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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik led's ohne Vorwiderstand


Autor: Emperor_L0ser (Gast)
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moin,
ich habe vor 176 (ja einhundertsechsundsiebzig) Led's gleichzeitig
anzusteuern. Bisher war meine Überlegung je 4 parallel an einen
Widerstand zu hängen und an 12V an zuschliessen. Das würde allerdings
44 Widerstände benötigen....
Der gesamte Stromverbrauch liegt bei rund 4 Ampere.
Da ich kein Netzteil hab, das die Leistung liefert, habe ich vor mir
ein PC-Netzteil zukaufen, welches immer genug Saft liefert.

Ein PC Netzteil liefert aber auch 3,3V. Ist es möglich die Led's,
welche 3,2-3,4 Volt benötigen, ohne Vorwiderstand dort anzuschliessen?
Ich sehe kein Problem, aber wo immer man nachsieht steht, das man
led's nie ohne Vorwiderstand betreiben soll. Was soll passieren, wenn
die Spannung stimmt?

mfg Emperor_L0ser

Autor: inoffizieller WM-Rahul (Gast)
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>44 Widerstände

Das sind wenn hochkommt 2Euro50...

Alle gleichzeitig einzuschalten ist auch nicht wirklich sinnvoll...
12V*4A = 48W das wird vielleicht auch schon warm...

Autor: Ampfing (Gast)
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Hallo Emperor_L0ser,

nun, wenn du ne LED ohne Vorwiderstand betreibst killt sie sich selbst.
Das liegt einfach daran, dass bei einer LED mit steigendem Strom der
Widerstand der LED abnimmt -> mehr Strom wird fließen -> Widerstand
nimmt ab -> etc. bis die LED stirbt
Deswegen ist der Vorwiderstand nötig, weil er den Strom begrenzt.

Viele Grüße

Autor: D. W. (dave) Benutzerseite
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Am sinnvollsten wäre es wohl 60 Widerstände zu nehmen und immer 3 LEDs
in Reihe an 12V anzuschließen.

Autor: Emperor_L0ser (Gast)
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es sind 1Watt Widerstände, die kosten dann gleich etwas mehr ca. 8 euro
Mein Problem ist auch, das ich auf der Platine keinen Platz mehr für
die Widerstände habe (sind größer als die normalen 1/4Watt
Kohleschicht-Teile) und für mich 88 Lötstellen mehr, wobei es wirklich
nicht spassig ist 88 Kabelenden zu verzinnen...

Autor: Tobias (Gast)
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> Was soll passieren, wenn die Spannung stimmt?

Schau dir mal die Kennlinie einer LED an. Wenn die Spannung kleiner als
die Durchbruchspannung ist, leuchtet sie nicht. Ist die Spannung größer,
nimmt der Strom sehr schnell sehr hohe Werte an sofern die
Spannungsquelle den Strom liefern kann. Naja und die Spannung eben
exakt so einzustellen, dass die LED wunschgemäß leuchtet, ist sehr
schwierig. Zumal die Durchbruchspannung mehr oder weniger stark streut.

Autor: T-Brox (Gast)
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Eine Diode wird durch den fließenden Strom gesteuert, NICHT durch
angelegte Spannung. Die Spannung stellt sich dann von alleine ein.
Um die Verlustleistung etwas zu reduzieren würde ich 4 LEDs hinter
einem Widerstand nicht parallel, sondern in Reihe schalten (an der
12V-Schiene jetzt gedacht). Dadurch reduziert sich der Strom dann um
ein Viertel (bei 4 LEDs). Durch die aufsummierte Vorwärtsspannung
verringert sich dann auch der Spannungsabfall an dem Widerstand, ergo:
weniger Verlustleistung.
Ich weiß jetzt nicht wie wichtig das ist, aber achte darauf dass die
LEDs alle aus einer Charge stammen, weil sich dann die
Bauteiltoleranzen und damit die Helligkeitsunterschiede besser im
Rahmen halten lassen.

Autor: Jörg Rehrmann (Firma: Rehrmann Elektronik) (j_r)
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Hallo,
die Widerstände sind unvermeidlich. Man kann ihre Anzahl aber
reduzieren, indem man Die Spannung möglichst hoch wählt, z.B. 24 V und
dann bis zu 10 in Serie mit einem Widerstand schaltet. Ein PC-Netzteil
ist ungeeignet, weil die 12 V nicht separat belastbar sind. Das ginge
bei 5 V, aber nur mit sehr vielen Widerständen. Besser wäre ein Laptop-
oder TFT-Netzteil.

