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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Kann ein Widerstand energieparend sein?


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von Hans (Gast)


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Hallo,

ich frage mich gerade wie ein Widerstand funktioniert. Wenn ich eine 5V 
Spannungsquelle habe und eine 20mA Led, dann wäre der Vorwiderstand bei 
einer  LED-Durchlassspannung von 1,5V 680Ohm.
Was passiert nun mit dem Spannungsabfall von 5-1,5V. Wird die in Wärme 
umgesetzt? Laut Energieerhaltungssatz müsste das ja so sein?
Hintergrund ist ich möchte die LED im Pulsbetrieb einsetzen bei 400mA. 
Wäre es energiesparender mit einer KSQ statts dem Widerstand?

von Hp M. (nachtmix)


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Hans schrieb:
> Was passiert nun mit dem Spannungsabfall von 5-1,5V. Wird die in Wärme
> umgesetzt?

Genau das.

Hans schrieb:
> möchte die LED im Pulsbetrieb einsetzen bei 400mA

Moderne LED könnten das übel nehmen.

von René F. (therfd)


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Hans schrieb:
> Wird die in Wärme umgesetzt?
Korrekt
> Laut Energieerhaltungssatz müsste das ja so sein?
Ebenfalls korrekt

> Hintergrund ist ich möchte die LED im Pulsbetrieb einsetzen bei 400mA.
> Wäre es energiesparender mit einer KSQ statts dem Widerstand?

Das kommt auf die Art der Konstantstromquelle an, die 0815 
Transistorschaltung verheizt ebenso wie der Widerstand. Ein getakteter 
Stromregler (Ähnlich einem Schaltnetzteil) erzielt einen besseren 
Wirkungsgrad.

von Christian H. (netzwanze) Benutzerseite


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Hans schrieb:
> Wäre es energiesparender mit einer KSQ statts dem Widerstand?

An beiden gibt es einen Spannungsabfall der in Wärme umgesetzt wird.

Eine KSQ ist nur besser, wenn Du einen großen Eingangsspannungsbereich 
oder unterschiedliche LEDs hast. Auch kann damit der Strom besser 
eingehalten werden.

von Hans (Gast)


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Hallo,

ok ich verstehe. Konkret geht es um diese LED 
https://asset.conrad.com/media10/add/160267/c1/-/en/000171140DS01/datenblatt-171140-vishay-tsal-6200-ir-emitter-940-nm-17-5-mm-radial-bedrahtet.pdf

Ich hatte 400mA im Kopf, offenbar sind es aber nur 200mA im Maximum.

von Hans (Gast)


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Noch die Anschlussfrage vergessen: So wie ich das herauslese wäre 
eventuell dann ein Stromregler ein Mittel. Nur kann ich diesen Pulsen? 
im 40kHz-Bereich?

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Hans schrieb:
> Nur kann ich diesen Pulsen?
Was willst du denn da drauf pulsen?
Und was soll am "anderen Ende" damit passieren? Gibt es einen Empfänger?

von Hans (Gast)


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Es soll einfach immer nur sehr kurz eingeschaltet werden, um Strom zu 
sparen. Auf der anderen Seite kommt dann noch ein Empfänger

von Joggel E. (jetztnicht)


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Was fuer ein Bullshit ist denn das ? Es gibt keine 20mA Led. Es gibt nur 
solche, welche mit bis 20mA spezifiziert sind. Sie leuchten auch auch 
gleich gut mit 3..5mA. Und wenn man keinen Zwang hat etwas beleuchten zu 
muessen gehen auch 1mA.

von Joachim B. (jar)


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der 1/4W ist sparsamer als der 2W wenn man beide an der Leistungsgrenze 
betreibt.

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Hans schrieb:

> ich frage mich gerade wie ein Widerstand funktioniert.

Nicht wirklich.

> Wenn ich eine 5V
> Spannungsquelle habe und eine 20mA Led, dann wäre der Vorwiderstand bei
> einer  LED-Durchlassspannung von 1,5V 680Ohm.

Nein. Am Widerstand sollen 3.5V abfallen. 3.5V ÷ 20mA sind 175Ω. Mit 
680Ω würden nur ca. 5mA fließen.

> Was passiert nun mit dem Spannungsabfall von 5-1,5V. Wird die in Wärme
> umgesetzt?

Ein Spannungsabfall erzeugt keine Wärme. Aber Spannung(sabfall) × Strom 
ergibt eine Leistung. Und die erzeugt an einem Widerstand in der Tat 
Wärme.

> Laut Energieerhaltungssatz müsste das ja so sein?

Der hat damit gar nichts zu tun.

> Hintergrund ist ich möchte die LED im Pulsbetrieb einsetzen bei 400mA.
> Wäre es energiesparender mit einer KSQ statts dem Widerstand?

