dieses Programm beliebig kopieren und weitergeben.

Hier ist der Download dazu:

Download (ZIP, 32 kB)

Viel Erfolg bei "Leuchten mit LEDs" wüncht
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