Jörg

Autor: Ich (Gast)
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Hallo!

Schalte deine 176 LEDs alle in Reihe. (ca. 580 .. 600 V)
Nimm die 230 V aus der Steckdose, eventuell über einen kleinen
Trenntrafo. Gleichrichterschaltung mit spannungsverdoppler (2 Dioden, 2
Elkos) und du bekommst so um die 650 V. Dann EINEN einzigen
Vorwiderstand und gut.

Die übliche Vorsicht bei solchen Spannungen solltest du aber schon
walten lassen.

mfg

Autor: Tobias (Gast)
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> Eine Diode wird durch den fließenden Strom gesteuert, NICHT
> durch angelegte Spannung.

LOL, was legt denn der "Kunde" an die LED an? Sicher kein Strom...

Die Spannung alleine ist dafür verantwortlich, dass die Diode in den
leitenden Zustand übergeht. Schau dir mal die Diodengleichung an, sie
beschreibt den Diodenstrom in Abhängigkeit von der anliegenden
Spannung.

> Die Spannung stellt sich dann von alleine ein.

Überspitzt formuliert hätte man bei Id=10mA z. B. Ud=2V und bei
Id=100mA ein Ud=4V? Eben genau das ist nicht der Fall (Stichwort
Kennlinie, die Abszisse stellt die Spannung dar).

Autor: Tobias (Gast)
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Ist übrigens hier recht anschaulich erläutert:

http://de.wikipedia.org/wiki/Diode

Abschnitt "Mechanisches Ersatzmodell der Diode" lesen!

Autor: Emperor_L0ser (Gast)
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ok,
danke euch für die schnellen antworten, also werd ich den lötkolben
wohl etwas länger schwingen :-)

das Problem mit den PC-Netzteilen (ausschalten wenn von 5V nichts
abgenommen wird) ist mir bekannt, aber das kann man lösen, zur Not ne
Glühbirne zwischen klemmen, dann bleibt das Ding an.

Danke und mfg Emperor_L0ser

Autor: Manos (Gast)
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Wenn ich das richtig rechne kannst Du auch 3 LED's in Reihe schalten
(ca. 10V) und dann die restlichen 2V über einen Widerstand verbraten
(100 Ohm bei 20mA LED's)

Macht dann pro Strang 240mW (der Widerstand reich natürlich 1/8W da der
ja nur 2V hat)

59 Stränge werden es dann mit einem Gesamtstrom von 1,18A bzw. 14,16W.

Autor: Manos (Gast)
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Ich habe natürlich gemogelt... entweder muß man den letzten Widerstand
anders Dimesionieren oder die Anzahl der LED's auf 177 erhöhen :)

Autor: TravelRec. (Gast)
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Statt PC-Netzteil tut´s auch ein Schaltnetzteil aus dem Reichelt-
Angebot, ist auch billiger unter Umständen. Und Leistungswiderstände
gibt´s da auch, und weit billiger als 8 Euro das Stück!

Autor: SuperUser (Gast)
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> LOL, was legt denn der "Kunde" an die LED an? Sicher kein Strom...

Aber natürlich, zumindest der der was davon versteht.

Selbstverständlich braucht eine LED Spannung und Strom um zu leuchten.
Aber der Designer gibt den Strom vor, die Flusspannung stellt sich dann
automatisch ein. D.h. LED's betreibt man an Stromquellen. Ein
Vorwiderstand ist dabei eine einfache Stromquelle.

Die Flussspannung von LED's streut stark über die Herstellung und mit
der Temperatur. Dabei hat die Temperaturabhänigikeit eine negative
Kennlinie, d.h. mit zunehmender Temperatur wird der Strom bei gleicher
Spannung grösser. LED's an konstanter Spannung könnten sich also
zerstören. Falls nicht, wird die Produktionsstreuung wird zu stark
schwankenden Helligkeiten führen.

Autor: Profi (Gast)
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http://www.ey-cool.com/led/led.htm
so kann man's auch machen: 23 LEDs, jede hat einen eigenen R für 12V,
und dann ein Lüfter dahinter.