Kommt darauf an, was du "KSQ" nennst. Die lineare Variante verwendet 
einfach nur einen Transistor oder MOSFET an Stelle des Widerstands. Der 
"verheizt" die überschüssige Spannung auch nur.

Der schon angesprochene Stromschaltregler ist da anders. Der regelt im 
Prinzip seine Ausgangsspannung so nach, daß gerade der gewünschte Strom 
durch die LED fließt. Dabei schafft er einen Wirkungsgrad von 60-80%.

Allerdings ist so ein Schaltregler vergleichsweise viel aufwendiger 
als ein Widerstand. Und er erzeugt auch keinen perfekten Gleichstrom, 
sondern hat immer ein überlagertes Störsignal (Ripple). Deswegen 
verwendet man das auch nur dann, wenn größere Leistungen gefordert sind, 
etwa bei LED-Beleuchtung.

Hans schrieb:
> So wie ich das herauslese wäre
> eventuell dann ein Stromregler ein Mittel. Nur kann ich diesen Pulsen?
> im 40kHz-Bereich?

Warum willst du das?

Hans schrieb:
> Es soll einfach immer nur sehr kurz eingeschaltet werden, um Strom zu
> sparen.

Das ist Unsinn. Mit Pulssteuerung sparst du keinen Strom, wenn es dir um 
die Helligkeit der LED geht.

> Auf der anderen Seite kommt dann noch ein Empfänger

Was denn für ein Empfänger auf einmal?

Bei 40kHz und gepulster LED geht es dir wohl um eine Fernbedienung? Da 
verwendet man natürlich einen Vorwiderstand. Und in Ausnahmefällen - 
etwa wenn man die Reichweite auch bei abnehmender Batteriespannung 
konstant halten muß - eine lineare Konstantstromquelle. Aber der 
Energiebedarf ist dabei so gar kein Thema.

Es wäre für alle Beteiligten wesentlich besser, wenn du einfach dein 
konkretes Problem nennen würdest, statt nach Details zu irgendwelchen 
spinnerten Lösungen zu fragen, die dir im Kopf herumspuken.

von Mani W. (e-doc)


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Joachim B. schrieb:
> der 1/4W ist sparsamer als der 2W wenn man beide an der Leistungsgrenze
> betreibt.

Ein wahrlich weiser Satz!

;-)

von hinz (Gast)


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Axel S. schrieb:
> Es wäre für alle Beteiligten wesentlich besser, wenn du einfach dein
> konkretes Problem nennen würdest, statt nach Details zu irgendwelchen
> spinnerten Lösungen zu fragen, die dir im Kopf herumspuken.

Das kann man nicht oft genug sagen, leider.

von Hans (Gast)


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Ich danke für die Antworten. Weiter oben wurde ja geholfen

von Percy N. (vox_bovi)


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Mani W. schrieb:
> Joachim B. schrieb:
>> der 1/4W ist sparsamer als der 2W wenn man beide an der Leistungsgrenze
>> betreibt.
>
> Ein wahrlich weiser Satz!
>
Dem kann ich mich nur anschließen!

von Name: (Gast)


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Hans schrieb:
> Ich hatte 400mA im Kopf, offenbar sind es aber nur 200mA im Maximum.

Vermutlich ist der Widerstand effizienter.
Warum?
Die LED hat einen Innenwiderstand, an dem Energie in Wärme umgesetzt 
wird. Bei 200mA setzt du vermutlich einen genauso hohen Prozentsatz von 
Strom in Wärme um, wie bei 20mA mit Vorwiderstand.

NIEMAND löst das darum so. Dazu belastet man die Stromversorgung, und 
darf eine einbauen, die 10x so groß ist wie nötig.
PWM benutzt man schon, aber nur zum dimmen.

Stattdessen löst man das so:
- Effizientere LED nehmen, die auch mit 2mA hell genug ist
- Geht das nicht, nimmt man einen LED-Schaltregler (wie einen LM3402)

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Name: schrieb:
> Bei 200mA setzt du vermutlich einen genauso hohen Prozentsatz von Strom
> in Wärme um, wie bei 20mA mit Vorwiderstand.
> Dazu belastet man die Stromversorgung, und
> darf eine einbauen, die 10x so groß ist wie nötig.
Mit einem Elko kann man das in den Griff bekommen. Denn 200mA in 5% der 
Zeit ist im Mittel gleich viel wie 20mA in 50% der Zeit.

> NIEMAND löst das darum so.
Man kann mit solchartigm Pulsbtrieb natürlich mehr Licht aus der LED 
herausholen. Und wenn der weiterhin geheime "Empfänger" z.B. nur die 
zeitlichen Abstände zwischen den Pulsen oder gar nur das Vorhandensein 
der Pulse auswertet, dann kann man so eine größere Entfernung 
überbrücken.

