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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik LED Vorwiderstand Verständnisfrage


Autor: Tassilo Angus (tiras)
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Moin Moin

da meine LED Lampe wohl das Zeitliche segnet und ich ein wenig lernen 
möchte dachte ich als nächstes kommt eine eigene Lampe her.
Grundgedanke : jede LED bekommt einen eigenen Vorwiderstand. Doch hier 
hab ich ein kleines Problem...
je nach Spannung muss ein anderer Widerstand her. Doch der verheizt doch 
eigentlich nur den Strom?
Sprich schliese ich z.b. eine LED an 12V an verbrauche ich doch dann 
mehr strom als wenn ich sie an 5V anschliese, oder ?
Also die LED verbraucht in beiden fällen gleich viel, nur bei der 5V 
Version heizt der Wiederstand weniger als bei 12V oder ist hier ein 
Denkfehler?

wieder mal um erleuchtung bittend,
grüße

tassilo

Autor: Mösi (Gast)
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Hallo, das stimmt schon dass die 5V günstiger wären als die 12V. Es sit 
halt einfach so, dass der Widerstand so dimensioniert sein muss, dass 
der Strom durch die LED nicht zu hoch. Da ich vermute, dass deine Lampe 
aus mehreren LEDs bestehen soll, wäre bei 12V Versorungsspannung 
angebracht mehrere LEDs in Reihe zu schalten. Somit verminderst du die 
verbratene Energie am Widerstand.

Ist das schreiben mit dem Handy anstrengend.

Gruß

Autor: Jan S. (jan_s)
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Eine Strombegrenzung über Widerstand macht eigentlich nur bei Low-Power 
LEDs oder, wenn einem kalt ist und man zuviel Geld für Strom hat Sinn. 
;-)
Sinnvoller ist da ein Buck- oder Boostkonverter, der stromgeregelt 
arbeitet.

Gibt es auch fertig zu kaufen, muss man nurnoch entsprechend verbauen.

Habe bislang so etwas auch nicht selbst gebaut, hier gibt es aber sicher 
Leute, die dies schon getan haben.

Autor: Michael Skropski (rbs_phoenix)
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Tassilo Angus schrieb:
> Sprich schliese ich z.b. eine LED an 12V an verbrauche ich doch dann
> mehr strom als wenn ich sie an 5V anschliese, oder ?

Nein. Wie bei Widerständen ist es egal, wieviele du hintereinander 
Schaltest, der Strom ist überall der gleiche.
Merken kann man sich:
Reihenschaltung -> Spannung teilt sich auf, Strom bleibt gleich
Parallelschaltung -> Spannung bleib gleich, Strom teilt sich auf

Zur LED wird immer eine Spannung und ein Strom angegeben, Z.b. 3V, 20mA.
Wenn du 5V als Vorsorgungsspannung hast, muss der Widerstand also 2V bei 
20mA verbraten, damit du die Nennwerte der LED einhälst. Das wären dann 
R = U/I = 100 Ohm.

Wenn du 12V hast, müsstest du 9V bei 20mA am Widerstand verbraten, also 
hieße das R = U/I = 450 Ohm.

Wenn du jetzt 12 LEDs haben willst, müsstest du bei 5V 12 mal die 
Reihenschaltung Widerstand+LED parallel Schalten. Da bei 
Parallelschalungen der Strom aufgeteilt wird, heißt das, deine 5V Quelle 
muss 12*20mA = 240mA liefern. Also Pgesamt = 5V*240mA = 1,2W

Bei 12V Versorgung kannst du auch hinter einem Widerstand mehrere LEDs 
hängen. Wenn eine LED 3V braucht, brauchen 4 LEDs in Reihe 12V. Hier 
denken manche: "mensch das passt, brauche ich keinen Widerstand 
vorpacken". Doch ohne Widerstand keine Strombegrenzung. Also nimmt man 3 
LEDs in Reihe (= 9V) und muss 3V bei 20mA am Widerstand verbraten. Also 
3V/20mA = 150 Ohm.
Da die Reihenschaltung schon 3 LEDs hat, muss diese Reihenschaltung 
(Widerstand+LED+LED+LED) 4 mal parallel geschlatet werden, um auf die 
gewünschten 12 LEDs zu kommen. Also muss die 12V Spannungsquelle 4*20mA 
= 80mA liefern. Ergibt ein Pgesamt = 12V*80mA = 960mW.

Der Grund, warum das bei 12V weniger Leistung braucht, liegt daran, dass 
nicht jede einzelne LED einen Widerstand braucht, an dem ja auch 
Leistung "Verbraucht" wird. Energie kann man nicht verbrauchen sondern 
nur umsetzen. Beim Wiederstand ist das elektrische Energie in 
Wärmeenergie.