Also: versuche, soviel wie möglich in Reihe zu betreiben.
Anstatt des Vorwiderstandes kannst Du auch eine einfache
Konstantstrom-Schaltung verwenden. Damit ist die Helligkeit
unabhängig(er) von der Versorgung.

Aber bedenke: wenn Du die LEDs auf engem Raum aufbaust, werden sie
ziemlich warm. Das reduziert die Lebensdauer, die Helligkeit nimmt dann
sehr schnell ab. Lieber doch einen Lüfter vorsehen.

176*0,02A*3,3V=11,616W für die LEDs, dann kommen noch die
Vorwiderstände dazu.

So vor 20 Jahren hatte Holzinger-Elektronik in der M-Schillerstraße
eine Werbe-LED-Matrix mit ca. 1000 LEDs aufgebaut und an die
Halbleitertheke gestellt. Leider hatten sie dabei die Verlustleistung
unterschätzt. Das Teil war ziemlich schnell "löchrig" und eher eine
Negativ-Werbung. Das Display verschwand ziemlich schnell wieder.

Autor: Emperor_L0ser (Gast)
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lol, wer sagt denn, das ich nen widerstand für 8 euro das stück kaufe,
alle zusammen natürlich

und schaltnetzteile kosten bei reichelt mehr als bei schiwi n billiges
pc-netzteil, zu schiwi kann ich hinfahren, bei reichelt kommen
ausserdem nochmal 5 euro porto drauf und derzeit brauch ich nichts.

(einen pc würd ich an so ein billignetzteil nicht dranhängen, aber für
ein paar led's sollte das alle mal reichen)
http://62.8.212.99/catalog/product_info.php?cPath=...

Autor: Unbekannter (Gast)
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> Schau dir mal die Diodengleichung an, sie
> beschreibt den Diodenstrom in Abhängigkeit von der anliegenden
> Spannung.

Und? Dann stell sie doch um!

Autor: Dirk (Gast)
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Hallo,

ich finde das alles hier recht umstaendlich in meinen Augen.

1. Variante
In einigen Handytypen findest man spezielle Treiber IC's für LED'S.
Diese LED Treiber IC's transformieren die DC Eingangsspannung auf 48
VDC. Bei einer Forwardspannung der LED von 3,2V waeren es 15 LED's.

2. Variante
Eine andere Moeglichkeit waere mittels LM2579 und MAX471 eine
Konstantstromquelle aufzubauen und dimmbar über ein Mikrocontroller
waere es auch noch.
Der LM2579 ist für maximal 3A ausgelegt, somit müsstest du zwei
getrennte Netzteile aufbauen.
Die Bauteilkosten liegen für ein 3A Konstantstromnetzteil bei 12 Euro
mit einem Mega8.

3. Variante
Vielleicht waere auch der Baustein MAX7219 interessant dieser benoetigt
nur ein Widerstand zur Stromeinstellung. Die Variante dürfte auch die
teuerste Variante sein.

Gruß,
Dirk

Autor: Tobias (Gast)
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Der MAX7219 kostet ja auch nur 7 Euro.

Autor: Thomas O. (Gast)
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meine praktische Erfahrung: Es geht, habe 135 UV-LEDsparallel
(20mA/LED=2,7A gesamt). Außerdem ist die Kennlinie sehr vorteilhaft, da
etwas mehr Spannung als die normale Betriesspannung den Stromfluss
extrem erhöht, wird das ganze sehr schön begrenzt wenn man ein nicht zu
großes Netzteil oder einen nicht zu dicken Versorgungsdraht nimmt.

Also nochmal ein kurzes Beispiel:
bei 3,3V fließen 20mA über die LED (gut einzelne Leds weichen
vielleicht etwas ab) und bei 3,4V fließen 25mA(Beispiel) über die LED.
Das wären also Gesamtstrome von 2,7A und 3,4A wodurch sich bei einem
schwachen Netzteil eine Strombegrenzung ergibt und man die Spannung
dadurch garnicht weiter hochdrehen kann.

Ich habe das erst mit einem Labornetzteil getesten und danach eins mit
dem LM350 aufgebaut, welches ich jetzt für die LED-Platine nehme.