Und wenn man das dann so richtig schlau auslegt, dann kommt man mit 
einem kleinen Pufferelko hin, wenn der über einen hochohmigen 
Vorwiderstand geladen und dann über einen niederohmigen Widerstand beim 
Puls wieder entladen wird.
           
               ___                ___
    Vcc ------|___|------o-------|___|-------.
                         |                   | 
                         |                   | 
                         |                   V LED
                         |                   - 
                        ===                  | 
                         |                   | 
                         |                   | 
                         |                 |/ 
                         |            -----|
                         |                 |> 
                         |                   |
    GND -----------------o-------------------'

von Name: (Gast)


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Lothar M. schrieb:
>> NIEMAND löst das darum so.
> Man kann mit solchartigm Pulsbtrieb natürlich mehr Licht aus der LED
> herausholen. Und wenn der weiterhin geheime "Empfänger" z.B. nur die
> zeitlichen Abstände zwischen den Pulsen oder gar nur das Vorhandensein
> der Pulse auswertet, dann kann man so eine größere Entfernung
> überbrücken.
>
> Und wenn man das dann so richtig schlau auslegt, dann kommt man mit
> einem kleinen Pufferelko hin, wenn der über einen hochohmigen
> Vorwiderstand geladen und dann über einen niederohmigen Widerstand beim
> Puls wieder entladen wird.

Was ich meinte, ist LED "überfahren" (über den Nenndauerstrom).
Warum ich davon nichts halte, hat einen technischen Grund, keinen 
Ideologischen. Picken wir uns mal eine beliebige LED heraus:
https://www.cree.com/led-components/media/documents/ds-XD16.pdf

Man beachte die Charts auf S13. Man sieht, dass steigender Strom zwei 
negative Effekte auf die Effizienz hat.
1. steigt die Flusspannung, d.h. die aufgenommene Energie pro Strom 
steigt. Der Lichtstrom hängt aber ausschließlich vom Strom ab.
--> Die Effizienz sinkt mit steigendem Strom
2. sinkt zusätzlich dazu die Stromeffizienz - Die LED liefert weniger 
Lichtstrom pro mA.
--> Die Effizienz sinkt noch weiter.

Das ist demnach also kein linearer Zusammenhang. Umso höher der Strom, 
umso schlechter ist die Effizienz. Und das geht mehr schneller Linear 
nach unten.
Es ist darumn einfach keine gute Idee, die LED mit hohen Pulsströmen zu 
betreiben, um die Effizienz *1) zu erhöhen.

Genau das wurde hier aber angenommen. Dem ist aber nicht so. Will man 
effizient sein, heißt es, die richtige LED wählen (eine mit gutem 
Wirkungsgrad) und einen Schaltregler verwenden.

*1)Ich zweifle nicht an, dass man andere Gründe haben kann, um die LED 
mit Pulsstrom zu betreiben. Darum gibt es diese Angaben im Datenblatt.

Beitrag #6142010 wurde von einem Moderator gelöscht.
von Elektrofan (Gast)


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> Kann ein Widerstand energieparend sein?

...und nachfolgendes:

Das ist doch nicht "fake" (deutsch: Kaxke)?!

---

Wir brauchen mehr Fachkräfte!

von Harlekin (Gast)


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Hans schrieb:
> Wäre es energiesparender mit einer KSQ statts dem Widerstand?

Wie wäre es mit einer Spannungsquelle, welche eine kleinere Spannung 
liefert?

von Name: (Gast)


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Harlekin schrieb:
> Hans schrieb:
>> Wäre es energiesparender mit einer KSQ statts dem Widerstand?
>
> Wie wäre es mit einer Spannungsquelle, welche eine kleinere Spannung
> liefert?

Und was tut ein LM3402?
Genau. Das ist ein Schaltregler, der die Spannung auf den korrekten Wert 
für die LED regelt. Anhand des Stromes.

von Hans (Gast)


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Hallo,

wie schon geschrieben geht es konkret um folgende LED 
https://asset.conrad.com/media10/add/160267/c1/-/en/000171140DS01/datenblatt-171140-vishay-tsal-6200-ir-emitter-940-nm-17-5-mm-radial-bedrahtet.pdf

Den Empfänger habe ich gerade bei Conrad abgeholt und ist folgender
https://asset.conrad.com/media10/add/160267/c1/-/en/000171115DS01/datenblatt-171115-vishay-tsop4838-ir-empfaenger-sonderform-axial-bedrahtet-38-khz-950-nm.pdf

Dort nennt vishay die Diode und den Strom von 200mA. Wobei ich auch 
nicht ganz verstehe warum das ein 950nm Empfänger ist aber eine 940nm 
Diode

von Wolfgang (Gast)


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Hans schrieb:
> Es soll einfach immer nur sehr kurz eingeschaltet werden, um Strom zu
> sparen.

