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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Kleines Rechenproblem (Diodenspannung gesucht)


Autor: Christian Heigele (Gast)
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Ahoi!
Ich hab mir bei Ebay (tm) ein paar ultrahelle LEDs gekauft und dabei
waren einige Widerstände (4,7 kOhm).
Der Verkäufer meint mit den Widerständen bräuchte man 12V um die zum
leuchten zu bringen.
Ich möchte die Dioden aber nicht im Auto einsetzen sondern ganz normal
in einer Schaltung.
Am liebsten immer im Dreierpack.
Wie kann ich die benötigte Spannung errechnen?
#grs

Autor: Ralf (Gast)
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Hi,

probiers doch mal so:    U = R * I      g
LED´s haben (wenn ich mich jetzt nicht total irre) ne Stromaufnahme von
20mA. (0,002A)
Und mit deinen 4,7kOhm Widerstand, würde Dir bei ner Spannung von 12
Volt ungefähr 9,4 Volt abfallen was dann zu einer Betriebsspannung (Ub)
von 2,6 Volt der LED´s führt .....
Also kurz gesagt werden sie bei 12 Volt mit Widerstand mit gerademal
2,6 Volt versorgt.

Genug geholfen??

Autor: dave (Gast)
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Sind das wirklich 4700 Ohm ? nicht 470? gelb-lila?-braun?

R = U/I
U = I*R

Rechnen wir mal mit 20mA ==> 20mA * 470 Ohm = 9,4V
==> 12V-9,4V = 2,6V

Aber da es ja nicht jeden Wert bei den Widerständen gibt kannste diese
Rechnung vergessen. Tu eine LED mit so nem Widerstand einfach mal an
12V hängen und miss die Spannung an der LED.

dave

Autor: Ralf (Gast)
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P.S.: und sollte ich mich nicht ganz irren jetzt haben LED´s ne
Durchbruchspannung von 0,7 Volt.
und es gibt ein haufen LED´s die auch noch bei 12 Volt
funktionieren.... (habe bei mir im Auto in den Armaturen, ein paar
superhelle blaue Led´s direkt an 12 Volt hängen ohne Vorwiderstand)

Autor: Ralf (Gast)
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Sorry, muss Dave recht geben!!
Sind wohl eher 470 Ohm.
bei 4,7k würden knappe 94 Volt abfallen

Autor: Ralf K. (Gast)
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Hi Christian,
meines Wissen nach vertragen Ultrahelle LED´s bis zu 30mA.
Bei 4,7kOhm sind es jedoch nur 2mA, reicht für low current LEDs aus.

(12V - 2V) / 4,7kOhm = 2mA

Die 2 Volt sind für die LED veranschlagt, gilt aber nur bei roten
LED´s, andere Farben haben andere Flusspannungen, aber auch nicht mehr
als 4V.

Du mußt also wissen wieviel Strom du haben willst z.b. 20mA,
wieviele LEDs in Reihe z.b. 3 und die Betriebspannung z.b. 9V.

Daraus ergibt sich dann: R = (9V - (3 * 2V)) / 0,02A = 150 Ohm

Viel Glück

Ralf

Autor: Christian Heigele (Gast)
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Die Farben sind gelb-lila-schwarz-schwarz (-braun)

Okee ich bin plöt das sind 470 Ohm

Dann sind das aber laut Ralfs Rechnung 200 mA
und damit (9 - (3*2))/0,2 = 15 Ohm ????

#grs

Autor: Ralf (Gast)
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ja weiß ich eh das ich mich verdrückt habe g hatte mich aber eh
ausgebessert .....
wie gesagt bei 470 ohm fallen dir bei 12 volt 9,4 volt ab. g

Autor: Michael (ein anderer) (Gast)
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Oh je....

LEDs mit 0,7 Volt Vorwärtsspannung, 20mA sind 0,002 Ampere, LEDs laufen
plötzlich mit 2,6 Volt weil sie eine konstante Stromaufnahme haben, und
es fallen bei 12 Volt Versorgungsspannung mal eben 94 Volt ab...

Oh je...

