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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Wie beeinflusst der Vorwiderstand die LED


Autor: Fantastic Flood (flood1k4)
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Hallo Zusammen!

Vorneweg:
Ich weiß dass man eine LED nicht ohne Vorwiderstand betreibt,
ich weiß auch dass das nicht nur was mit den "überschüssigen" Volt zutun 
hat.
Das soll heißen man betreibt auch keine 3V LED an einer 3V 
Spannungsquelle.
Ich weiß auch dass eine LED umso wärmer sie ist mehr Strom durchlässt 
und
sich dadurch wieder weiter erwärmt, usw.

Hoffe das stimmt so alles, was ich damit sagen will, meine Frage ist 
spezifischer...

Ich will eigentlich nur wissen, wie beeinflusst ein Vorwiderstand die 
LED denn nun genau?
Ich habe gelesen er "flacht" sozusagen die Kennlinie ab (nicht die der 
LED sondern die der gesamten Schaltung also Rvor+LED).

Kann mir jemand zeigen wie das grafisch aussehen würde?
ich hab hier mal skiziert was ich meine:

led: http://www.tinyimage.de/result.php?img_id=335942
ohmscher (vor-)widerstand: 
http://www.tinyimage.de/result.php?img_id=335943

meine annahme für die "komibinierte" 'kennlinie' (orange):
http://www.tinyimage.de/result.php?img_id=335937


Danke schonmal an die, die mir weiterhelfen können!

: Verschoben durch Moderator
Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Fantastic Flood schrieb:

> Ich will eigentlich nur wissen, wie beeinflusst ein Vorwiderstand die
> LED denn nun genau?

Eigentlich gar nicht.
Die Frage ist nämlich eine andere.

Was passiert wenn die LED anfängt mehr Strom zu ziehen.
Dann muss logischerweise aufgrund der Kennlinie über der LED mehr 
Spannung abfallen.

Die Gesamtspannung über R + LED ist aber konstant. Wenn mehr Spannung an 
der LED abfällt, dann muss weniger Spannung am R abfallen. Weniger 
Spannung am R bedeutet aber auch weniger Strom durch R. Tja. Nun kann 
aber durch die LED nicht mehr Strom laufen als durch den Widerstand. 
Durch die LED rinnt immer genau gleich viel Strom wie durch R. Wenn also 
durch R weniger Strom rinnt, dann auch durch die LED. Die Spannung an 
der LED sinkt wieder.

Das ganze pendelt sich daher automatisch so ein, dass durch die LED ein 
ganz bestimmter Strom fliesst, der an der LED durch eine bestimmte 
Spannung verursacht wird. Und sobald die LED da versucht etwas zu 
verändern, steuert der R dagegen, indem er den Stromhahn zu oder 
aufdreht.

Autor: Fantastic Flood (flood1k4)
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Das hast du wirklich toll erklärt!

Eine Frage dazu habe ich aber noch:
Ich habe noch gelesen dass der Widerstand wohl nicht alzu klein sein 
sollte.
Sprich bei einer Versorgungsspannung von 13V sollte man keine 6 LED's 
mit
2V dranhängen und das letzte Volt mit dem Vorwiderstand verbraten 
sondern
eher z.B. 4 LEDs.

Das kommt mir zwar schon irgendwie (so vom Gefühl) logisch vor,
aber warum ist das denn so?


EDIT: ist bei eine kleinen Widerstand der "Ausschlag" zu groß (bevor er 
gegensteuert sozusagen)?

Autor: raketenfred (Gast)
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Falls bei der Reihenschaltung der LEDs dir eine durchbrennt müssen die 
verbleibenden das kompensieren-> Überlastung->weitere Ausfälle-> weitere 
Überlastung etc.

Ausserdem sind nicht alle LEDs gleich gut gefertigt, sodass dort schon 
unterschiede auftreten.

es ist also einfach ausfall sicherer, und somit schonender für das gemüt 
des ings.

Autor: Jens G. (jensig)
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>Ich weiß auch dass eine LED umso wärmer sie ist mehr Strom durchlässt
>und
>sich dadurch wieder weiter erwärmt, usw.

