Mikrocontroller - Komponenten anschließen (Grundlagen)

David M. schrieb:
> Mein Stromversorgung am Steckbrett wird eine 5V Spannung haben. Heißt
> das nun, dass meine LED keinen Widerstand braucht, da diese ja auch 5V
> hat?

Doch. Eine LED ist IMMER mit einem Vorwiderstand zu betreieben, 
ansonsten ist ihr Leben einmal einschalten wohl schneller vorbei, als du 
Wurstsamali sagen kannst.

Wichtig für dich ist in erster Linie die Betriebsspannung und den Strom, 
der die LED verbraucht. Daraus kannst du den Widerstand berechnen durch:

R = (Ausgangsspannung uC - Betriebsspannung LED) / Strom LED

Siehe hier:
https://www.elektronik-kompendium.de/sites/grd/1006011.htm

Das ganze mag jetzt wohl etwas verwirrend sein. Als erstes hoffe ich mal 
für dich, dass dein Controller mit 5V arbeitet und nicht mit 3V3, sonst 
kannst du das schonmal vergessen mit dem direkten anschliessen.

Zweitens ergibt sich für die oben genannte Formel 5V - 5V, was 
theoretisch 0V ergibt. So kann man leider nicht rechnen. Wie in dieser 
Situation genau vorzugehen ist, weiss ich leider nicht, da ich noch nie 
einen solchen Fall hatte. Denke, da könnte man beispielsweise 4.9V für 
die LED annehmen, so dass 100mV am Widerstand bleiben. Weiss allerdings 
nicht, ob dass die korrekte Variante wäre. Im Normalfall sucht man sich 
eher eine passende LED aus um solche dinge zu vermeiden.

Da wäre noch interessant: Was für eine LED benutzt du? 5V ist sehr 
untypisch ...

Bei den LED kannst du die 5V direkt anschließen, da der Vorwiderstand 
bereits verbaut ist. Bei "normalen" LED geht das nicht!

Gruß

David M. schrieb:

> Welche Informationen sind hier für mich wichtig?

In erster Linie der Strom.

> Bisher achte ich nur
> auf die Betriebsspannung, um ggf. einen Widerstand "an der LED"
> anzuschließen.

nicht ggf.
immer!

du musst den Strom durch eine LED limitieren. An der Spannung, die über 
der LED abfällt kannst du sowieso nichts ändern. Die ist dir von der LED 
vorgegeben. Aber den Strom kannst du mit dem WIderstand einstellen.

> Mein Stromversorgung am Steckbrett wird eine 5V Spannung haben. Heißt
> das nun, dass meine LED keinen Widerstand braucht, da diese ja auch 5V
> hat?

Nein, das heisst es nicht.
Die typische Flussspannung einer roten LED ist ca. 1.7V. so genau geht 
das nicht. Wenn du also diese verschaltung hast

1

                5V

2

                >------+

3

                       |

4

                      +-+

5

                      | | R

6

                      +-+

7

                       |

8

                       |

9

                       v   LED

10

                       -

11

                       |

12

               GND ----+

in Summe also 5V von oben nach unten abfallen und an der LED 1.7V 
abfallen

1

                5V

2

                >------+                    ^

3

                       |                    |

4

                      +-+                   |

5

                      | | R                 |

6

                      +-+                   |

7

                       |                   5V

8

                       |                    |    ^

9

                       v   LED              |    |

10

                       -                    |   1.7V

11

                       |                    |    |

12

               GND ----+                    v    v

dann müssen über dem Widerstand 3.3V abfallen, denn die Summa aus 1.7 
und 3.3 muss ja wieder die 5V ergeben

1

                5V

2

                >------+                    ^    ^

3

                       |                    |    |

4

                      +-+                   |    |

5

                      | | R                 |   3.3V

6

                      +-+                   |    |

7

                       |                   5V    v

8

                       |                    |    ^

9

                       v   LED              |    |

10

                       -                    |   1.7V

11

                       |                    |    |

12

               GND ----+                    v    v

Der Strom, der von oben nach unten durch R und LED rinnt, ist in beiden 
Bauteilen der gleiche. Muss auch so sein, denn da kann ja nichts 
dazukommen oder wegkommen. Wenn du in ein senkrechtes Rohr oben 2 Liter 
Wasser reinschüttest, dann kommen unten auch wieder 2 Liter Wasser raus, 
egal ob das Rohr zwischendurch mal breiter oder enger ist. Was oben rein 
geht, kommt unten wieder raus.. Strom ist da nicht anders.

