Reihenschaltung von 3 IR-LEDs

Die Spannung über die LEDs stellt sich durch den Strom ein.
Zwar geht man für eine Einschätzung von einer gewissen Spannung, vor 
allem aber von einem bestimmten Strom aus.

Nimmt man also einen Strom von 50mA an, bei einer LED-Spannung von 1,2V 
so ist die Gesamtspannung aller LEDs gleich 3,6V. Die Differenz zur 
Versorgungsspannung von 5V ist 1,4V. Daraus ergibt sich für den 
Vorwiderstand R = U/I, R = 1,4V / 50mA also 28 Ohm. 27 sollte auch OK 
sein.

LEDs sind vor allem stromgesteuert. Deswegen sieht man auch so oft 
Konstantstromquellen dafür. Eine Spannungsquelle geht auch. Dann geht 
die Berechnung wie oben gezeigt.

@Harald:

MrMiagi schrieb:
> Die LEDs benötigen jeweils 1,2V und 50mA.

Also 28 Ohm.

Über den Strom habe ich bewusst nicht gesprochen, da bei 
Reihenschaltungen an jeder LED derselbe Strom durchfliest.

Aber wenn an jeder LED 1,2V Spannung abfällt, dann sind ja zwangsläufig 
die ersten beiden LEDs entweder überlastet oder die letzten beiden LEDs 
haben keine Spannung mehr zur Verfügung, je nachdem wie ich den 
Vorwiederstand wähle. Sehe ich das rchtig?

Und warum postest Du das gleich in 2 Unterforen?

Old-Papa

>Aber wenn an jeder LED 1,2V Spannung abfällt, dann sind ja zwangsläufig
>die ersten beiden LEDs entweder überlastet oder die letzten beiden LEDs
>haben keine Spannung mehr zur Verfügung, je nachdem wie ich den
>Vorwiederstand wähle. Sehe ich das rchtig?

In dieser Fragestellung steckt doch schon ein Widerspruch. Fällt Dir das 
nicht auf?
Einerseits: an jeder LED 1,2V Spannung abfällt
Andererseits: ersten beiden LEDs entweder überlastet oder die letzten 
beiden LEDs haben keine Spannung mehr

Was davon soll nun gelten?

Entweder liegt an allen LEDs eine Spannung von jeweils 1,2V

oder!

die ersten beiden LEDs sind überlastet (wobei Du dich hier wohl auf die 
Spannung beziehst) oder die letzten beiden LEDs haben keine Spannung 
mehr.

Mache am besten mal eine Skizze in der Du die über die LEDs anfallenden 
Spannungen anträgst.

> Über den Strom habe ich bewusst nicht gesprochen, da bei
> Reihenschaltungen an jeder LED derselbe Strom durchfliest.

Richtig! Und warum gehst du dann davon aus, daß an den LEDs 
unterschiedliche Spannungen abfallen?

3x1.2V Spannungsabfall, die ziehst du von den vorhandenen 5V ab. Bleiben 
1.4V übrig, die muß der Vorwiderstand bekommen. Und nun rechnest du den 
Vorwiderstand aus mit U/I -> 1.4V / 50mA und kommst auf 28 Ohm. Und 
schon fließen im Stromkreis 50mA, der Widerstand bekommt 1.4V und die 
drei LEDs jeweils 1.2V.

@ MrMiagi

Um Deine Überlegung richtigzustellen, müssten wir mal erfahren von 
Voraussetzungen Du ausgehst.
So könne wir nicht anders als zu sagen: Nein. So ist es nicht. Es ist 
soundso.

> Da Dioden keine Ohmschen Widerstände sind, macht einer solche
> Rechnung keinen Sinn.

Das war keine Rechnung, sondern die Vorgabe von MrMiagi zu den LEDs.

Und wenn diese LEDs bei 50mA einen Spannungsabfall von 1.2V haben, warum 
macht das keinen Sinn?