Damit sparst du Strom und Licht. Der Wirkungsgrad eine LED sinkt bei 
zunehmendem Strom.

von Name: (Gast)


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Hans schrieb:
> Hallo,
>
> wie schon geschrieben geht es konkret um folgende LED
> 
https://asset.conrad.com/media10/add/160267/c1/-/en/000171140DS01/datenblatt-171140-vishay-tsal-6200-ir-emitter-940-nm-17-5-mm-radial-bedrahtet.pdf
>
> Den Empfänger habe ich gerade bei Conrad abgeholt und ist folgender
> 
https://asset.conrad.com/media10/add/160267/c1/-/en/000171115DS01/datenblatt-171115-vishay-tsop4838-ir-empfaenger-sonderform-axial-bedrahtet-38-khz-950-nm.pdf
>
> Dort nennt vishay die Diode und den Strom von 200mA. Wobei ich auch
> nicht ganz verstehe warum das ein 950nm Empfänger ist aber eine 940nm
> Diode

Nochmal:
Stell dir deine LED als Leuchtelement vor, das eine (vom Strom 
unabhängige) Vorwärtsspannung hat.
Die Helligkeit entspricht dem Strom. Warum steigt nun die 
Vorwärtsspannung mit steigendem Strom? Weil die LED einen 
Innenwiderstand hat!

Verbraten musst du die Differenz aus dieser konstanten Spannung und der 
Versorgungsspannung. Erhöhst du den Strom, verbrätst du die zusätzliche 
Energie in der LED statt im Vorwiderstand. Schon theoretisch ist nichts 
gewonnen.

Schlimmer noch: Die LED liefert weniger Licht pro mA, umso höher der 
Strom ist. Der Betrieb mit hohen Pulsströmen ist ineffizienter als 
jener mit 20mA und Vorwiderstand. Zwar nicht viel, aber doch ablesbar 
aus Fig.5.

Einen anderen Aspekt sollte man auch beachten: Wenn du die 
Verlustleistung vom Vorwiderstand auf die LED verlagerst, wird diese 
noch ineffizienter, wie du aus Fig7 entnehmen kannst. Dieser Effekt ist 
sehr ausgeprägt bei deiner LED.

Vergiss die Idee.

Vorschlag:
Wenn du Energie bei einer Lichtschranke sparen willst, dann betreibe sie 
im Pulsbetrieb. Also ein 5ms-Puls mit 20mA alle 100ms. Schon hast du die 
Leistung um 95% reduziert. 10 Hz reichen für viele Anwendungen aus.

von Hans (Gast)


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Danke für den Vorschlag

>5ms-Puls
ich müsste sie bei dem Empfänger mit 38kHz pulsen.
Also schreibt der Hersteller vermutlich 200mA in sein Datenblatt um die 
größtmögliche Reichweiter herauszuholen, will man aber auf möglichst 
lange Batterielebenszeit optimieren sollte man die Diode mit 20mA 
betreiben?

von Hans (Gast)


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Fig.5 kann ich noch nachvollziehen und würde da folgende Werte ablesen
15mW 20mA
150mW 200mA
aber das wäre ja dann kein Unterschied.

Fig.7 ist mir leider zu hoch und verstehe ich nicht wie man da die 
Effektivität abliest

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Hans schrieb:
>
> wie schon geschrieben geht es konkret um folgende LED

(TSAL6200 - schnipp)

> Den Empfänger habe ich gerade bei Conrad abgeholt und ist folgender

(TSOP4838 - schnipp)

> Dort nennt vishay die Diode und den Strom von 200mA.

Genauer gesagt gibt Vishay vor, daß maximal 100mA Dauerstrom und maximal 
200mA gepust (bei 50% Tastverhältnis und mindestens 5kHz) fließen 
dürfen. Diese Werte zeigen ganz klar, daß das ein thermisches Limit ist. 
Die mittlere Leistung an der IR-LED (U_f × I_f) setzt das Limit. Wenn 
die Impulse kürzer sind, ist auch mehr Strom erlaubt. Es gibt sogar ein 
Diagramm dafür (Figure 3 auf Seite 3).

> Wobei ich auch nicht ganz verstehe warum das ein 950nm Empfänger
> ist aber eine 940nm Diode

Du verstehst nicht, warum du die ausgesucht hast? Sowas.

Lies halt mal das Datenblatt, was dieser Wert tatsächlich aussagt. 
Kleiner Tip: der Empfänger ist abseits der 950nm nicht "blind".