Also. mal ganz von vorne:

Die Spannung die an einer LED abfällt, hängt vom Strom ab der durch die
LED fliesst. Allerdings ist dieser Zusammenhang sehr 'steil', d.h. zur
Vereinfachung kann man annehmen, dass bei einem Strom zwischen ca. 2mA
bis ca. 40mA bei einer roten Feld-Wald-Wiesen-LED ca. 2 Volt abfallen.
Das ist natürlich nur eine Vereinfachung, aber für die Praxis
funktioniert das ausreichend gut.

Um den Vorwiderstand für eine LED bei einer gegeben Spannung zu
berechnen, muss man sich erst mal überlegen, welchen Strom man durch
die LED schicken möchte, also z.B. 20mA, also 0,02 Ampere. Nun kann man
im Datenblatt der LED nachschauen, welche Spannung bei 20mA an der LED
abfällt. Wir haben aber kein Datenblatt und gehen mal von einer roten
Feld-Wald-Wiesen-LED aus und nehmen 2 Volt Spannungsabfall an.

D.h. am Vorwiderstand müssen 12 Volt - 2 Volt = 10 Volt bei 20mA
abfallen. Also R = U/I = 10 Volt / 0,02 Ampere = 500 Ohm.

Wenn der Vorwiderstand und die Spannung gegeben ist, kann man nicht so
einfach ausrechnen, welcher Strom denn nun genau fliesst. Eine einfache
Möglichkeit wäre z.B. anzunehmen, an der LED würden 2 Volt abfallen, und
dann den Strom durch den Widerstand ausrechnen. Beispiel: I = U / R =
(12 Volt - 2 Volt) / 4700 Ohm = 0,00213 Ampere = 2,13mA.

Da bei 2mA die rote Feld-Wald-Wiesen-LED aber eher 1,8 Volt
Vorwärtsspannung hat, fliesst ein minimal höherer Strom durch die LED,
nämlich ungefähr (12 Volt - 1.8 Volt) / 4700 Ohm = 0.00217 Ampere =
2,17 Ampere. Der Unterschied ist so gering (ca. 2%) dass man den
vernachlässigen kann (die Toleranzen der LED und des Widerstands sind
größer).

Wenn man's genau ausrechnen mächte, benötigt man den
Sättigungssperrstrom der LED, die Umgebungstemperatur, die
Bandabstandspannung des LED-Halbleitermaterials, und den Bahnwiderstand
der LED. Dann kann man's auf das Komma genau ausrechnen, welcher Strom
fliesst und welche Spannung abfällt.

Wenn man nun drei LEDs in reihe an 12 Volt betreiben möchte, ist die
Spannung die abfällt drei mal so hoch, der Strom aber der gleiche, weil
er ja durch alle drei LEDs fliesst. Also: R = U / I = (12 Volt - 3 * 2
Volt) / 0.02 Ampere = 300 Ohm.

Autor: Ralf (Gast)
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@ Michael

die rede war vom vorwiderstand ...... und ne led hat nunmal ne
durchbruchspannung von 0,7 volt.
das da der strom auch noch was "mitzureden" hat ist sowieso jedem
klar - war ja alles nur ein versuch um ihn wieder die formeln in
erinnerung zu bringen.
aber sonst - echt ausfürhlich erklärt g

Autor: Santa Klaus (Gast)
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@ Ralf:

>... und ne led hat nunmal ne durchbruchspannung von 0,7 volt.

was erzählst Du für einen Stuß?  Gewöhnliche Si-Dioden (also keine
LEDs) vom Typ 1N4148 oder 1N400x haben Durch_laß_spannungen im Bereich
um 0.7 V (relativ unabhängig vonm Typ) und Durch_bruch_spannungen von
z. B. 500 V (stark abhängig vom Typ).

Bei LEDs kommt es auf die Farbe an (*): Rote LEDs (Material: GaAsP)
haben eine Durch_laß_spannung von ca. 1.6 V bis 2.0 V; bei grünen LEDs
(Material: GaP) und gelbe LEDs (Material: GaAsP) liegt sie zwischen ca.
2.0 V und 3.2 V.  Für Dauerstrombetrieb sollte man sich nach den jeweils
kleinsten Werten richten.