Stimmt zwar, macht sich aber vorrangig bei Parallelschaltung von LED's 
(oder generell Dioden) bemerkbar. Eine einzelne LED (bzw. 
Reihenschaltung von LEDs) ist nicht so dramatisch abhängig davon, wenn 
sinnvoll dimensioniert.

>Ich habe noch gelesen dass der Widerstand wohl nicht alzu klein sein
>sollte.
>Sprich bei einer Versorgungsspannung von 13V sollte man keine 6 LED's
>mit
>2V dranhängen und das letzte Volt mit dem Vorwiderstand verbraten
>sondern
>eher z.B. 4 LEDs.

>Das kommt mir zwar schon irgendwie (so vom Gefühl) logisch vor,
>aber warum ist das denn so?

@raketenfred (Gast)

>Falls bei der Reihenschaltung der LEDs dir eine durchbrennt müssen die
>verbleibenden das kompensieren-> Überlastung->weitere Ausfälle-> weitere
>Überlastung etc.

Blödsinn. Je höher der Spannungsabfall über den Rv, um so besser die 
Toleranz gegenüber schankender Uf der LEDs, und damit bessere 
Stromkonstanz.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Vorneweg:
> LED's mit 2V
gibt es nicht!!!
Es gibt nur LEDs, die beim Nennstrom ca. 2V Flussspannung haben. Das 
können auch gern mal bei einer warmen LED 1,8V sein und bei einer 
abgekühlten 2,2V.

> Das kommt mir zwar schon irgendwie (so vom Gefühl) logisch vor,
> aber warum ist das denn so?
Rechne dir mal die Änderung des Stroms aus, wenn du statt der 2V, mit 
denen du den Vorwiderstnad ausgerechnet hat, mal 1,9V pro LED nimmst, 
oder auch 2,1V:
2V * 6 = 12V --> 13V-12V=1V --> 1V/20mA = 50Ohm
Wir bauen also einen 50 Ohm Widerstand ein.

Dann werden die LEDs warm:
1,9V * 6 = 11,4V --> 13V-11,4V = 1,6VV --> 1,6V/50 Ohm = 32mA   :-o

Oder kühl:
2,1V * 6 = 12,6V --> 13V-12,4V = 0,4V --> 0,4V/50 Ohm = 8mA  :-o

Oder noch kühler:
2,2V * 6 = 13,2V --> es fehlen 0,2V, dass die Dinger überhaupt leuchten 
:-o

Autor: Jens G. (jensig)
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>>Ich weiß auch dass eine LED umso wärmer sie ist mehr Strom durchlässt
>>und
>>sich dadurch wieder weiter erwärmt, usw.

>Stimmt zwar, macht sich aber vorrangig bei Parallelschaltung von LED's
>(oder generell Dioden) bemerkbar. Eine einzelne LED (bzw.
>Reihenschaltung von LEDs) ist nicht so dramatisch abhängig davon, wenn
>sinnvoll dimensioniert.

Liegt aber nicht direkt an der LED, sondern indirekt am sich 
vergrößernden Spannungsabfall über den Rv, der den Strom (etwas) steigen 
läßt), wenn die Uf der Diode bei Erwärmung niedriger wird.

Autor: Klaus2m5 (Gast)
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Lothar Miller schrieb:
> Dann werden die LEDs warm:
> 1,9V * 6 = 11,4V --> 13V-11,4V = 1,6VV --> 1,6V/50 Ohm = 32mA   :-o
>
> Oder kühl:
> 2,1V * 6 = 12,6V --> 13V-12,4V = 0,4V --> 0,4V/50 Ohm = 8mA  :-o
>
> Oder noch kühler:
> 2,2V * 6 = 13,2V --> es fehlen 0,2V, dass die Dinger überhaupt leuchten

Stimmt - allerdings muss die Temperatur sinken, um eine höhere 
Diffusionsspannung zu erreichen.

Autor: Klaus2m5 (Gast)
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Sorry, dass war natürlich Blödsinn, denn genau das steht ja in Lothar 
Millers Post.