D.h. du willst haben, dass durch die LED zb. 13mA rinnen. Daraus folgt, 
dass auch durch den Widerstand 13mA rinnen. Jetzt wissen wir aber, dass 
über dem Widerstand 3.3V abfallen werden und wir wissen, dass das 
passiert, wenn 13mA durch den Widerstand laufen.

Der Herr Ohm mit seinem Gesetz, sagt uns dann, wie groß der Widerstand 
sein muss.

1

                    U

2

3

                R       I

4

5

6

   U = R * I

7

   R = U / I

8

   I = U / R

wir kennen U (die Spannung) und I (den Strom). Also können wir R 
berechnen. R = U / I = 3.3 / 0.013 = 253 Ohm

D.h. man sucht sich dann den nächstliegenden Widerstandswert. Denn ob 
durch die LED 13mA laufen oder 12 oder 10, spielt in der Helligkeit 
keine so große Rolle und ausserdem sind die LED meistens sowieso zu 
hell, so dass man freiwillig den Strom reduziert, indem man den 
Widerstand größer macht.


Das funktioniert jetzt deswegen so, weil für LED der Strom eingestellt 
werden muss, während die LED selber die Spannung festlegt, die über sie 
abfällt. Bei anderen Bauteilen ist das etwas anders.

Auch noch nicht angesprochen ist die andere Seite der SChaltung. Denn 
die 13mA fallen ja nicht einfach so vom Himmel. Die muss jemand liefern 
können. In deinem Fall ist das der µC. Der kann aber nicht beliebig viel 
Strom an einem Ausgangspin liefern.
Im Datenblatt deines µC steht, wieviel Strom er an einem Pin liefern 
kann und meistens gibt es noch zusätzliche Beschränkungen. D.h. alle 8 
Pins, die zu einem Port gehören, können alle miteinander nicht mehr als 
x mA liefern. Und auch der µC als ganzes hat meistens eine Beschränkung, 
so dass in Summe, an allen Ausgängen zb nicht mehr als 150 mA Strom 
gezogen werden darf. Insbesondere das letzte Limit hängt zb damit 
zusammen, dass ja von den Anschlusspins zum Silizium-Plättchen dünne 
Drähte im Inneren des IC laufen. Und die können nun mal nicht beliebig 
viel Strom transportieren.

spess53 schrieb:
> Schon mal etwas von LEDs mit eingebautem Vorwiderstand gehört?

Ja, nur bin ich von einer normalen LED ausgegangen, da nichts davon 
erwähnt wurde. So ändert es die Sache natürlich und somit ist kein 
Vorwiderstand von nöten bei dieser LED.

David M. schrieb:
> Also mit der genannten Formel muss ich wohl bei allen Komponenten
> berechnen, wie hoch der Widerstand ist, sehe ich das richtig? Also wenn
> ich jetzt einen Sensor anschließen will, gilt die Formel auch?
>
> Woher weiß ich, wann ich keinen Widerstand brauche?

Jain, eher weniger. Diese Formel lässt sich so ziemlich auf alles 
anwenden, was eine Strombegrenzung braucht. Ob du deinen Sensor direkt 
anschliessen kannst oder nicht, hängt halt vom Sensor ab. Bei solchen 
Bauteilen sind dann aber meist Datenblätter dabei, welche du lesen 
kannst. Dort wird oftmals alles nötige beschrieben, unter anderem auch 
wie das Bauteil anzuschliessen ist.

David M. schrieb:

> Danke für deine Mühe!
>
> Das bezieht sich jetzt auf eine LED, die 1.7V hat, meine hat ja 5V,
> richtig?

Nein, deine LED (die eigentliche LED) hat genauso eine Flusspannung, die 
vom Siliziumplättchen abhängt (banal gesagt).
Nur ist in deine LED der Widerstand schon eingebaut, so dass du sie an 
5V betreiben kannst.
Du hast also nicht einfach nur eine LED, sondern du hast 2 Bauteile in 
einem Gehäuse. Das ändert aber nichts daran, dass die Flusspannung der 
LED materialbedingt festgelegt ist.

> Was mich jetzt etwas verwirrt: Reguliert der Widerstand meine
> Betriebsspannung (U) oder den Strom (I = xy mA)?

Strom

Vergiss bitte an dieser Stelle den Begriff 'Betriebsspannung'. Er hat 
hier nur insofern etwas zu bedeuten, als der eingebaute Widerstand auf 
5V hingerechnet wurde. Aber für die eigentliche LED (das 
Siliziumplättchen) ist der vollkommen uninteressant. Ich kann an eine 
(normale) LED (+Vorwiderstand) auch 100V Gleichspannung anlegen, wenn 
ich in

1

                >------+

2

                       |

3

                      +-+

4

                      | | R

5

                      +-+

6

                       |

7

                       |

8

                       v   LED

9

                       -

10

                       |

11

               GND ----+

den Widerstand entsprechend auslege. An der LED fallen wieder die 1.7V 
ab, damit müssen über dem Widerstand 100 - 1.7V abfallen, sprich 98.3V. 
Bei 13mA durch den Widerstand muss der Widerstand daher den Wert 98.3 / 
0.013 = 7561 Ohm haben.