Problematisch ist es nur bei ungeregelter Spannung. Angenommen man hat
ne Quelle die 4V liefert unter Belastung mit den LEDs liegt die
Spannung dann bei 3,5V was auch noch gut geht, wenn jetzt aber eine LED
wegen großen Toleranzen zu viel Strom schluckt zerstört sie sich. Nun
ist die Belastung der Quelle geringer und die Spannugn steigt etwas an
wodurch die nächste LED zuviel Strom schluckt und hops geht, also die
Spannugn steigt wieder weiter an und es kommt zu einer Kettenreaktion.

Fazit: unbedingt ne Spannungsquelle wählen die stabilisiert ist.

Autor: Hmm... (Gast)
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>> Schau dir mal die Diodengleichung an, sie
>> beschreibt den Diodenstrom in Abhängigkeit von der anliegenden
>> Spannung.

> Und? Dann stell sie doch um!

Tja,das ist so eine Sache....Ursache und Wirkung.Die Spannung ist die
Ursache das die LED leitfähig wird und ein Strom überhaupt erst
fliessen kann.Und jener ist dann die Ursache dafür das sie
leuchtet.Oder auch kaputt geht,wenn es zuviel Strom war.Damit der Strom
weiterfliesst,muss die Spannung erhalten bleiben.Sie sollte etwas höher
als die Flussspannung sein,damit die Halbleiterstrukturen weiter so
polarisiert bleiben,das das ganze leitfähig bleibt.
Da dummerweise die Flussspannung nich bei jeder LED genau gleich
ist,zieht jede auch einen anderen Strom wenn man nix zur Begrenzung
reinschaltet.Wenn 2 nun parallel geschaltet werden,fliesst durch eine
daher zwangsläufig mehr Strom,diese wird heisser wodurch die
Flussspannung noch etwas absinkt und so weiter.Ohne Vorwiderstand sind
beide nach sehr kurzer Zeit hin.Mit Vorwiderstand leuchten beide,aber
nicht unbedingt gleich hell.

Der einfachste Weg um nun einer konkreten Spannung einen definierten
Strom abzuringen ist nunmal ein Vorwiderstand und die LEDs in
Reihe.Punkt.

Autor: Thomas O. (Gast)
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ich orientiere mich immer an diesem Diagramm im Datenblatt und an der
Angabe für den Dauerbetriebsstrom der LED dann brauch ich im Diagramm
nur die dazugehörige Spannung raussuchen die ich dann an der
stabilisierten Quelle einstelle oder den Widerstand mit diesen Werten
berechne. Werde mal die restlichen LED vergleichen, denke kaum das da
eine um mehr als 5% abweicht, aber selsbt wenn kann man ja mit der
Spannugn etwas zurückgehen und ist auf der sicheren Seite.

Autor: inoffizieller WM-Rahul (Gast)
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Übrigens kann ein Strom nur fliessen, wenn eine Spannung vorhanden ist.

Autor: SuperUser (Gast)
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Ich denke nun haben mehrere die LED's erklärt - gut ist. Wer es nicht
kapieren will hat halt Pech gehabt. Und beim basteln geht vieles - auch
gegen die Lehre.

Übrigens ist es in Hochvolumen-Produkten gar nicht unüblich LED's
direkt parallel zu betreiben um Kosten zu sparen. Die LED's stammen
dann aber in der Produktion aus der gleichen Charge und matchen sehr
gut.

Autor: inoffizieller WM-Rahul (Gast)
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>sofern die Spannungsquelle den Strom liefern kann.

Kann sie ja nicht mehr, wenn man einen Vorwiderstand benutzt...

Autor: Winfried (Gast)
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Bedenke auch die Temperaturdrift der Flußspannung. Und dann wäre evtl.
noch eine Langzeitdrift.

Autor: Chris V (Gast)
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"Übrigens kann ein Strom nur fliessen, wenn eine Spannung vorhanden
ist."

<Erbsenzählmode>
Supraleitung mal ausgenommen
</Erbsenzählmode>

Autor: Hannes Lux (hannes)
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Im Falle der LED geht es doch nicht darum, einen Strom fließen zu
lassen, sondern darum, den Strom auf den Wert zu begrenzen, den die
LEDs aushalten. Die LEDs sind aufgrund ihres nichtlinearen Widerstandes
dazu nicht in der Lage, deshalb muss eine andere Strombegrenzung her, im
einfachsten Falle ein ohmscher Widerstand.