Autor: Fantastic Flood (flood1k4)
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Danke @Miller, mit dieser Rechnung hab ich es verstanden!
Wenn der Vorwiderstand größer ist und es nur 4 LED'S sind wäre das dann:


2V * 4 = 8V --> 13V - 8V = 5V --> 5V/20mA = 250 Ohm

LED's (warm):
1,9V * 4 = 7,6V --> 13V - 7,6V = 5,4V --> 5,4V / 250 Ohm = 21,6 mA

LED's (kühl):
2,1V * 4 = 8,4V --> 13V - 8,4V = 4,6V --> 4,6V / 250 Ohm = 18,4 mA

Und das sieht schon wesentlich besser aus :)


Ah! Na jetzt bin ich eine Ecke schlauer, das habt ihr wirklich gut 
erklärt allesamt!

Danke euch und schönen Abend noch!

Autor: Walter Berny (Gast)
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Der Vorwiderstand beeinflusst die LED natürlich. Durch eine LED darf 
nicht mehr Strom als z. B. 20mA fließen um die maximale Leuchtkraft bei 
vertretbarer Verlustleistung zu erhalten (festgelegt in den 
Datenblättern der Hersteller). Ist der Strom höher, wird die 
Lichtausbeute zwar ansteigen, aber die Verlustleistung dazu steigt auch 
an und kann zur Zerstörung der LED führen. Ist der Strom zu klein, 
leuchtet die LED entweder gar nicht oder nur schwach. Die Höhe des 
Vorwiderstandswertes bestimmt den Stromfluss durch die LED (kleiner 
Wert, hoher Strom, großer Wert kleiner Strom) -> der Vorwiderstand 
beeinflusst die Helligkeit der LED maßgeblich!
Der Vorwiderstand und die LED bilden eine Reihenschaltung. In der 
Reihenschaltung ist die Summe der Einzelspannungen (U Vorwiderstand und 
U LED) die angelegte Spannung UND durch ALLE Bauelemente fließt der 
gleich hohe Strom! Nach dem Ohm´schen Gesetz errechnet sich der 
Vorwiderstand : R=URVor/I, I ist in unserem Fall der Strom durch die 
LED.
Beispiel:

Nehmen wir eine rote LED. Die hat z.B. eine Spannung von 2V und es darf 
gem. Hersteller ein maximaler Strom von 20mA fließen. Soll die LED nun 
an eine Spannungsquele von z.B. 4,5 Volt angeschlossen werden, müssen 
die "Volt die zuviel sind", alles was über 2 V geht am Vorwiderstand 
abfallen, hier also 2,5 V. Da der Strom I max. 20 mA sein darf und in 
einer Rehenschaltung durch jedes Bauelement die gleiche Stromhöhe 
fließt, müssen die 20mA auch durch unseren Vorwiderstand fließen. Wir 
haben also am Rv 2,5 Volt und I= 20mA und das ergibt einen Widerstand 
von 125Ohm (2,5V/0,02A=125Ohm).
Steigt jetzt der Stromfluß durch die LED an, steigt er natürlich auch 
durch den Vorwiderstand (Reihenschaltung überall gleiche Stromhöhe!). 
Der Vorwiderstand ist fest eingebaut und ändert sich nicht. Steigt der 
Strom aber an, dann sagt das Ohm´sche Gesetz, dass der Spannungsfall am 
Widerstand ansteigen muss (U= I*R, bei R=konstant). Da aber auch die 
4,5Volt konstant geblieben sind, bleibt also weniger Spannung für die 
LED übrig. Die Verlustleistung ist ein Produkt aus ULED * ILED, d.h., 
dadurch wird die LED wieder im erlaubten Bereich betrieben. Der 
Widerstand selber dreht nichts auf oder zu er ist ein passives Element.