Die Spannung über der LED ist fix (und ändert sich ein bischen mit dem 
Stromfluss durch die LED) und du kannst sie nicht verändern. Was bei 
einer LED eingestellt wird, ist der Strom!

> gearbeitet werden... Aber das stimmt scheinbar pauschal so nicht

Richtig. Das stimmt so pauschal nicht.
Dir ist noch nicht in Fleisch und Blut übergegangen, dass du 2 Parameter 
kontollieren musst: Spannung und Strom.
Manche Bauteile geben dir eine Spannung vor und du musst den Strom dazu 
kontrollieren bzw. einstellen. Bei anderen ist es wieder anders rum oder 
der Strom ist so winzig, dass er keine Rolle spielt.

Aber immer sind es 2 Werte die beachtet werden müssen: Spannung und 
Strom.
Je nach konkretem Bauteil ist der Zusammenhang zwischen den beiden 
anders. Bei einer LED ist die Spannung fix (mehr oder weniger) und nicht 
änderbar. D.h. bei der kann man nur mit dem Strom arbeiten um die 
Helligkeit einzustellen.

David M. schrieb:
> Karl Heinz schrieb:
>> wir kennen U (die Spannung) und I (den Strom). Also können wir R
>> berechnen. R = U / I = 3.3 / 0.013 = 253 Ohm
>
> Okay, also kann ich in diesem Fall die LED ohne einen zusätzlichen
> Widerstand betreiben, da intern schon ein Widerstand von ca. 253 Ohm
> vorhanden ist!?

Jetzt bist du am richtigen Dampfer

> Für ein besseres Verständnis vielleicht nochmal ein anderes Beispiel.
> Nehmen wir an ich möchte jetzt diesen Sensor verbauen:


Aber Achtung.
Ein Sensor ist keine LED!

> Spannung: 4.5V - 5.5V
> Stromaufnahme: 33 mA

OK.
D.h. der Sensor genehmigt sich 33mA von der Versorgung.
Die interssieren dich nur insofern, als die Stromversorgung (das 
Netzteil) die auch liefern können muss.

> Die Schaltung wäre jetzt die Gleiche, wie die oben


Nein.
Den hängst du einfach direkt an. Wenn du den Sonsor mit sagen wir mal 5V 
versorgst, dann genehmigt sich der Sensor dabei 33mA. Und zwar ohne dein 
Zutun. Dieser Stromverbrauch wird nicht höher.

Bei einer LED war das anders. Wenn du da keinen Vorwiderstand 
spendierst, dann würde der Strom durch die LED bis ins unendliche 
steigen. Oder aber, bis das Netzteil aufgibt oder die LED durchbrennt. 
Daher musst du den Strom einstellen und limitieren.
Hier bruachst du das nicht. Der Sensor will einfach nur sein 
Betriebsmittel um arbeiten zu können. Und das sind nun mal ca 5V und 
33mA. Den Wert musst du nur deshalb kennen, damit du mit deinem Netzteil 
(bzw. dem Versorger) abklären kannst, ob du dem Sensor diese 
Betriebsmittel auch zur Verfügung stellen kannst.



> Nebenfrage: Wie ich den Sensor anschließe, kann man wahrscheinlich dem
> Datenblatt entnehmen?

Ja.

David M. schrieb:
> Die Schaltung wäre jetzt die Gleiche, wie die oben, außer das es nun
> keine LED ist, sondern mein Sensor. Ich arbeite jetzt Beispielsweise mit
> 4.5V dann wäre meine Formel:

Leider Falsch...
Das Prinzip wie man die Formeln anwendet hast du nun verstanden. Wann 
man diese anwenden muss, ist nun das wissen dass dir fehlt.

Die 4.5V - 5.5V ist die Betriebsspannung des Sensors. Dem ist egal, ob 
da 4.5 oder 5.5 kommen. Das kann auch dir egal sein. Solange deine 
Spannung zwischen 4.5V und 5.5V liegt, wird der Sensor immer genau 
gleich arbeiten.

David M. schrieb:
> Nebenfrage: Wie ich den Sensor anschließe, kann man wahrscheinlich dem
> Datenblatt entnehmen?

Korrekt.

