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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Verständnis Strombegrenzung LED und Vorwiderstand


Autor: Baitronic (Gast)
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Hi,

man liest immer wieder, dass man eine LED nicht ohne Vorwiderstand an
einer Spannungsquelle betrieben darf. Ausrechnen von Vorwiderstand ist
klar: Betriebsspannung-Durchlassspannung/Strom=Widerstandswert.

In diesem Zusammnhang hört man immer, dass der Vorwiderstand den Strom
"begrenzt" - das verstehe ich nicht.

Fließt in einer Reiehnschaltung nicht überall der gleiche Strom? (ich
schätze dieser Merksatz gilt nur für ohmsche Verbraucher?)

Ein Widerstand "begrenzt" doch nicht den Strom, das hängt doch davon
ab, welche Spannung ich anlege oder?? (Klar wenn ich die Spannung nicht
variiere, dann bleibt der Strom am Widerstand konstant - "begrenzt"
ist er ja nicht wirklich)

Ist es nicht so, dass ich in Wirklichkeit:

- die LED einen (variablen) Widerstand darstellt?
- die beiden Widerstände als Spannungsteiler fungieren?
- und somit die Spannungen so abfallen, dass an der LED nur ihre
"Durchlassspannung" anliegt?
- und dadurch (richtige spannung an LED/Innenwiderstand=Strom an LED)
der Strom an der LED definiert wird?

Oder bin ich jetzt komplett aufm Holzweg? Ich nehme an, die Rechnung
gilt auch für andere Halbleiter wie Transistoren?

Gruß Andreas

Autor: Thomas (Gast)
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> Fließt in einer Reiehnschaltung nicht überall der gleiche Strom? (ich
schätze dieser Merksatz gilt nur für ohmsche Verbraucher?)

Das gilt für jede Art von Verbraucher.

Du siehst das schon richtig. "Begrenzen" ist eigentlich falsch und
gilt auch im übertragenen Sinne natürlich nur bei einer konst.
Spannung.

Autor: Baitronic (Gast)
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Da war mein Denkfehler - der Strom ist und bleibt überall gleich - wenn
ich mit den verschiedenen Spannungen an den Widerständen weiterrechne
sind diese auch gar nicht verschieden klatsch.

AAAber: Wenn ich eine LED (Durchlassspannung 3 Volt) an 3 Volt
betreibe, brauch ich keinen Vorwiderstand oder? Dann würde sich doch
sowieso automatisch der richtige Strom an der LED einstellen. (Mal
abegesehen davon dass ich sie dann an ihrer Leistunggrenze betreibe und
das vielleicht nicht ganz so glücklich ist)

Oder verändert sich deren Innenwiderstand tatsächlich derart
(schließlich ist sie kein normaler Widerstand sondern ein Halbleiter),
dass auch zu hohe Ströme fließen?

Gruß und Danke,

Andreas

Autor: Hannes Lux (hannes)
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Schau dir mal die Erklärung der Funktion der Z-Diode an. Vielleicht wird
es dir dann etwas klarer.

Es ist schon richtig, dass der Widerstand den Strom begrenzt. Die
Kennlinie (Strom in Abhängigkeit der Spannung) der LED oder Z-Diode
wird dir auch zeigen warm das so richtig ist. Denn ohne Vorwiderstand
würde sich bei kleinsten Spannungsänderungen der Strom dermaßen stark
ändern, dass das Bauteil nicht im gewünschten Bereich stabil betrieben
werden kann. Die LED würde also bei geringer Unterspannung verlöschen
und bei geringer Überspannung (ohne die Strombegrenzung durch den
Vorwiderstand) überlastet und zerstört werden.

...

Autor: Rahul (Gast)
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Natürlich begrenzt der Vorwiderstand den Strom.
Wenn man sich die Kennlinie einer Diode anguckt, stellt man fest, dass
eine kleine Spannungsänderung eine grosse Stromänderung zur Folge hat.
Steigt jetzt die Spannung an der Diode (warum auch immer, z.B.
thermisch begründet), dann fällt über dem Widerstand natürlich eine
kleiner Spannung ab. Das führt dazu, dass auch ein kleinerer Strom
durch den Widerstand fliesst, der dann natürlich auch durch die Diode
fliesst. Dadurch wird die Diodenspannung kleiner... Irgendwann hat sich
das dann eingepegelt.