Ich habe das schon immer so gemacht: Als erstes kommt der LED-Strom, bei 
dem man sie betreiben möchte. Daraus ergibt sich bei diesem Strom ein 
Spannungsabfall über der LED. Und dieser wird von der vorhandenen 
Spannung subtrahiert. Der "verbleibende" Spannungsabfall muß dann am 
Vorwiderstand abfallen. Wo ist hier der Fehler?

Ich habe mich vielleicht unpräzise ausgedrückt, ich versuchs nochmal, 
sorry :-)

Alle 3 LEDs haben dieselben technischen Daten, zul. Strom 50mA, zul. 
Spannung 1,2V.
Also Ich verstehe das so, dass in einer Reihenschaltung an jedem 
Verbraucher Spannung abfällt, also "abhanden" kommt, nicht aber der 
Strom, der ist konstant.
Angenommen meine Spannungsquelle hätte nur 1,2V, dann würde doch nach 
der ersten LED keine Spannung mehr für die restlichen beiden LEDs zur 
Verfügung stehen. Ohne Spannung kann auch kein Strom mehr fließen, die 
beiden letzten LEDs würden also nicht leuchten.

Hoffe etwas verständlicher geschrieben zu haben :-)

>Angenommen meine Spannungsquelle hätte nur 1,2V, dann würde doch nach
>der ersten LED keine Spannung mehr für die restlichen beiden LEDs zur
>Verfügung stehen. Ohne Spannung kann auch kein Strom mehr fließen, die
>beiden letzten LEDs würden also nicht leuchten.

Es ging nicht so sehr um die Verständlichkeit, sondern darum aus welchen 
Voraussetzungen Du Deine Thesen ableitest.

So ist:
"dann würde doch nach der ersten LED keine Spannung mehr für die 
restlichen beiden LEDs zur Verfügung stehen"
eine These, die ja aus irgendeiner Gesetzmäßigkeit bzw. einer 
Grundvoraussetzung (Axiom) folgen muss.

Die solltest Du nennen.

Um aber auf Deinen letzten Beitrag einzugehen.

Hätte die Spannungsquelle nur 1,2V so würde sich die Spannung (ungefähr) 
gleich auf die LEDs verteilen. Denn alle sind in der Serienschaltung 
enthalten. Die erste LED (warum eigentlich nicht die letzte) "frisst" 
nicht sämtliche Spannung. Würde an der ersten LED die gesamte Spannung 
abfallen, so müssten die beiden anderen vollständig leiten, damit kein 
Potentialunterschied mehr zwischen dem Minus-Pol der LED an der alle 
Spannung abfallen soll, und dem Minuspol der Batterie (oder was auch 
immer) herrscht.
Das aber ist so nicht. Schau Dir mal die Kennlinie einer LED an. Du 
wirst sehen, das sie auch für kleinere Ströme einen gewissen aber 
geringeren Spannungsabfall hat.

@Harald:
Okay, war also nur ein Mißverständnis. Ich hatte schon gedacht, ich habe 
einen Denkfehler. Aber sooo warm isses ja auch nicht mehr :-)

@MrMiagi:
Du hast zwar Recht, die würden nicht mehr leuchten. Aber der Grund ist, 
daß an jeder der LEDs nur 1/3 der angelegten 1.2V abfallen würden. Und 
das ist für die LEDs zu wenig zum Leuchten.

Das Prinzip nochmal: Wenn in einem Stromkreis überall 50mA fließen, und 
du hast 3 gleiche Verbraucher, dann fällt an jedem Verbraucher ein 
Drittel der angelegten Gesamtspannung ab. Merke: Die Summe aller 
Spannungsabfälle ist immer die angelegte Spannung.

In deinem Falle wären das dann sogar vier: Die drei LEDs und der 
Vorwiderstand. Und diese vier müssen sich nun die vorhandene Spannung 
aufteilen.

