Berechnete Vorwiderstände für LEDs
Leuchtdioden müssen immer mit einem Vorwiderstand betrieben werden, um Spannung und Strom zu begrenzen. Bei zu viel Spannung und Strom geht eine Leuchtdiode kaputt.
Die Frage ist, ob es für bestimmte Spannungen und Leuchtdioden berechnete Widerstandswerte gibt. Ja, das gibt es. Zumindest so ungefähr. In der folgenden Tabelle wurden die Widerstandswerte ausgerechnet und nach der E12-Normreihe ausgewählt.
| Spannung | Standard-LED | Low-Current-LED | ||
|---|---|---|---|---|
| 3 Volt | 330 bis 220 Ohm | 270 Ohm | 1.500 bis 330 Ohm | 560 Ohm |
| 4,5 Volt | 560 bis 330 Ohm | 330 Ohm | 2.200 bis 470 Ohm | 680 Ohm |
| 5 Volt | 680 bis 330 Ohm | 460 Ohm | 2.500 bis 470 Ohm | 1.000 Ohm |
| 6 Volt | 820 bis 470 Ohm | 560 Ohm | 3.300 bis 560 Ohm | 1.200 Ohm |
| 9 Volt | 1.200 bis 560 Ohm | 680 Ohm | 4.700 bis 820 Ohm | 1.800 Ohm |
| 10 Volt | 1.200 bis 680 Ohm | 820 Ohm | 4.700 bis 1.000 Ohm | 2.000 Ohm |
| 12 Volt | 1.500 bis 820 Ohm | 1.000 Ohm | 5.600 bis 1.200 Ohm | 2.700 Ohm |
Hinweis: Verlustleistung am Vorwiderstand beachten.
- Für die Standard-LED wurde ein Strombereich von 8 bis 15 mA und ein mittlerer Durchlassstrom von 12 mA gewählt.
- Für die Low-Current-LED wurde ein Strombereich von 2 bis 10 mA und ein mittlerer Durchlassstrom von 5 mA gewählt.
Was ist der optimale Vorwiderstand für eine Leuchtdiode?
Diese Frage kann man nicht so einfach beantworten. Es hängt von verschiedenen Faktoren ab. Zum Beispiel von der Betriebsspannung, der Diodenspannung (Vorwärtsspannung, Durchlassspannung oder Durchflussspannung) und dem erforderlichen Diodenstrom in Durchlassrichtung.
Oft ist es so, dass man diese Angaben über eine LED gar nicht hat. Das ist aber auch kein Problem, weil man über Erfahrungswerte verfügt. Abhängig von der Betriebsspannung lässt sich der Wert für den Vorwiderstand schnell eingrenzen. Selbst wenn man alle Werte für die Berechnung des Widerstandswerts verfügbar hat, dann gibt es genau diesen Widerstandswert oft nicht. Meist nimmt man dann den nächst größeren Widerstandswert den man verfügbar hat. Warum machen wir das nicht gleich so?
Wenn es nach Schule und Lehre geht, dann ist die Berechnung des Vorwiderstands einer Leuchtdiode eine sehr wichtige Sache. Das liegt daran, weil dabei ein wenig Mathematik dabei ist. Das ist oft ein Pflichtfach, das mit entsprechenden Inhalten aus dem Bereich Elektrotechnik und Elektronik gefüllt werden muss. Was grundsätzlich nicht verkehrt ist. Beim Lernen, wie man Schaltungen dimensioniert, fängt am Besten mit einem Vorwiderstand einer Leuchtdiode an.
Der Elektronik-Praktiker kann darüber aber nur müde lächeln. Denn der weiß, dass der Wirkungsgrad einer Leuchtdiode ein viel sinnvolleres Auswahlkriterium wäre, als beispielsweise der Diodenstrom. Denn viele Leuchtdioden leuchten schon mit wenigen Milliampere hell genug.
Speziell im Bereich der sparsamen LEDs gibt es Typen, die oft einen sehr hohen Wirkungsgrad haben und alleine deshalb viel heller leuchten, als LEDs von vor ein paar Jahrzehnten.
Dann ist auch noch der Abstrahlwinkel von Bedeutung. Je kleiner dieser ist, desto heller wirkt die Diode.
Zu berücksichtigen ist auch, dass eine LED eine Diode ist und entsprechend eine Kennlinie hat. Die Diodenspannung ist also nicht fest definiert, sondern ergibt sich erst, wenn ein Strom durch sie hindurchfließt. Mit sinkenden Strom sinkt auch die Diodenspannung. Mit steigendem Strom steigt sie wieder. Nur minimal, aber um 0,1 bis 0,2 Volt kann sich das schon bewegen. Dazu kommt noch, dass die Diodenspannung auch noch Temperaturabhängig ist. Die tatsächliche Diodenspannung kann man nur annehmen und bewegt sich meist in einem breiteren Feld.
Wie sich Spannung und Strom an einer Leuchtdiode einstellen ist ein eher dynamischer Prozess. Das Resultat lässt sich praktisch nicht berechnen, sondern nur während dem Betrieb messen. Und im laufenden Betrieb kann sich das aufgrund der Temperatur auch noch mehrfach ändern.
Die Berechnung des Vorwiderstands ist eher so eine Annährung an die Wirklichkeit. Es gibt keinen Grund das exakt auszurechnen. Es sei denn, es kommt auf jedes Mikroampere an. Oder wenn es darum geht in Schule und Lehre das Rechnen mit elektrischen Größen zu lernen.
Leuchtdioden
Leuchtdioden wandeln elektrische Energie in Licht um. Sie funktionieren wie Halbleiterdioden, die in Durchlassrichtung Licht erzeugen. Die Kurzbezeichnung LED ist die Abkürzung für "Light Emitting Diode", was auf Deutsch "Licht emittierende Diode" bedeutet. Sie werden als Signal- und Lichtgeber in unterschiedlichen Bereichen eingesetzt.
Warum braucht eine Leuchtdiode einen Vorwiderstand?
Leuchtdioden reagieren sehr empfindlich auf einen zu großen Durchlassstrom. Deshalb darf eine Leuchtdiode niemals direkt an eine Spannung angeschlossen werden. Eine Leuchtdiode muss immer mit einem Vorwiderstand oder einem strombegrenzenden Bauteil beschaltet sein.
Hinweis: Es gibt Schaltungen mit Leuchtdioden, die offensichtlich keinen Vorwiderstand haben. Hier muss man beachten, dass der Strom durch ein anderes Bauelement begrenzt oder bestimmt wird. Beispielsweise haben kleine Batterien einen vergleichsweise hohen Innenwiderstand, der wie ein Vorwiderstand wirken kann. Oder aber, ein Schaltungsteil wirkt wie eine Konstant-Stromquelle. In solchen Fällen kann man auf einen Vorwiderstand für die Leuchtdiode verzichten.
Der Begriff Vorwiderstand wird definiert und seine Funktion anhand einer Beispielschaltung beschrieben und berechnet.
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