Somit ist die Annahme, dass die Diode ein veränderlicher Widerstand
ist, richtig.

Autor: Rahul (Gast)
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Noch ne kleine Ergänzung:
LEDs betreibt man am besten mit Konstantstromquellen.

Autor: Pit (Gast)
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Die Bezeichnung "begrenzt den Strom" trifft, meiner Meinung nach,
schon zu. Denn betreibt man eine LED ohne Vorwiderstand so fließt der
maximale Strom der verwendeten Spannungsquelle durch die LED und
zerstört diese im Normalfall auch.
Aus diesem Grund muss ein Vorwiderstand oder eine Konstantstromquelle
verwendet werden. Und dieser begrenzt den Strom auf einen, für die LED
ungefährlichen Wert. Dieser Widerstand muss natürlich in Abhängigkeit
der Spannungsquelle berechnet werden.
Hat eine Diode eine Vorwärtsspannung von z.B. 0,7V so bleibt diese in
einem gewissen Strombereich (sh. Datenblatt, Diodenkennlinie)gleich.
Soll heissen selbst wenn der verwendete Vorwiderstand (ich gehe von
einer konstanten Spannung aus)in seinem Wert verändert wird bleibt der
Spannungsabfall an der Diode gleich (innerhalb der max. Werte).
Ich hoffe dass hilft ein bisschen weiter

Autor: Roland (Gast)
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@Pit

Du behauptest also wenn ich an meinem Labornetzgerät ( 30V, 5A ) z.B. 3
V einstelle und damit eine Diode direkt betreibe ( 3V Diode ) das durch
die Diode dann dar maximale Strom der Spannungsquelle fliesst
also 5A ?

Autor: Hannes Lux (hannes)
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Roland, du bist ein Extremist...

;-)

Duck & weg...

...

Autor: Pit (Gast)
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@Roland

ich muss zugeben, dass mein Beitrag eine solche Schlussfolgerung
zulässt.
Meine Ausführungen basieren jedoch auf der Annahme dass eine höhrere
Spannung als die Vorwärtsspannung der Diode verwendet wird.

Du könntest doch jetzt selbst ein wenig konstruktiv werden und
darstellen wie sich eine 3V Diode ohne Vorwiderstand an einem Netzgerät
von 3V/ 5A verhält.

Ich bin gespannt. ;-)

Autor: Hannes Lux (hannes)
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> Ich bin gespannt. ;-)

HO... (Hannes ooch...)

...

Autor: Baitronic (Gast)
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@Rahul:

Die Erklärung war gut, danke. Für mich hatte sich "begrenzen" so
angehört: ich drehe die Spannung hoch, aber der Strom übersteigt eine
bestimmte Grenze nicht.

Also kann man zusammenfassend sagen, dass der Widerstand in diesem Fall
(zusammen mit einem "unnormalen" Widerstand ) wirklich ein
Strombegrenzer ist, weil eine Diode eben kein ohmscher Widerstand ist,
und keine lineare Kennline hat?

Aber: ein Widerstand allein begrenzt den Strom nicht, dort verhält sich
der Strom in abhängigkeit der eingestellten Spannung. (Wenn ich das so
weiterüberlege macht das Sinn - ein Widerstand folgt einer lineare
kennlinie...)

Der ganze Grund mit der Begrenzerei liegt also am Halbleiter, weil bei
der LED eben eine kleine Spannungsänderung eine große Stromänderung zur
Folge hat, oder?

Gruß Andreas

PS: Sorry wenn ich hier so "dumme" Fragen stelle, aber ich hab leider
nur selbsterlernte E-technik Kenntnisse umd muss mir einiges selbst
zusammenschlussfolgern.