Autor: Tassilo Angus (tiras)
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Hmm das stimmt zwar aber hab ich bei sowas nicht das problem das wenn 
mal eine led stirb dann zwangsläufig die anderen in der reihe auch 
sterben?

grüße

Autor: Michael Skropski (rbs_phoenix)
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Naja, sie sterben nicht, sondern wenn eine Diode durchbrennt ist sie 
hochohmig -> Kein/sehr wenig Strom, somit leuchten die anderen beiden 
nicht mehr. Sie sind aber nicht kaputt. Wenn du aber umbedingt willst, 
dass nur die kaputte LED ausfällt, solltest du (sofern du die Wahl hast) 
es mit den 5V machen und pro LED einen Widerstand vor machen. Bei 5V 
hast du somit 5V*(12*20mA) = 1,2W und bei 12V hast du 12V*(12*20mA) = 
2,88W.

Autor: Daniel (Gast)
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Tassilo Angus schrieb:
> je nach Spannung muss ein anderer Widerstand her. Doch der verheizt doch
> eigentlich nur den Strom?

Falsch. Der "verheizt" die Spannung und begrenzt den Strom.

An der LED fällt immer die Durchlasspannung ab, die zwar ein wenig vom
Strom abhängt, aber im Allgemeinen als konstant angesehen werden kann.
Ein  typischer Wert ist zum Beispiel 2 Volt für rote LEDs. Möchte man
diese LED an 5 Volt betreiben, dann müssen die restlichen 3 Volt an
einem Widerstand abfallen, der gleichzeitig den Strom begrenzt. Jetzt
musst du dir überlegen, wieviel Strom du deiner LED zumutest. 20mA ist
hier ein Standardwert. Und schon hast du zwei Größen, mit denen du den
benötigten Vorwiderstand ausrechnen kannst.

R = U / I = 3V / 0,020A = 150 Ohm

Ohne Vorwiderstand würde der Strom nur durch den Leitungswiderstand und
die durch den Strom ansteigende Durchlassspannung der LED begrenzt.
Dieses Strom-Spannungs-Verhalten der LED nennt man "differentieller
Widerstand".

Autor: Tassilo Angus (tiras)
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moin

ah, ich fange an zu verstehen. zumindest glaub ich das.
wenn die anderen led nicht kaputt gehen faend ich die lösung mit den 12V 
besser weil "günstiger im verbrauch".

vielen dank und grüße

tassilo

Autor: Tobi Z. (tobi_)
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Hallo, ich habe zu dem Thema LED am µC Betreiben auch mal eine 
Verständnisfrage:

In der Antwort von Michael Skropski wird ja wunderbar die 
Vorwiderstandsberechnung nach dem Ohmschen Gesetz erläutert wie es 
vermutlich viele aus Berufsschul- oder Azubi Zeiten noch kennen.
Das ist soweit kein Thema.

Mir ist jedoch aufgefallen, dass bei vielen Beispielschaltungen mit AVR 
Microkontrollern oder auch bei Testboards von anderen Webseiten (z.B. 
http://www.dg7xo.de/selbstbau/avrboard.html)

ein Vorwiederstand von 1K oder 1,2K für LED'S an 5V verwendet wird.
Danach ergibt sich z.B. für eine rote LED ein Strom von 3,4 mA was 
meiner Meinung nicht ausreichend ist, dass die LED zündet bzw. hell 
genug leuchtet.

Ich betreibe in meinen Testaufbauten z.B. mit dem ATTINY13 die LEDs 
direkt am µC mit 330 Ohm Vorwiderstand. Funktioniert wunderbar.

Jetzt die Frage:
Wozu der hohe Vorwiderstand? Evtl. um die Ausgänge des µC Strommäßg 
nicht mehr zu belasten?

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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Tobi .. schrieb:
> ein Vorwiederstand von 1K oder 1,2K für LED'S an 5V verwendet wird.
> Danach ergibt sich z.B. für eine rote LED ein Strom von 3,4 mA was
> meiner Meinung nicht ausreichend ist, dass die LED zündet bzw. hell
> genug leuchtet.

Moderne LED haben auch mit geringeren Stroemen schon eine ausreichende 
Helligkeit. Stichwort: LOW CURRENT LED

LEDs zuenden nicht. Also nix erst Dunkelheit und ab einen gewissen Strom 
ploetzlich Helligkeit.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Tobi Z. (tobi_)

>Danach ergibt sich z.B. für eine rote LED ein Strom von 3,4 mA was
>meiner Meinung nicht ausreichend ist, dass die LED zündet bzw. hell
>genug leuchtet.

Alles relativ. Will man nur eine LED leuchten lassen oder jemanden 
blenden?
Selbst mit 0,1mA leuchten moderne LEDs schon sichtbar.