Was du immer noch nicht gesagt hast ist, was der ganze Zirkus denn mal 
werden soll. Aber nachdem das ein Empfänger ist, der spezifisch für 
IR-Fernbedienungen entwickelt wurde, wird es wohl so etwas sein. Und 
dann wurde ja schon gesagt (mehrfach) daß ein Vorwiderstand für die 
IR-LED das Mittel der Wahl ist.

von Name: (Gast)


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Hans schrieb:
> Danke für den Vorschlag
>
>>5ms-Puls
> ich müsste sie bei dem Empfänger mit 38kHz pulsen.
> Also schreibt der Hersteller vermutlich 200mA in sein Datenblatt um die
> größtmögliche Reichweiter herauszuholen, will man aber auf möglichst
> lange Batterielebenszeit optimieren sollte man die Diode mit 20mA
> betreiben?

Nein.
Mir ging es nur um das Thema "Effizienz". Ich entnehme dem, du möchtest 
IR-Codes wie NEC-Code senden?
Dein Ursprungsbeitrag las sich, als wolltest du eine LED für 
Beleuchtungszwecke steuern.
Das ist eine völlig andere Geschichte. Darum ist es wichtig, den Zweck 
der Sache  zu nennen!

In dem Fall kannst du ruhig mit möglichst viel Strom in die LED 
hineingehen, sonst bekommst du reduzierte Reichweite.
Bei einer IR-Fernbedienung ist der LED-Strom relativ egal, denn es wird 
nur ein kurzer "Blitz" gesendet, dann ist die LED wieder aus.
Ich empfehle eine Stromquelle mit Transistor, aber auch ein simpler 
Vorwiderstand ist hier ausreichend.

Jetzt wäre es mal an der Zeit, den Zweck der Sache zu nennen.
Ich habe schon IR-Sender für NEC-Codes gebaut, und bin mit vollen 200mA 
in die LED gefahren. Trotz Batteriebetrieb.

von Hans (Gast)


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>Kleiner Tip: der Empfänger ist abseits der 950nm nicht "blind".

Ja aber laut Fig10 des Empfängers ist die Empfindlichkeit bei 950 am 
größten, vielleicht sogar etwas darüber

Danke nochmal für deine Erläuterung zu Fig3. Das klingt plausibel wie 
ich das aber alles vom Datenblatt ablese ist mir nach wie vor ein 
Rätsel..damit mucc ich mich mal länger beschäftigen.

>und maximal 200mA gepust (bei 50% Tastverhältnis und mindestens 5kHz)

Bei den Basic characteristics steht dann plötzlich wieder "IF = 1 A, tp 
= 100 μs"

>ganze Zirkus denn mal werden soll
Ich will damit eine Lichtschranke bauen, die aus Stromspargründen nicht 
mit Dauerstrich arbeitet, also nicht mit dem TSSP4038

von vn nn (Gast)


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Dir ist schon klar, dass die Modulation beim TSP48xx nicht aus 
Stromspargründen gemacht wird?

von Hans (Gast)


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Ja

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Hans schrieb:
>>Kleiner Tip: der Empfänger ist abseits der 950nm nicht "blind".
>
> Ja aber laut Fig10 des Empfängers ist die Empfindlichkeit bei 950 am
> größten, vielleicht sogar etwas darüber

Ach was. Wie gesagt: du hast die Bauteile ausgesucht.

>>ganze Zirkus denn mal werden soll
> Ich will damit eine Lichtschranke bauen, die aus Stromspargründen nicht
> mit Dauerstrich arbeitet, also nicht mit dem TSSP4038

Dauerstrich geht mit dem TSOP4838 gar nicht. Der verträgt noch nicht mal 
ein dauerhaftes, mit 38kHz gepulstes Signal. Steht auch im Datenblatt 
(Figure 8, ist aber zugegeben etwas kompliziert zu interpretieren).

Und "Stromspargründe" sind Quatsch. Die erste Erfordernis ist die 
korrekte Funktion. Du mußt den Strom durch die LED groß genug machen, 
daß der Empfänger das Licht noch detektiert. Achte dabei darauf, daß die 
Empfindlichkeit des Empfängers u.a. von der Umgebungshelligkeit abhängt. 
Auch das steht natürlich im Datenblatt (Figure 6).

Für ernst gemeinte Lichtschranken würde man beide Bauteile nicht 
verwenden, insbesondere nicht "nackt". Wenn man da eine Optik zur 
Bündelung und zur Abschirmung von Fremdlicht davor baut (geht hier nur 
bei der LED), dann kommt man wahlweise weiter oder braucht für die 
gleiche Entfernung weniger Strom.