Was Harald sagte, ist richtig. Die 50mA sind bestimmt der Maximalstrom 
aus dem Datenblatt. Das heißt nur, daß er zulässig ist, sodaß die LEDs 
gerade so nicht kaputt gehen. Ein gängiger Wert bei "normalen" LEDs 
liegt bei ca. 20mA.

Ok, wenn sich die Spannung auf alle LEDs gleichmäßig verteilen würde, 
dann müsste ich die 5V Quellspannung durch einen Vorwiderstand auf 3,6V 
senken, sodass jede LED dann 1,2V bekommt. Dass der Vorwiderstand sich 
aus Spannungsabfall und Strom zusammensetzt ist klar.

Aber warum gibt es dann die Formel:

Uges = U1 + U2 + U3 + ... + Un

???

Und in der Literatur wird ebenfalls über Spannungsabfall an einem 
Verbraucher bei Reihenschaltungen gesprochen.

> Aber der Grund ist, daß an jeder der LEDs nur 1/3 der angelegten 1.2V
> abfallen würden.

Okay, ich war der letzte... :-)

Das Prinzip um das es hier geht ist eigentlich das selbe bei drei in 
Serie geschalteten Widerständen. Die Spannungen teilen sich im 
Verhältnis der Widerstände auf.

Durch die LEDs wird es nur deswegen etwas komplizierter weil diese nicht 
linear sind. D.h. der Zusammenhang zwischen Strom und Spannung ist nicht 
linear. Darüberhinaus ist die Spannung bei einem gewissen Strom über 
eine LED keine physikalische Konstante sondern ein schon vom 
Fertigungsprozess und vielen anderen Faktoren abhängiger Wert.

Daher ist die Ermittlung des Widerstandes einer LED bei einem gewissen 
Strom bzw. bei einer gewissen Spannung nicht so einfach.
Zur Vereinfachung geht man von einem gewissen Strom aus und benennt dazu 
eine Spannung (die aber eben den genannten Schwankungen unterliegt).

Das ändert aber grundsätzlich nichts an dem zweiten Satz in diesem 
Posting.

Du musst Dir so eine Schaltung als eine Menge von Gleichgewichten 
vorstellen, die sich alle gegenseitig beeinflussen. Aber nicht, das ein 
Bauteile allen anderen allein Strom oder Spannung "aufzwingt".

>Aber warum gibt es dann die Formel:

>Uges = U1 + U2 + U3 + ... + Un


Warum fragst Du danach? Diese Formel ist nur ein anderer Ausdruck dessen 
was wir gesagt haben.

Siehst Du da einen Widerspruch?

Ok, wenn es so ist, dass sich die Spannung gleichmäßig verteilt, dann 
ist alles klar.

Ich muss also nur durch einen Vorwiderstand dafür sorgen, dass die Summe 
aller Spannungen gleich der Summe aller zul. Spannungen der LEDs ist, 
richtig?

Kompliziert wird es nur dann wenn die 3 LEDs z.B. sehr unterschiedliche 
zul. Ströme hätten, dann wäre es wohl schwierig alle optimal zu 
betreiben. Dann wäre eine Parallelschaltung sicher einfacher. In meinem 
Fall sind aber alle 3 LEDs gleich, daher ist die Reihenschaltung ok.

>Ok, wenn es so ist, dass sich die Spannung gleichmäßig verteilt, dann
>ist alles klar.

Das die Spannungen sich auf alle LEDs "gleichmäßig" verteilt, hat hier 
niemand geschrieben. Vielmehr haben wir geschrieben, das es leichte 
Abweichungen von Exemplar zu Exemplar gibt.

>Ich muss also nur durch einen Vorwiderstand dafür sorgen, dass die Summe
>aller Spannungen gleich der Summe aller zul. Spannungen der LEDs ist,
>richtig?