(*) physikalisch genauer: Auf das Halbleitermaterial und die Dotierung

Die Durch_bruch_spannungen aller roten, grünen und gelben LEDs liegt
bei nur 5 V.

Für weitergehende Details verweise ich auf die Datenbläter der
Wald-und-Wiesen-Typen CQY 40 L, CQY 72 L und CQY 74 L.

Autor: Michael (ein anderer) (Gast)
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@Ralf:

> die rede war vom vorwiderstand ...... und ne led hat nunmal ne
> durchbruchspannung von 0,7 volt.

Sorry für die harten Worte, aber Du hast keinen blassen Schimmer...
Eigentlich alles, was Du hier über LEDs und Vorwiderstand geschrieben
hast, war falsch. Da nützt auch ständiges wiederholen nichts.

Die Vorwärtsspannung bei einer roten LED beträgt ca. 2 Volt bei 20mA
(Material GaAsP bzw. GaP). Reverse Durchbruchspannungs bei LEDs, egal
welches Material, ca. 5 Volt.


> Und mit deinen 4,7kOhm Widerstand, würde Dir bei ner Spannung
> von 12 Volt ungefähr 9,4 Volt abfallen was dann zu einer
> Betriebsspannung (Ub) von 2,6 Volt der LED´s führt .....

Absoluter Blödsinn. Wie Du auf diese Zahlen kommst, ist mir ein
Rätsel.

Bei einer roten LED, 12 Volt und 4.7 Kiloohm Vorwiderstand fliessen
etwas über 2mA Strom und an der Led fallen ca. 1.8 Volt ab und am
Widerstand demzufolge ca. 10.2 Volt. Oben habe ich's Dir genau
vorgerechnet.


> und es gibt ein haufen LED´s die auch noch bei 12 Volt
> funktionieren.... (habe bei mir im Auto in den Armaturen, ein paar
> superhelle blaue Led´s direkt an 12 Volt hängen ohne Vorwiderstand)

Ist wohl ein Gerücht...

Eine LED an 12 Volt ohne Strombegrenzung und Vorwiderstand lebt nur für
ein kurzes Aufblitzen, dann ist sie kaputt.

Es sei denn: Die LED hat einen integrierten Vorwiderstand der für 12
Volt Betriebsspannung berechnet ist. Und ja, solche LEDs gibt es. Aber
auch hier ist ein Vorwiderstand vorhanden, nur eben schon integriert.

Eine LED an 12 Volt Spannung ohne Strombegrenzung geht nicht.

Und blaue LEDs sind nochmal ein anderes Thema aufgrund der relativ
hohen Bahnwiderstände.

Autor: Jürgen Schuhmacher (Gast)
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"Die Durchbruchspannungen aller roten, grünen und gelben LEDs liegt
bei nur 5 V."

Genau, daher machen das viele so, daß sie zwei LEDs antiparallel
schalten, die sich dann gegenseitig für Sperrbetrieb schützen. Noch ein
anderer Nachtrag: Einige superhelle LEDs arbeiten mit parallellen oder
seriellen PNs in einem Gehäuse, daher kommen da oft auch ganz andere
Werte vor. Ungeachtet dessen, habe ich Typen vorgefunden, die bis 45mA
spezifiziert sind und mit 50mA dauerhaft und ausfallsicher arbeiten.

Wer hier an das Maximum will, der mag sich mal bei www.kaltmacher.de
umsehen. Dort treiben sich die Leute rum, die ihre PCs aufmotzen.
Kürzlich hat einer, dessen Namen ich lieber NICHT nenne, über 100
solcher superheller LEDs verbaut. Effektiver Wirkungsgrad 70%-80%,
Bruttoleistungsbedarf war etwa 18 Watt -> er hat 'nen 30Va-Trafo dafür
spendiert, weil der Trafo den er zunächst angezapft hatte, in die Knie
ging. Dies durfte aber nicht sein, weil dieser die Pumpe steurt, welche
das Kühlwasser durch den Kompressor und den Radiator nudelt, damit der
Prozessor selbst im Hochsommer auf 5 Grad verbleibt und 30% übertaktet
werden kann.

Schöne (LED-beleuchtete) Weihnachten an alle!

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