Autor: Profi (Gast)
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Doch, begrenzen ist schon richtig, und zwar auf den Wert I=Umax/R.
Also auf Versorgungsspannung durch Vorwiderstand.
Es kann kein größerer Strom als dieser fließen, selbst wenn an der
Diode keine Spannung abfallen würde. Das meint man doch mit begrenzen:
es kann kein größerer Strom fließen.

Bessere Formulierung: eine (jede) Diode hat eine bestimmte
Schwellenspannung und einen bestimmten Innenwiderstand. Ein externer
Widerstand erhöht diesen, dadurch wird die Kennlinie wesentlich
abgeflacht.

Der Innenwiderstand und die Schwellenspannung sind von vielen Faktoren
abhänig: Temperatur, Strom, Alter, Vorgeschichte, selbst die
Umgebungshelligkeit beeinflußt sie geringfügig.

Da die Helligkeit der LED hauptsächlich vom Strom abhängt, versucht
man, diesen möglichst konstant (unabhängig von anderen Faktoren) zu
halten.

Autor: Sebastian (Gast)
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Ob Begrenzung oder nicht hängt doch nur von der Definition von
Begrenzung ab.
Eine ABSOLUTE begrenzung ist der Widerstand einfach nicht. Dreht man
die Spannung hoch, dann wird auch der Strom höher. Irgendwann
verabschiedet sich dann die LED.
Eine Begrenzung in Abhängigkeit der Spannung ist es aber allemal.


Zu LED ohne Widerstand an Spannungsquelle:
Es stellt sich der Strom ein, der entsprechend der Kennlinie von der
LED durchgelassen wird. Das Problem ist nur, dass unterhalb der
Vorwärtsspannung der Strom nicht zum Licht machen reicht (oder
zumindest kaum), und oberhalb reicht eine minimal höhere Spannung aus,
um einen deutlich höheren Strom durchzulassen.
Was die Sache noch schlimmer macht: LEDs haben einen negativen
Temperaturkoeffizienten. Fließt also zu viel Strom wird die LED warm
(is ja klar). Je wärmer aber die LED wird, desto kleiner wird ihr
Widerstand. Dadurch fließt noch mehr Strom und die LED verabschiedet
sich recht schnell.

Dass die LED aber sofort hinüber ist, wenn man sie einfach an eine
Spannungsquelle hängt stimmt auch nicht. Man killt sie halt sehr
leicht, und auch ohne den Tot des Bauteils hat man sie mit hoher
Wahrscheinlichkeit stark geschädigt. Also besser mit Widerstand
betreieben.


Zu: Der Strom ist bei einer Reihenschaltung überall gleich:
Ja, es stimmt. Also lass dich jetzt nicht verwirren. Aber habt ihr
schonmal an einen Stabdipol gedacht? Da ist der Strom am Rand geringer
als in der Mitte.

http://leifi.physik.uni-muenchen.de/web_ph12/versu...

In dem Link ist das mal beschrieben. Ich würde die Lampen durchaus als
Reihenschaltung ansehen. Fraglich ist nur, wo die Stromquelle sitzt.
Kommt halt darauf an, ob induktiv oder kapazitiv gekoppelt ist. Im
Versuch ist ja induktiv gekoppelt so weit ich das seh. Also ist die
Stromquelle in der Mittleren Lampe...
Man kann aber auch erst mal auf einen simplen Stab ohne Lämpchen
induktiv koppeln. Dieser ist dann ja ein Dipol, erzeugt also ein
elektrisches Feld. Hält man jetzt den Stab mit den Lampen in etwas
enfernung zu dem ohne lampen, so bekommt man das gleiche Ergebnis,
allerdings wurde kapazitiv gekoppelt. Dann müsste man doch die
"Spannungsquelle" an den Enden des Stabs mit den Lampen einordnen,
oder?

Sebastian

Autor: Roland (Gast)
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Also um zur allgemeinen Aufklährung etwas bei zu tragen, habe vor 10
minuten eine stink normale Diode an 2 V ( Netzgerät 30V, 5A ) ohne
Vorwiderstand angeschlossen ( habe keine 3V Diode ) und wie ich es auch
erwartet habe leuchtet sie schön vor sich her. Ich sage euch bescheid
wenn sie stirbt, aber es wird sicher einige Jahre dauern:-)

@Pit

Hast du noch irgend welche Fragen?

