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[Verständnisfrage] Ohmsches Gesetz / Spannungsabfall (Elektronik)

verfasst von Hartwig(R), 29.04.2013, 21:50 Uhr
(editiert von Hartwig am 29.04.2013 um 22:04)

Hallo,
ich gehe mal davon aus, dass die Bandgap-Referenz hier nicht Dein Problem ist, Du hattest ja auch nicht danach gefragt ;-) - Thomas hat sie ja auch nur als Beispiel genommen...aber eigentlich ist sie dafür zu schade ;-)
Aber fangen wir beim ohmschen Gesetz an: an einem Widerstand ändert sich die Spannung proportional zum Strom, umgekehrt trifft das ebenso zu.
Betreibt man eine Diode in Durchlassrichtung, so wird man über einen weiten Strombereich eine fast konstante Spannung an der Diode haben - für eine rote LED die von Thomas genannten 1,6V (etwa). D. h. die Proportionalität wie beim Ohmschen Gesetz ist hier nicht zu beobachten. Man kann den Strom um ein vielfaches ändern, die Spannung ändert sich gerade im unteren Prozentbereich. Lege ich jetzt eine Spannung an die Diode (auch in Durchlassrichtung), dann bewirkt umgekehrt eine minimale Spannungsänderung eine weit überproportionale Stromänderung. Da Dioden herstellungstechnisch bedingt sogenannten Exemplarstreuungen unterliegen (Die Durchlasspannung kann im mV-Bereich variieren!), ist es praktisch nicht möglich, durch Anlegen einer Spannung an eine LED einen vorhersehbaren Strom durch die LED zu bewirken. Der Strom kann zu gering sein, für eine andere LED gleichen Typs aber schon zur Zerstörung führen, da er zu groß ist. Daher werden LEDs nie mit einer vorgegeben Spannung betrieben, es wird immer ein Strom vorgegeben.
Und da wird jetzt der Vorwiderstand wichtig - mit ihm wird der Strom durch die LED eingestellt. Das setzt voraus, dass die verfügbare Versorgungsspannung deutlich über der Durchlassspannung der LED liegt - je nach LED etwa die doppelte Spannung oder darüber (so, dass die Toleranzen der LEDs nicht mehr ins Gewicht fallen!). So kann man die Durchlassspannung der LED - die ja konstant ist - von der Versorgungsspannung abziehen. Als "Rest" bleibt der Spannungsabfall über dem Widerstand. Diese Spannung ist während des Betriebes der Reihenschaltung annähernd konstant, da wir mal davon ausgehen, dass unsere Versorgungsspannung konstant ist - die Durchlassspannung der LED ist ebenfalls konstant - da bleibt der Spannung am Widerstand nichts anderes übrig, als auch konstant zu sein. Da am Widerstand Strom und Spannung proportional sind, kann man dort den Strom der Reihenschaltung vorgeben, einfach mit R=U/I. Die Diode verhält sich in Deinem Stromkreis also wie eine Spannungsquelle, nur ist sie Deiner Versorgungsspannung entgegengesetzt gepolt. Da Spannungsquellen im Idealfall 0 Ohm Innenwiderstand haben, hast Du bei Betrieb einer LED zwei Spannungsquellen in (gegen-)Reihe geschaltet (Diode und Versorgungsspannung), dazwischen hängt dann noch der Vorwiderstand der Diode. Und da dieser der einzige Widerstand im Stromkreis ist, fällt an ihm die Differenzspannung der Spannungsquellen ab - er gibt somit auch den Strom im Stromkreis vor. Dies als weitere Erklärung... Und wo wir dann bei den Spannungsquellen sind, kommt wieder die Bandgap-Referenz ins Spiel. Die Diode stellt in Flussrichtung (oder bei Z-Dioden die Durchbruchsspannung entweder als Zener Effekt oder Avalanche Effekt) eine Konstantspannungsquelle dar. Die Bandgap-Referenz ist eine weitere Möglichkeit, konstante Spannungen zu erzeugen.
Viele Grüsse
Hartwig

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[Verständnisfrage] Ohmsches Gesetz / Spannungsabfall - chfei(R), 29.04.2013, 08:39 (Elektronik)
[Verständnisfrage] Ohmsches Gesetz / Spannungsabfall - schaerer(R), 29.04.2013, 10:25
[Verständnisfrage] Ohmsches Gesetz / Spannungsabfall - chfei(R), 29.04.2013, 19:56
[Verständnisfrage] Ohmsches Gesetz / Spannungsabfall - Hartwig(R), 29.04.2013, 21:50