...

Autor: inoffizieller WM-Rahul (Gast)
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<Erbsenzählmode>
Supraleitung mal ausgenommen
</Erbsenzählmode>
Wichtigtuerischer Quatsch!

Miss mal einem Supraleiter mit offenen Enden einen Strom oder eine
Spannung: Beides nicht vorhanden.

Um einen Strom fliessen zu lassen, braucht man verschiedene Potentiale
(das können auch mehr als 2 sein).
Hat man nun einen Potentialunterschied (auch "Spannung" genannt) und
verbindet diese beiden Potentiale mit einem Leiter, dann fliesst ein
Strom.
In einem Supraleiter gibt es vielleicht weniger "Verluste" (Energie
umwandlugen) als in schödem Kupfer, aber auch da fliesst nur Strom,
wenn eine Spannung anliegt.
Das gilt übrigens nicht nur für elektrische Potentiale...

Autor: Chris V (Gast)
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"Wichtigtuerischer Quatsch!"
So hatte das nicht rüberkommen sollen.

"Miss mal einem Supraleiter mit offenen Enden einen Strom oder eine
Spannung: Beides nicht vorhanden."
Ja, das seh ich ein, aber:

Es gibt sehr wohl Anwendungen wie z.B. Supraleitende Magneten, in denen
der Strom Jahrelang seine Bahnen zieht, sofern die Kühlung
aufrechterhalten wird. Und bei 0 Ohm fällt halt nicht so viel Spannung
ab.
Vgl.:
http://de.wikipedia.org/wiki/Supraleitung#Erzeugun...

Ich wollte dich übrigens in keiner Weise angreifen.
Da das hier aber OT ist werd ich mich nu zurückhalten.

Grüße,
Chris

Autor: Andy (Gast)
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wie sieht es denn aus, wenn mann die LED ohne Widerstand bereibt und die
Versorgung einfach in einem Verhältnis taktet, bis der gewünschte
Helligkeitsgrad erreicht ist?

Autor: Thomas O. (Gast)
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Bei Pollin gibts für 4,96 Euro ein Steckernetzteil mit 3,3V und 4,5A,
was für ca. 200 UV LEDs gut ist. Bestellnr. 94-350394 Schaltnetzteil
PSU40A-0. Leider regeln die Teile immer 3,3V direkt an ihrem Ausgang.

bei PWM solltest du ne hohe Frequenz wählen wodurch das Glätten
leichter ist, ohne Glättung könnte es für die LEDs wegen dem
Spitzenwert gefährlich werden.

Autor: Hannes Lux (hannes)
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> ein Steckernetzteil mit 3,3V und 4,5A,
> was für ca. 200 UV LEDs gut ist.

Und wie willst Du damit den Strom durch die LEDs (auch bei schwankenden
Temperaturen und bei Exemplarstreuungen) konstant halten??

Mit einer höheren Spannung und Reihenschaltung mehrerer LEDs und einem
Vorwiderstand (pro Gruppe in Reihe) arbeitet das bedeutend
zuverlässiger. Auch in diesem Bereich findet man bei Pollin preiswerte
Netzteile.

...

Autor: Thomas O. (Gast)
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wenn da einzelne LEDs 5% mehr Strom ziehen ist das gar kein Problem.
Beitreibe meinen LED-Belichter auch mit mit einer Konstantspannung.
Gefährlich ist es nur wenn das Netzteil nicht stabilisiert den einmal
eine zu hohe Spannung(z.B. Leerlaufspannung) und es killt eine LED,
dadruch erhöht sich aufgrund der niedrigeren Last die Spannung im Sytem
und die restlichen LEDs nehmen mehr Strom auf, dadurch geht wiederum die
schwächste kaputt und es tritt der Lawineneffekt ein, nach kürzester
Zeit ist der Belichter dunkel.

Autor: Hannes Lux (hannes)
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> nach kürzester Zeit ist der Belichter dunkel.

Regelt man statt der Spannung aber den Strom, dann hält das Teil
hundert Jahre...