Autor: Roland (Gast)
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Der Test geht weiter. Nach 20 min. wurde es langweilig und ich erhöhe
die Spannung auf 3V --> die LED wird extrem hell und die analoge
Stromanzeige des Netzgerätes klettert auf ca. 220mA. Aber nach 20 min.
leuchtet das Biest immer noch! Jetzt will ich es entgültig wissen, ich
erhöhe die Spannung auf 4 V die LED wird extrem dunkel, leuchtet aber
noch, ich erhöhe langsam die Spannung --> bei ca. 7V blitzt die LED
kurz auf und.... es war eine gute LED :-(((

Was lernen wir daraus? Das eine LED nicht unbedingt einen Vorwiderstand
braucht wenn die Spannung stimmt, auch wenn die Spannung etwas schwankt
geht es immer noch. Es ist also ohne weiteres möglich eine LED ohne
Vorwiderstand zu betreiben.

Versuch macht kluch...

Autor: Pit (Gast)
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@Roland

Danke für deinen Versuch ! Manchmal muss man's halt erst ausprobieren
:-)

Autor: Christian Rötzer (Gast)
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@Roland

Schöner Versuch. Manchmal schafft man es auch, dass es die LED
zerreisst, und der LED-Kopf davonfliegt. Und es stellt sich der
typische Gallium-Arsenid-Geruch ein.

Falls Du noch eine 2V-Diode übrig hast solltest Du die wieder bei 2V
betreiben und den Minuspol der Diode mit dem Lötkolben erhitzen. Dann
sieht man schön, warum ein Vorwiderstand doch Sinn machen kann.

Autor: Roland (Gast)
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Sicher macht der Widerstand Sinn, aber es geht auch ohne und das war
auch die ursprüngliche Frage!

Autor: Unbekannter (Gast)
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Ja, ja lieber Roland, gib Anfängern nur weiter so tolle Tips und sei
auch noch stolz drauf. Soll Ihnen Ihr Zeug doch um die Ohren fliegen.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Roland hat doch voll und ganz Recht.

Die Diode hat ihren Optimalen Strom (meist ja 20mA) bei ihrer
Durchlassspannung Uf = 3V. Lege ich 3V an, fließen 20mA.

Folglich funktioniert (theoretisch), wenn ich 3V an diese LED anliege.

Dass sich die Durchlassspannung auch verändern kann, ist ja ein anderes
Thema. Und hierfür brauch man halt den Vorwiderstand.

Autor: Roland (Gast)
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@Unbekannter

Beweise doch das Gegenteil, ich habe einen einfachen Versuch gemacht um
es nicht den Anfängern sondern solchen Leuten wie du, die meinen Ahnung
zu haben die Realität vor die Augen zu führen.

Autor: Christian Rötzer (Gast)
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Das ist doch das Dilemma: Die Unfähigkeit mancher Leute, nicht zwischen
Laborversuch und praktischer Anwendung unterscheiden zu können. Da kann
sich jeder raussuchen, wer wozu zählt.

Man kann eine LED auch ohne Vorwiderstand betreiben! Ich werd'
bekloppt!

Autor: Rahul (Gast)
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>Man kann eine LED auch ohne Vorwiderstand betreiben!
Klar geht das, man kann sie auch als Lichtdetektor benutzen.
Nur, wie oft hat man die Vorwärtsspannung in irgendwelchen Schaltungen
zur Verfügung? In einem 1,8V-System mag das ja noch gehen (Der
Vorwiderstand entspräche dann wohl etwa den Widerstand der
Zuleitungen).
Jetzt weiß ich auch, warum so viele meiner neueren Unterhaltungsgeräte
(DVD-Player etc) blau leuchten: Die arbeiten mit 3,3V, und man spart
durch die Verwendung der blauen LED den Vorwiderstand.

>Ich werd' bekloppt!
Viel Spass dabei...

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