Mein Rat wäre: bring das Ding doch überhaupt erstmal zum laufen, bevor 
du dir Gedanken über das Energiesparen machst.

von Hans (Gast)


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>Mein Rat wäre: bring das Ding doch überhaupt erstmal zum laufen, bevor
du dir Gedanken über das Energiesparen machst.

Das läuft hier schon wunderbar.

>Ach was. Wie gesagt: du hast die Bauteile ausgesucht.
Schade,dass da immer so ein aggresiver Ton mitschingt.

Ich bin jediglich davon ausgegangen, dass wenn der Hersteller diese 
Diode nennt sie vermutlich die ideale für den Empfänger ist.
Warum sollte er eine Diode wählen, die nicht oder nur bedingt damit 
funktioniert, um seine Diagramme damit zu erstellen?

von Hans (Gast)


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Vishay hat mir gerade eine Antwort auf die Frage geschrieben, die ich 
schon mehrfach versucht habe beantwortet zu bekommen.
Nur falls jemand das gleiche mal sucht hier die Antwort.
Sie empfehlen die TSAL6200 wegen der hohen Leuchtstärke (72mW/sr) in 
Kombination mit field of view (+/-17 °)

Braucht man weniger power wird die TSAL6100 (Ie = 170mW/sr, angle of 
half intensity =  +/-10°), empfohlen.

Der Grund für 950nm Emitter ist, dass diese weniger Leuchtstärke haben.

von Hans (Gast)


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EDIT: mehr power sollte es heißen bei der TSAL6100

von Hans (Gast)


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Ich denke ich werde das ganze nun mit der TSAL6100 testen, die offenbar 
ja einiges effizienter ist.
Habe ich das richtig verstanden, dass ich die Diode nun mit zB 200mA 
pulsen kann und der Stromverbrauch der gleiche wäre, wenn ich sie mit 
20mA ansteuere, da der größere Vorwiderstand dann eben mehr verheizen 
würde?

von Hans (Gast)


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>> Was passiert nun mit dem Spannungsabfall von 5-1,5V. Wird die in Wärme
>> umgesetzt?

>Genau das.

Ich will nochmal zur Ausgangsfrage zurückkehren.
Nehmen wir an

LED-Durchlassspannung 2,1
VCC 5V

Betriebsstrom: 18mA   = Led hell
-> 161 Ohm

Betriebsstrom: 9mA    = Led schwach
-> 322 Ohm.

Wenn der Widerstand erhöht wird, warum wird er nicht wärmer? Müsste dann 
nicht dort mehr Energie in Wärme umgewandelt werden, damit an der LED 
weniger ankommt? Tatsächlich fließt weniger Strom, aber warum ist das 
physikalisch so? Irgendwohin muss die Energie doch laut 
Energieerhaltungssatz.

Ich weiß, dass das nach den Formeln anders ist, aber ich verstehe es 
logisch einfach nicht.

von Jemand (Gast)


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Hallo

das "macht" das Ohmsche Gesetz ;-) Spannung = Widerstand * Strom

Betrachte die Spannung als eine Differenz - meist und genauer als 
Potentialdifferenz benannt.
Ein gern genommener Vergleich ist der mit den Wasserdruck bzw. 
Höhenunterschied.
Der Wasserdruck bzw. Höhenunterschied ist fest, sozusagen deine 5V 
Spannung.

Dieses Wasser wird jetzt durch einen Schlauch gedrückt (Durch den 
Wasserdruck).
Je geringer der Durchmesser ist (somit bei gegebenen Druck auch der 
Wasserstrom - aber im Elektrischen Umfeld der Elektronenstrom => Daher 
"Strom") umso weniger Wasser fließt pro Zeiteinheit durch den Schlauch - 
1 Bar ("Spannung") Wasserdruck durch ein 10mm (Hoher Widerstand)Schlauch 
zu drücken benötigt recht wenig Energie.
Sollen aber 1 Bar (Spannung) Wasserdruck durch ein 50mm ("geringer 
Widerstand") Schlauch gedrückt werden ist wesentlich mehr Energie 
notwendig.

So jetzt ist durch deinen hohen Widerstand von etwa 320 Ohm der 
"Schlauch" recht dünn - der Druck (Spannung) bleibt aber gleich - es 
kann nur eine Geringe Menge an Wasser pro Zeiteinheit durch den Schlauch 
gedrückt werden => geringe Energie (eigentlich streng genommen Arbeit).
Ist der Schlauchdurchmesser größer (kleiner Widerstand)kann, nein muss 
sogar, mehr Wasser beim gleichen Druck (Die Spannung bzw. 
Potentialdifferenz) durch den Schlauch pro Zeiteinheit gedrückt werden, 
die notwendige Energie ist aber natürlich größer, es geht gar nicht 
anders.