Begreif's endlich, LEDs benötigen einen definierten Betriebsstrom, an
ihnen tritt dann ein Spannungsabfall auf, der vom Exemplar abhängig ist
und stark mit der Temperatur schwankt. Der "Widerstand" der LED ist
stark nichtlinear.

Dagegen benötigt eine Glühlampe eine Betriebsspannung, der fließende
Strom wird durch die Glühlampe bestimmt. Der Widerstand einer Glühlampe
ist zwar auch nicht ganz linear (Kaltleiterverhalten) aber durchaus in
der Lage, den Strom auf ungefährliche Werte zu begrenzen.

Die Tatsache, dass Dein Belichter damit funktioniert, ist reine
Glücksache. Vermutlich wird der Strom anderweitig begrenzt (im
Netzteil, durch den Widerstand der Zuleitung, ...).

...

Autor: Thomas O. (Gast)
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meinetwegen wirkt meine Zuleitung als Widerstand. Aber ohne Zuleitung
wird es sicherlich niemand machen.

Durch die Spannungsregelung begrenze ich im groben Maße den Strom. Das
sehe ich an meinem Labornetzteil sehr gut, drehe ich die Spannung rauf
geht auch der Strom mit hoch, wenn ich bei ca. 2,7A bin(20mA/LED) lasse
ich es gut sein, dann messe ich die Spannung an der LED-Platine ab und
weiß ganz genau welche Spannung ich dem Board zutrauen kann ohne es zu
überlastet. Wenn die LEDs ihr Betriebstemp erreicht haben ändert sich
der Wert um max. 0,1A was nichtmal 1mA pro LED bedeudet.

Wenn die einzelnen Exemplarstreuungen so hoch wären dann hätte ich ja
schon Ausfallerscheinungen haben müssen, außerdem muss man die LEDs
nicht bis zu den max. zulässigen Daten Betreiben, sondern kann etwas
drunter bleiben. Laut Datenblatt 3,3-3,5V da sind die
Exemplarstreuungen auch drin betrachtet.

Kann nur sagen bei mir funzt es ohne Ausfallerscheinungen, deswegen
empfehle ich diese Variante weiter und die ganz kritischen Leute können
ja nen mittels RC und FET ein langsammes hochdimmen bewerkstelligen.

Ein weiteres Gegenargument gegen Widerstände an jeder LED (neben den
Kosten und Lötaufwand) ist die Tolerenz der Widerstände von +-5% was
dann inkl. der Toleranz der LED gleich mal zu +-10% wird. Wird mir doch
keiner erzählen wollen das er dafür die teuerer Widerstände mit
geringeren Toleranzen nimmt.

Autor: Winfried (Gast)
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Um es mal mit ganz praktischen Werten zu untermauern: Ich habe mir
gerade mal eine weiße Agilent LED genommen, die Spannung des
Labornetzteiles so eingestellt, dass bei Zimmertemperatur 20mA fließen.
Dann mal mit Kältespray auf -50 Grad runter und mit einem Fön auf +50
Grad hoch. Fazit: Der Strom ändert sich auf 9mA bzw. 40mA. Das zeigt
also schonmal ganz praktisch die starke Temperaturabhängigkeit.

Und 50 Grad sind z.B. im Sommer, wenn die Sonne drauf scheint,
überhaupt kein Problem.

Was dann noch hinzu kommt, ist die Langzeitdrift. Da fehlen mir die
praktischen Erkenntnisse, es wäre für mich aber nicht überraschend,
wenn ich bei 20 Grad heute einen Stromwert von 20 mA über eine
bestimmte Spannung einstelle und in einem Jahr auf einmal 30 mA
fließen.

Dann kommt noch hinzu, dass bei geringsten Abweichungen der
Konstantspannung ebenso der Strom sich stark verändert. Bei 100mV
Veränderung hab ich gerade 5mA Stromänderung nachgemessen.

Schlußendlich also: Das ist einfach keine gute Idee, eine LED mit einer
Konstantspannung zu betreiben. Das ist alles andere, als ein robustes
Schaltungsdesign.

Autor: Thomas O. (Gast)
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der Temperaturbereich den du getestet hast ist schon etwas extrem mein
Belichter liegt in der Wohnung und da hat es immer zw. 15° und 40°C.
Interessehalber werde ich mal die ganze Platine ins Gefrierfach legen
und mal durchmessen.

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