Nein. Die Summe aller Spannung muss gleich der Summe aller zulässigen 
Spannungen der LEDs plus der Spannung über dem Vorwiderstand sein.

Das war eigentlich auch falsch.

Es geht hier nicht um die zulässigen Spannungen. Die Spannung bei 
einer LED stellt sich aufgrund des Stromes ein.

Es muss heissen:

In der Reihenschaltung muss die Versorgungsspannung gleich gleich der 
Summe der Spannungen der LEDs plus der Spannung über dem Vorwiderstand 
sein.

Da die Spannungen der LEDs im allgemeinen geschätzt bzw. der Nennwert 
angenommen wird (so er nicht gemessen wird) werden sich die Spannungen 
in der Realität ein wenig anders verteilen. Ergo wird auch der Strom 
nicht genau stimmen. Daher nimmt man im allgemeinen auch eher eine 
Konstantstromquelle für LEDs. Diese Schaltung mit dem Vorwiderstand ist 
eine Vereinfachung bei der Vorwiderstand mit der LED eine Gegenkopplung 
darstellt.

> Die Spannung bei
> einer LED stellt sich aufgrund des Stromes ein.

Andersrum stimmt's genauso; die LED kann gar nicht wissen,
was 'zuerst da' ist  ...   ;-)

Wenn ich 5V zur Verfügung habe, jede LED 1,2V und 50mA benötigt, dann 
benötige ich eine Vorwiderstand von 28 OHM. Dann würde sich die Spannung 
nach dem Vorwiderstand auf alle LEDs verteilen und 1,2V an jeder LED 
betragen. 1,2V * 3 + 1,4V = 5V, die Rechnung scheint zu stimmen.


Und jetzt noch ein Fall um zu prüfen ob ichs verstanden habe:


Angenommen ich habe nur 2 LEDs (Werte sind rein fiktiv):

U1_zul = 1,5V
I1_zul 50 mA

U2_zul = 3V
I2_zul = 300mA

Spannungsquelle liefert 5V und 1A. Ich müsste also einen Spannungsabfall 
von 0,5V realisieren. Wäre aber proplematisch, weil ich wissen muss an 
welche LED ich den Widerstand anpassen will. Passe ich ihn an die 
schwache LED an (Rv = 10 OHM), wird die starke LED nicht leuchten. Passe 
ich ihn an die starke LED an (Rv = 1,66 OHM), müsste ich vor die 
schwache nochmals einen Vorwiderstand einbauen damit diese nicht 
durchbrennt. In diesem Fall könnte man doch ebenfalls eine 
Parallelschaltung nehmen.

@ MrMiagi

>In diesem Fall könnte man doch ebenfalls eine Parallelschaltung nehmen.

Sicher. Das tut man in der Regel auch.

U. B. schrieb:
>> Die Spannung bei
>> einer LED stellt sich aufgrund des Stromes ein.
>
> Andersrum stimmt's genauso; die LED kann gar nicht wissen,
> was 'zuerst da' ist  ...   ;-)


Das ist zwar richtig, aber es entspricht nicht der gängigen 
Betrachtungsweise. Vor allem hilft es einem bei einer Serienschaltung 
nicht weiter.
Aber richtig: Die Wahl des Stromes als unabhängige Größe ist 
willkürlich.

Damit mein Post nicht untergeht nochmal :-)

Wenn ich 5V zur Verfügung habe, jede LED 1,2V und 50mA benötigt, dann
benötige ich eine Vorwiderstand von 28 OHM. Dann würde sich die Spannung
nach dem Vorwiderstand auf alle LEDs verteilen und 1,2V an jeder LED
betragen. 1,2V * 3 + 1,4V = 5V, die Rechnung scheint zu stimmen.