Und genau wie es keine Unendlich großen Schläuche gibt gibt es auch 
keine Leitung ohne Widerstand bzw. eine Spannungsquelle die unendlich 
hohe Ströme liefert, auch die Spannung kann nicht unendlich hoch werden 
(Wobei das mit den Leitungswiderstand nicht 100% stimmt => Supraleitung, 
aber...).
Also macht es keinen Sinn bzw. ist es in der Realität nicht möglich in 
die Formel (egal nach wo hin umgestellt) den Widerstand auf Null zu 
setzen.

Nebenbei würde es dann bei der eng verwandten Leistungsformel "möglich" 
sein unendliche Leistungen zu erhalten... und das geht halt nicht in 
unseren Universum und mit unserer Physik - eine andere bekommen wir aber 
auch nicht.

Jemand

von Theor (Gast)


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Hans schrieb:
>>> Was passiert nun mit dem Spannungsabfall von 5-1,5V. Wird die in Wärme
>>> umgesetzt?
>
>>Genau das.
>
> Ich will nochmal zur Ausgangsfrage zurückkehren.
> Nehmen wir an
>
> LED-Durchlassspannung 2,1
> VCC 5V
>
> Betriebsstrom: 18mA   = Led hell
> -> 161 Ohm
>
> Betriebsstrom: 9mA    = Led schwach
> -> 322 Ohm.
>
> Wenn der Widerstand erhöht wird, warum wird er nicht wärmer? Müsste dann
> nicht dort mehr Energie in Wärme umgewandelt werden, damit an der LED
> weniger ankommt? Tatsächlich fließt weniger Strom, aber warum ist das
> physikalisch so? Irgendwohin muss die Energie doch laut
> Energieerhaltungssatz.
>
> Ich weiß, dass das nach den Formeln anders ist, aber ich verstehe es
> logisch einfach nicht.

Naja. Die Energie "muss" nicht irgendwo hin.

Eine Energiequelle im allgemeinen Sinn gibt nicht in jedem Fall 
sämtliche Energie "auf einmal" ab, wenn sie einmal "aktiviert" ist. Ich 
spreche hier von Aktivierung, weil ich anders, eine momentane 
"Energiefreigabe" nicht vorstellen kann.

Es gibt tatsächlich solche Prozesse, die, einmal angestossen, 
vollständig ablaufen, also sämtliche vorhandene Energie freisetzen. Ein 
Beispiel wäre etwa das entzünden einer Tasse Spiritus.

Das Beispiel habe ich absichtlich gewählt, um einen anderen Aspekt 
sichtbar zu machen. Energie "muss" nicht schlagartig und vollständig 
freigesetzt werden. Das kann auch langsam gehen.

Ein anderes Beispiel wäre die Zündung eines Benzin-Luft-Gemisches (ein 
Aerosol), wie es etwa im Auto geschieht. Dort findet die 
Energiefreisetzung schlagartig und vollständig statt und man kann sie 
nicht anhalten oder verzögern.

Das ist wiederum ein Sonderfall von zahlreichen bekannten 
Energieumwandlungsprozessen. Denn es gibt sehr wohl Umwandlungsprozesse, 
die jederzeit angehalten oder in ihrer Intensität direkt oder indirekt 
kontrolliert werden können.

Es gibt Prozesse, bei denen der Fortgang der Umwandlung davon abhängt, 
ob die "erzeugte" Energie auch "entnommen" wird - aus dem System 
entfernt wird. Das ist eine Art Kontrolle und ich nenne sie hier mal 
"direkt".

Und damit kommen wir zur Elektrotechnik, genauer dem "chemischen 
Element" oder der Batterie, wie man es umgangssprachlich nennt.


Vielleicht liest Du zur Auffrischung mal den Artikel über eine der 
handelsüblichen Batterien und versuchst, so ungefähr jedenfalls, den 
chemischen Vorgang zu verstehen, weil ich mich im Folgenden darauf 
beziehen werde. 
https://de.wikipedia.org/wiki/Alkali-Mangan-Batterie#Elektrochemie


Wie Du nun (wieder) gewärtig bist, beruht die Energieumwandlung bei der 
Batterie darauf, dass an den zwei Polen jeweils ein "Mangel" an 
Elektronen und ein "Überschuss" an Elektronen vorliegt. Der Mangel 
entsteht dadurch, dass die chemische Substanz am Pluspol durch 
Elektronenaufnahme in einen energieärmeren Zustand gelangt. Der 
Überschuss dadurch, dass die Substanz am Minuspol durch die Abgabe von 
Elektronen in einen energieärmeren Zustand gelangt. Beide Male wird der 
energieärmere Zustand angestrebt. Das ist ein ganz allgemeines Prinzip 
in der Welt.