MfG
Falk

Autor: Tobi Z. (tobi_)
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Also kann man davon ausgehen, dass in den Schaltungen bei denen ein 
derart hoher Vorwiderstand verwendet wird Low-Current LED's eingesetzt 
werden.

Hab ich schon vermutet - wundert mich nur warum man dann nicht daruf 
hinweist. Wenn jemand von einer LED spricht ohne besonders auf spezielle 
Merkmale einzugehen, dann bin ich bisher immer von 5 bzw. 3mm LEDs mit 
20 mA Durchlassstrom ausgegangen.

p.S.
Ich weiss das LED'S nicht "zünden" - das machen nur Diacs, Triacs,etc.. 
;-)
es erschien mir aber als ein passender Ausdruck da LED's ja erst ab 
einem gewissen Strom genügend Licht abstrahlen dass man es sieht.
Hätte es vielleicht in Anführungszeichen setzen sollen..

Autor: EGS (Gast)
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Hm das mit den hohen Widerstandswerten für die Demoboards kommt daher, 
dass hier sogenannte Low-Current LEDs verwendet werden. Diese geben 
sichtbares Licht bereits ab 2-3 mA ab und liegen mit 5 mA schon in der 
typischen Stromstärke.

Wenn man nun diese 2-3 oder auch meinetwegen 5ma nimmt und in die obigen 
Formeln einsetzt, kommt man auf die 1k...

Dass deine anderen LEDs noch funktionieren, liegt meistens daran, das 
die Ausgänge (oder besser Pins) der MC üblicherweise "nur" 5-10mA 
"treiben" können. Dies reicht für normale LEDs mit ~15mA aus wenn man da 
deine genannten 330R ranhängt...

MfG EGS

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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Tobi Z. schrieb:
> dann bin ich bisher immer von 5 bzw. 3mm LEDs mit
> 20 mA Durchlassstrom ausgegangen.

Die 20 mA sind aber "Absolute Maximum Rating".

Wie Falk schon sagte willst du einen Status anzeigen oder jemanden 
Blenden.
Einmal auf die LED geschaut und man weiss noch nach einigen Minuten ob 
sie an war.

Autor: Tobi Z. (tobi_)
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Okay.. ich habe mir grade nochmal hier auf der Seite den Artikel LED 
durchgelesen und in folgendem Abschnitt steht es ja wunderbar erklärt:

"...
Betriebsstrom

In der Praxis werden LEDs oft mit einem weit geringeren als dem maximal 
zulässigen Durchlassstrom betrieben. Insbesondere im Entwicklungs- und 
Experimentierumfeld kann eine für maximal 20 mA ausgelegte LED auch mit 
lediglich 3-5 mA betrieben werden. Der subjektiv wahrgenommene 
Helligkeitsverlust ist deutlich geringer, als der prozentuale 
Unterschied der Stromstärke vermuten lässt, siehe Artikel LED-Fading.
..."

Ich bin trotz Foren- bzw. Google suche vorher auf keine Erklärung 
gestoßen.. Man lernt eben immer noch was dazu :-)

Werde es bei der nächsten Gelegenheit mal mit 1K versuchen und dann ja 
sehen ob die Helligkeit zufriedenstellend ist. Es macht schon Sinn die 
Pins des µC zu schonen. Wobei ich die LED's "low-aktiv" Schalte - habe 
mal irgentwo gelesen, dass die µC gegen Masse mehr Strom treiben können.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Helmut Lenzen (helmi1)

>Einmal auf die LED geschaut und man weiss noch nach einigen Minuten ob
>sie an war.

Ein biologisches Speicheroszilloskop . . . 8-0

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Tobi Z. (tobi_)

>Pins des µC zu schonen. Wobei ich die LED's "low-aktiv" Schalte - habe
>mal irgentwo gelesen, dass die µC gegen Masse mehr Strom treiben können.

Das war früher mal so, die meisten (CMOS) Logikausgänge können heute 
gegen VCC und GND in etwa gleich viel schalten.

MfG
Falk

Autor: ich (Gast)
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Tobi Z. schrieb:
> Werde es bei der nächsten Gelegenheit mal mit 1K versuchen und dann ja
> sehen ob die Helligkeit zufriedenstellend ist. Es macht schon Sinn die
> Pins des µC zu schonen. Wobei ich die LED's "low-aktiv" Schalte - habe
> mal irgentwo gelesen, dass die µC gegen Masse mehr Strom treiben können.

Du kannst auch einen 1k Trimmer/Poti nehmen, zur sicherheit noch einen 
100 Ohm Widerstand in Reihe und das an die 5V hängen. Dann kannst du am 
Poti solange drehen, bis du eine angenehme Helligkeit hast und misst 
dann den Widerstand vom Poti. Den Wert + die 100 Ohm und den Widerstand 
kannst du dann nehmen. Nachher ist bei 1k die LED zu schwach und dann 
musste wieder einen anderen nehmen.

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