Und jetzt noch ein Fall um zu prüfen ob ichs verstanden habe:


Angenommen ich habe nur 2 LEDs (Werte sind rein fiktiv):

U1_zul = 1,5V
I1_zul 50 mA

U2_zul = 3V
I2_zul = 300mA

Spannungsquelle liefert 5V und 1A. Ich müsste also einen Spannungsabfall
von 0,5V realisieren. Wäre aber proplematisch, weil ich wissen muss an
welche LED ich den Widerstand anpassen will. Passe ich ihn an die
schwache LED an (Rv = 10 OHM), wird die starke LED nicht leuchten. Passe
ich ihn an die starke LED an (Rv = 1,66 OHM), müsste ich vor die
schwache nochmals einen Vorwiderstand einbauen damit diese nicht
durchbrennt. In diesem Fall könnte man doch ebenfalls eine
Parallelschaltung nehmen.

@Hmm (Gast):

>> Andersrum stimmt's genauso; die LED kann gar nicht wissen,
>> was 'zuerst da' ist  ...   ;-)

> Das ist zwar richtig, aber es entspricht nicht der gängigen
> Betrachtungsweise.

Deswegen das  " ;-) ".

> Vor allem hilft es einem bei einer Serienschaltung
> nicht weiter.

Dann hat man halt die doppelte Spannung ...  ;-)

In Solarleuchten findet man gelegentlich 2 LED hart parallelgeschaltet !

Dein Post ist nicht untergegangen; Deine Frage schon beantwortet.

Bei unterschiedlichen LEDs (wie in deinem Beispiel 50mA und 300mA) 
kannst du das gar nicht mit einer Reihenschaltung machen. Dann mußt du 
eine Parallelschaltung nehmen. Und dann kriegt jede LED einen 
Vorwiderstand, der sich dann aus der dem Strom der LED (z.B. 300mA) und 
dem Spannungsabfall dieser LED bei 300mA (z.B. 2V) berechnet. Die 2V 
sind jetzt nur von mir angenommen, die mußt du dann aus dem Datenblatt 
nehmen. Bei welchem Strom (hier 300mA) fällt welche Spannung an der LED 
ab. In diesem Fall 5V-2V=3V (Spannung, die am Vorwiderstand abfallen 
muß). 3V / 300mA = 10 Ohm. Und hier ist noch zu beachten, daß an diesem 
Widerstand dann ein knappes Watt an Wärme umgesetzt wird. (3V * 300mA = 
900mW). Das muß der Widerstand dann natürlich auch aushalten.
Die zweite LED berechnest du dann mit den entsprechenden Werten (z.B. 
50mA).

MrMiagi schrieb:
> Spannungsquelle liefert 5V und 1A.

Richtig muss es heißen: Spannungsquelle stellt 5V zur Verfügung und 
liefert bis zu 1A.

@ich
Stimmt natürlich, habe vergessen bei Reihenschaltung ist der Strom immer 
derselbe, ich kann also nicht 50mA und 300mA realisieren, entweder - 
oder :-)

Ok ich habe die Grundlagen denke ich soweit verstanden.

Dietrich L. schrieb:
> Es geht schon, wenn man parallel zur 50mA-LED einen Widerstand schaltet,
> der 250mA "vorbeileitet".
> Ob das so toll ist, ist eine andere Frage, aber sparsamer wie eine
> Parallelschaltung ist es schon.


Die Idee ist in meinen Augen kreativ und genial :-)

MrMiagi schrieb:

> Die Idee ist in meinen Augen kreativ und genial :-)

Besonders wenn man beispielsweise eine kalte Lötstelle am Widerstand hat 
oder er wird wegen der relativ hohen Belastung einfach hochohmig. Dann 
wird die LED erstmal hell, eh sie dann dunkel wird. Und zwar für immer.

Bei einem Reihenwiderstand leuchtet sie einfach nicht mehr, wenn er 
kaputt geht.

Meine Meinung: Kann man machen, aber wenn's andere Möglichkeiten gibt, 
würde ich die dann vorziehen.

Ok da hab ich jetzt nicht dran gedacht.