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die LED, das unbekannte Wesen (Elektronik)

verfasst von cmyk61 , Edenkoben, Rheinland Pfalz, 04.10.2019, 01:33 Uhr
(editiert von cmyk61 am 04.10.2019 um 13:18)

Moin,

für das Thema: "Betrieb einer LED" gibt es wohl verschiedene Herangehensweisen.
Diese unterscheiden sich jedoch nur durch die verwendeten Begriffe und die Art der Erklärung.

Hier mal mein Senf zum Thema:

Eine LED ist bekanntermaßen ein Halbleiter-Bauelement für dessen Anwendung man bevorzugt das Datenblatt zu Rate zieht.
Beim Studium desselben wird schnell klar, dass der Strom der durch eine LED hindurch fließt, zwingend begrenzt werden muss.
Als Energiequellen kennt man die Spannungsquelle mit folgenden, grundlegenden Eigenschaften: an den Klemmen misst man eine (mehr oder weniger konstante, von der Belastung abhängige, Spannung. Der Strom hingegen variert von Null bis hin zum maximalen Strom den unsere Spannungsquelle liefern kann ohne als "kurzgeschlossen" oder überlastet zu gelten. Erfreulicherweise bekommt man diese Eigenschaften bereits mit einer handelsüblichen Primärzelle frei Haus geliefert.
Das Gegenstück zur Spannungsquelle stellt die Stromquelle dar. Deren Eigenschaften sind: Die Spannung an den Klemmen variiert (von einem noch unbekannten Wert) bis hinter zu Null Volt. Der aus der Stromquelle hinausfliesende Strom hingegen ist innerhalb bestimmter Grenzen als konstant anzusehen. Leider sind diese Stromquellen physikalisch nicht käuflich erwerbbar. Man kann aber einer Stromquelle habhaft werden, indem man eine Spannungsquelle mit ein paar Bauteilen kombiniert und damit dann eine Stromquelle erbaut. Dies ist im einfachsten Falle ein schlichter Widerstand in Reihe zu einer Spannungsquelle. Die Qualität (= die Konstanz des Stromes) erhöht sich mit dem Bauteileaufwand. Für eine schlichte LED genügt folglich eine "Stromquelle". Die Konstanz ist relativ. Dagegen gibt es Schaltungen, die eine "konstantstromquelle höherer Präzision erfordern: eine Konstantstromquelle und/oder genauer: Präzisionsstromquelle.
Nun gehts ans Eingemachte: Jedes Bauteil kann man in mehrere Komponenten zerlegen: der ideale Teil und die Teile, die die Eigenschaften des Bauteils verschlechter wie parasitäre Kapazitäten, temperaturabhängigkeiten, Widerstände...
Und jede dieser Quellen besitzt einen Innenwiderstand. Bei einer Spannungsquelle ist selbiger in Reihe zur sogenannten "idealen Spannungsquelle" geschaltet und in realen Batterien nur indirekt zu ermitteln. Sein Wert liegt üblicherweise im Milliohm-Bereich - allgemeingültig gesagt: je niedriger desto besser. Bei einer Stromquelle ist dies, wie war es anders zu erwarten, genau anders herum: er liegt parallel zur idealen Stromquelle und je höher der Wert des Innenwiderstands desto besser.

Zurück zur LED:

um die Forderung zu erfüllen, den Strom durch eine LED zu begrenzen - oder präziser gesagt eine LED mit einem mehr oder weniger konstanten Strom zu speisen - kann man nun im einfachsten Fall eine Spannungsquelle mit einem (noch zu berechnenden) Widerstand in Reihe zu schalten um dann ein Konstrukt zu erhalten, dass Ähnlichkeiten mit einer Stromquelle besitzt.

Aber man sollte zunächst das Datenblatt der LED zu Rate ziehen: Wie groß ist UF der LED bei Nennstrom (oft 20mA). Dann lautet die Formel für den Vorwiderstand Rv:

Rv = ( Ubat-UF ) / ILED

Bei LEDs unbekannter Herkunft ist das oft ein Problem, denn die moderne Halbleitertechnik ermöglicht es, LED-Chips mit integriertem Vorwiderstand herzustellen.
Meine Vermutung liegt nun darin, dass es sich bei diesen Lichterketten mit vielen parallel geschalteten LEDs um solche mit Vorwiderstand handelt.
Man darf grundsätzlich Dioden parallel schalten, muss aber entweder auf guten termischen Kontakt achten oder aber selektierte LEDs verwenden.
Da sich diese LED-Lichterketten als billige Massenware auf dem Markt befinden, halte ich selektierte LEDs für unwahrscheinlich. Also vermute ich, dass es sich um LEDs mit Vorwiderstand on the chip handelt.

Zum Betrieb am Modellbahntrafo sollte es keine Probleme geben - außer den üblichen: Gleich- oder Wechselspannung?
Bei ersterem muss man die vorhandene Spannung möglichst verlustarm auf einen passenden Wert herabsetzen. Die LEDs der Lichterkette haben ja bereits ihr strombegrenzendes Element on the chip. Vorzugsweise würde ich hierzu einen Schaltregler verwenden.
Bei Wechselspannung muss man zunächst gleichrichten und dann ggf mit einem passenden Elko sieben. Denn eine pulsierende Gleichspannung kann man bei LEDs durchaus in Form von 100Hz-LIchtblitzen wahrnehmen. Ansonsten geht es weiter wie bei Gleichspannungsspeisung.
Eine Schlußrechnung zeigt uns, ob wir den Trafo nicht überlasten: P = U * Igesamt

Gruß
Ralf

p.s. sollte ich etwas vergessen haben oder sich Fehler in meinen Überlegungen befinden, bitte ich den fleissigen Finder um eine kurze und dennoch freundliche Benachrichtigung mit Richtigstellung des Sachverhaltes