Autor: Jens G. (jensig)
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Was vielleicht dem TO fehlt:
die LED-Spannung Uf ist relativ unabhängig von If. Ist also eher eine 
Materialkonstante, und die LED (wie jede Diode) wirkt wie eine 
Konstantspannungsquelle, egal, welcher Strom durch sie hindurchgeht 
(natürlich Pi mal Daumen). Und auch nur bei Strömen, die deutlich höher 
als irgendwelche interne Restströme sind, bzw. im Bereich 
interessierender Betriebsströme liegen.
Man kann also einfach von der Betriebsspannung die Uf abziehen, und das 
ist einfach die Spannung, die über Rv abfällt. Daraus ergibt sich der 
If.

Autor: schwarze led (Gast)
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>Autor: raketenfred (Gast)
>Datum: 02.12.2010 21:58
>Falls bei der Reihenschaltung der LEDs dir eine durchbrennt müssen die
>verbleibenden das kompensieren-> Überlastung->weitere Ausfälle-> weitere
>Überlastung etc.

sollte doch Parallelschaltung heißen, oder?

Autor: Peter Paul (Gast)
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Fantastic Flood schrieb:
> Ich weiß dass man eine LED nicht ohne Vorwiderstand betreibt,
> (...)
> Das soll heißen man betreibt auch keine 3V LED an einer 3V
> Spannungsquelle.

Hehe, erzähl das mal den Chinesen. Jetzt in der Weihnachtszeit kann man 
überall LED-Lichterketten aus China kaufen: 10 oder 20 weiße LEDs 
betrieben mit drei 1,5V Batterien. Von Vorwiderstand keine Spur. Und, Oh 
Wunder, es funktioniert...

Autor: Klaus2m5 (Gast)
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Das Wort "Widerstand" wird bei denen wahrscheinlich konsequent aus allen 
Dokumenten entfernt. Hoffentlich verringert das auch dort die Lebendauer 
des Systems.

Autor: Michael_ (Gast)
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Man muß aber den Innenwiderstand der Spannungsquelle beachten. Die 1,5V 
ist ja die Leerlaufspannung. Wenn sich unter Last 3x1,2 V einstellen, 
ist das für weiße LED brauchbar.
Ich hatte jetzt eine Geldscheinprüfer mit 2x Li 2032 ( -> 6 V) und kein 
Vorwiderstand.
Etwas Streß ist da schon, aber es leuchtet ja nicht dauernd.

Autor: ulrich (Gast)
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Wenn man die langsamen thermischen Effekte mit einschließt, können die 
LEDs ein negativen Differentiellen Widerstand haben. Wenigstens diesen 
Anteil sollte man durch den externen Widerstand kompensieren, damit die 
Schaltung stabil wird. Das muss nicht unbedingt ein extra Widerstand 
sei, das kann auch der Ausgangswiderstand der restlichen Schaltung (z.B. 
Batterie sein).

Bei den blauen und weissen LEDs ist es gar nicht so ungewöhnlich das die 
schon einen relativ hohen Innenwiderstand haben. Die Kennlinie 
entspricht dann schon einer klassischen Diodenkennlinie mit einem 
Serienwiderstand. Einige der LED-typen kann man dann tatsächlich auch 
ohne externen Widerstand parallel schalten. Der mehr oder weniger 
gewollte Innenwiderstand der LEDs reicht da schon aus.

Eine direkte Rückwirkung vom Widerstand hat man ggf. durch die Erwärmung 
des Widerstandes, vor allem bei hohen Spannungen.

Autor: Bernhard Spitzer (b_spitzer)
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Noch was zur Kennlinie bzw. dem Arbeitspunkt
Das 3. Bild stimmt so nicht. Man zeichnet den Vorwiderstand als Gerade 
vom Punkt Ubat|0mA mit negativer Steigung zum Punkt 0V|(Ubat/Rvor). (X- 
und Y- Koordinaten im U/I-Diagramm)
Der Schnittpunkt zwischen Kennline der Diode und Widerstandsgerade ist 
der Arbeitspunkt, der sich dabei einstellt.
Sieh auch http://web.wara.de/~mertens/nt/material/arbeitspun...

tschuessle
Bernhard

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Ich weiß dass man eine LED nicht ohne Vorwiderstand betreibt,

Manchmal aber schon:

Youtube-Video "Making an LED Throwie"

Kai Klaas

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