Der Sensor braucht eine Betriebsspannung, da deine 5V im Rahmen liegen, 
kannst du ihn doch direkt an deine 5V-Versorgung anschließen. Die 33mA 
wird eher ein Maximalwert sein, man wird den Sensor also nicht, ganz im 
Gegensatz zu einer LED mit geeignetem Vorwiderstand an 100 Volt 
anschließen können, ist der benötigte Strom nämlich geringer, fällt zu 
viel Spannung an dem Teil ab.

David M. schrieb:
> Mein Strommodul ist folgendes:
> 
http://www.amazon.de/COM-FOUR®-Breadboard-Strommodul-flexible-Steckverbinder/dp/B00JFWI39E/ref=sr_1_11?ie=UTF8&qid=1398675220&sr=8-11&keywords=breadboard#productDetails
>
> Wie kann ich sehen, ob dieser genug Ampere liefern kann?

Lesen hilft:

> Breadboard Power Modul
> Dieser Poweradapter ist geeignet für das MB102 Breadboard.
> Eingangsspannung: 6.5-12V (DC) oder USB-Stromversorgung
> Ausgangsspannung: 3,3 v, 5 v umschaltbar
> Maximaler Ausgangsstrom: < 700ma.
> Abmessungen: 5,3 x 3,5 x 2,0cm.

David M. schrieb:

> Ich verstehe nicht, warum der Strom bei der LED ins unendliche steigt,
> aber beim Sensor nicht?

Weil es unterschiedliche Bauteile sind.

Wenb du eine Kiwi und eine Kartofel der gleichen größe hast, sind sie 
obwohl sie ähnlich aussehen total verschieden... Es zählt, was im 
Inneren ist.

David M. schrieb:
> Karl Heinz schrieb:
>> David M. schrieb:
>>
>>> Ich verstehe nicht, warum der Strom bei der LED ins unendliche steigt,
>>> aber beim Sensor nicht?
>>
>> Weil es unterschiedliche Bauteile sind.
>
> Aber die beiden Teile haben doch recht ähnliche Werte.

Das heisst doch noch lange nicht das sie gleich sind.

> Beide Brauchen
> eine Spannung von rund 5V, nur die Ampere unterscheiden sich.

Eine Ölheizung und ein LKW haben auch 'recht ähnliche Werte': beide 
arbeiten mit Diesel.
Du willst mir doch nicht einreden, dass eine Ölheizung und ein LKW 'im 
Grunde das gleiche Gerät' sind.

David M. schrieb:
> Max H. schrieb:
>> Wenb du eine Kiwi und eine Kartofel der gleichen größe hast, sind
>> sie
>> obwohl sie ähnlich aussehen total verschieden... Es zählt, was im
>> Inneren ist.
>
> Mir fehlt jetzt das (Hintergrund-)Wissen oder der entscheidende
> Parameter, wie ich als Leid beurteilen kann, wann ich einen Widerstand
> benutze und wann nicht.

a)
Du schaust ins Datenblatt, wie der Baustein zu verwenden ist.
Wenn dort kein Vorwiderstand angegeben ist, dann brauchst du auch 
keinen.

b)
Du schaust ins Datenblatt, ob es dort ein Diagramm gibt, welches den 
Zusammenhang zwischen Versorgungsspannung und Versorgungsstrom gibt

c)
Wenn im Datenblatt eine Begrenzung für die Versorgungsspannung angegeben 
ist (hier: 4.5V bis 5.5V) dann brauchst du dich normalerweise nicht um 
den Strom kümmern.

d)
Wenn etwas eine Versorgungsspannung ist, dann dient sie als 
Betriebsmittel. D.h. diese Spannung und diesen Strom braucht das 
Bauteil um überhaupt arbeiten zu können.
Eine LED hat keine Versorungsspannung. Da legt man Spannung (bzw. Strom) 
drauf und sie leuchtet.
Primtive Bauteile wie Widerstand, Kondensator, Spule, LED, Transistor 
haben in dem Sinne keine Versorgungsspannung, wie es zb ein µC hat. Der 
braucht erst mal zb 5V und 10mA, damit er überhaupt erst mal prinzipiell 
arbeitet.

e)
du lernst mit der Zeit typische Szenarien kennen. So viele sind es ja 
nicht.

> Mal angenommen, der Sensor bräuchte 3.3V (ich weiß nicht ob
> es sowas gibt). Dann müsste ich doch mit Widerständen dafür
> sorgen, dass er nicht durchbrennt?!

Wenn der Sensor 3.3V will, dann musst du dafür sorgen, dass er auch 3.3V 
kriegt. Wie immer du das machst. Zb mit einem Spannungsregeler. zb. mit 
Widerstand+Zenerdiode, zb durch einen Spannungsteiler. Aber auch in 
diesem Fall gilt immer noch: er wird (Hausnummer) 25mA an Strom ziehen 
und die will er haben (wobei nicht gesagt ist, dass er IMMER 25mA zieht. 
Kann auch weniger sein, aber mehr zieht er nicht)

David M. schrieb:
> Z.B.: Möchte ich eine LED anschließen. Die technischen Daten der LED
> lauten:
> Ausführung mit 5V Vorwiderstand
> ...
> Betiebsspannung 5 V
> Gruppenstrom 13 mA
> Wellenlänge 565 nm

San Lue schrieb:
> Ja, nur bin ich von einer normalen LED ausgegangen, da nichts davon
> erwähnt wurde. So ändert es die Sache natürlich und somit ist kein
> Vorwiderstand von nöten bei dieser LED.

Gleich im ersten Post...

Dennis Kaufmann schrieb:
> San Lue schrieb:
>> Ja, nur bin ich von einer normalen LED ausgegangen, da nichts davon
>> erwähnt wurde. So ändert es die Sache natürlich und somit ist kein
>> Vorwiderstand von nöten bei dieser LED.
>
> Gleich im ersten Post...

Überlesen, mein Fehler. Kann ja mal passieren x:

oldmax schrieb:
> David, in welcher klasse bist du? Ich weiß, das
> im Physikunterricht der Hauptschule auch über den Stromkreis geredet
> wurde und die Zusammenhänge von Spannung, Strom und Widerstand.

Weiss nicht wie das ganze in Deutschland aussieht, aber hier in der 
Schweiz ist es leider eine Tatsache dass nur rund die hälfte aller 
Klassen ein solches Thema jemals behandeln, obwohl es theoretisch im 
Lernplan steht. Wieso das so ist, weiss ich bis heute nicht. Ich hatte 
in meiner Schulzeit leider auch nie das Glück mit diesem Thema 
konfrontiert zu werden..

Es sei verziehn.

Entseidend ist, ob das gerät nur x Amper verbrauchen kann, oder nur x 
Ampere verbrauchen darf. Eine glübirne hat einen wiederstand, der dafur 
sorgt, dass sie bei ihrer Betriebsspannung [v] nur eine begrenzte 
Stromstärke [A] durchlässt. Betreibt man sie mit einer höheren Spannung, 
ohne mit einem Wiederstand den strom zu begrenzen, geht sie kaputt. Eine 
led,  eine dünne halbleiterschicht, kann bei seiner betriebsspannung den 
Strom, welche sie durchfliest, nicht überleben, sie leitet einfach zugut 
und ist zu schwach. Deshalb muss die led beschützt werden, mit etwasem, 
das nicht so gut leitet, einem wiederstand, der der Spannung gewachsen 
ist.

David, wenn du dir die Strom-Spannungskennlinie für ne LED 
anschaut,siehst du, dass die Kurve um eine bestimmte Spannung herum 
ansteigt. Im Prinzip könnte man zwar die LED an einer genau 
eingestellten Spannung betreiben. Weil die Kurve so steil ist, wäre das 
dann aber sehr empfindlich gegenüber Spannungsabweichungen oder 
Exemplarstreuungen, vielleicht ändert sich die Kurve ja auch, wenn die 
LED warm wird.
Die Kennlinie eines ohmschen Widerstandes ist einfach eine Gerade durch 
den Nullpunkt. Wenn du diese Gerade jetzt umgedreht in das Diagramm der 
LED einträgst (je mehr Spannung an der LED abfällt, desto weniger fällt 
am Wiederstand ab), schneidet sich die Gerade mit der Kurve in dem 
Arbeitspunkt, also der Spannung und dem Strom, in dem die LED betrieben 
wird, weil in Reihenschaltung durch beide ja der gleiche Strom fliessen 
muss. Ändern sich Dinge wie die Spannung,der Widerstand, oder die 
Kennline etwas, ändert sich an diesem Schnittpunkt nicht viel, das Ganze 
ist also viel robuster, als wenn man versuchen würde, die LED mit einer 
bestimmten Spannung zu betreiben.
Beispielbild: 
http://www.mikrocontroller.net/attachment/156126/LED_Vorwiderstand.png

Was ich für Peripherie und so empfehlen kann, sind chinesiche Händler, 
von denen manche, wie etwa Banggood.com auch Auslieferungslager in 
England haben, habe mir dort z.B. nen Ultraschallentfernungsmesser 
(HC-SR04) für 2,63€ bestellt, war in ein paar Tagen da.