Wir haben also einen Überschuss an Elektronen und einen Mangel. Unter 
welchen Umständen kann sich dieser Mangel ausgleichen? Nun, wenn die 
beiden Pole elektrisch leitend verbunden sind, so dass Elektronen durch 
diese Verbindung von einem Pol zum anderen fliessen können. Klar, oder?

Wenn die Verbindung nicht besteht, wird auch keine Energie umgewandelt, 
da keine Elektronen fliessen können. Der Prozess ist angehalten und 
schreitet nicht von alleine fort.

Was aber bedeutet nun Widerstand in dem Zusammenhang? Nun, der 
Widerstand ist verantwortlich für die Anzahl der Elektronen, die 
fliessen können. Je kleiner der Widerstand, um so mehr Elektronen 
fliessen und umgekehrt.

Das bedeutet nun aber, dass die Energie in der Batterie nicht auf einmal 
frei wird, sondern eben nur immer soviel, wie der Widerstand es seiner 
Grösse nach erlaubt. Richtig?

Das wiederum bedeutet, dass es keine "überschüssige" Energie gibt, die 
irgendwie vernichtet werden müsste; die irgendwohin müsste. Sie wird ja 
gar nicht erzeugt.

Ich hoffe, das hilft etwas weiter.

Bei anderen Energiewandlern, wie Generatoren usw. ist der Mechanismus 
der Energieumwandlung zwar anders, aber das Ergebnis ist das selbe. Es 
kommt darauf an, was Du an Energie entnimmst, nicht darauf, was die 
Quelle an Energie erzeugen könnte.

Viel Erfolg.

von Theor (Gast)


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Vielleicht noch drei Sätze in Zusammenhang mit der Energieerhaltung und 
dem Beispiel Batterie.

Im geladenen Zustand enthält die Batterie Energie, die dann nach und 
nach entnommen wird. Die Energie, die noch nicht entnommen wurde, bleibt 
in der Batterie. Der Energieerhaltungsatz wird also eingehalten.

von Joachim B. (jar)


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Hans schrieb:
> Ich weiß, dass das nach den Formeln anders ist, aber ich verstehe es
> logisch einfach nicht.

ja wer logische Fehler macht, deine LED Spannung gilt genau nur für 
EINEN LED-Strom an EINER ganz bestimmten LED.

Du musst auch für deinen Strom die richtige LED Spannung messen, nur 
dann weisst du wieviel Spannung am R verbleibt, das sind keine 
konstanten 2,1V an der LED.

aber selbst in deiner fehlerhaften Rechnung ist der Strom halbiert und 
der geht nun mal mit I² ein und kleinerer I² ist greift mehr als *2 R

Hans schrieb:
> Wenn der Widerstand erhöht wird, warum wird er nicht wärmer?

nachgerechnet (ohne Berücksichtigung der Spannung an der LED) doppelter 
Widerstand an halben Strom gibt halbe Leistung.

Ist Mathe, 2 R * (I/2)² = P /2

Man könnte auch sagen doppelter R mit halben Strom gibt
U (am Widerstand ist konstant) * halber Strom (durch den Widerstand) = 
halbe Leistung.

U (am Widerstand) = I (durch den Widerstand) * R
P (am Widerstand) = U (am Widerstand) * I (durch den Widerstand)

P = 2 / 4 (weil 1/2 * 1/2 = 1/4 ist)
1/2 = 2/4 komisch aber passt.

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Hans schrieb:
>
> Ich will nochmal zur Ausgangsfrage zurückkehren.
> Nehmen wir an
>
> LED-Durchlassspannung 2,1
> VCC 5V
>
> Betriebsstrom: 18mA   = Led hell
> -> 161 Ohm
>
> Betriebsstrom: 9mA    = Led schwach
> -> 322 Ohm.
>
> Wenn der Widerstand erhöht wird, warum wird er nicht wärmer?

Warum sollte er?

> Müsste dann nicht dort mehr Energie in Wärme umgewandelt werden,
> damit an der LED weniger ankommt?

Mit dem größeren Widerstand wird der Spannungsquelle auch weniger 
Energie entnommen. Der Widerstand muß nicht mehr Energie verheizen. 
Tatsächlich verheizt er in beiden Fällen nahezu den gleichen Anteil 
der Energie, die aus der 5V Schiene entnommen wird. Nämlich 58%.

("nahezu", weil die Flußspannung der LED auch nur nahezu konstant ist. 
Tatsächlich ist sie bei 9mA ein bißchen kleiner als bei 18mA)

> Tatsächlich fließt weniger Strom, aber warum ist das physikalisch so?

Das heißt Ohmsches Gesetz. Das ist absolutes Grundlagenwissen. Es ist 
erschreckend, wie pampig du weiter oben aufgetreten bist angesichts 
deines erbarmungswürdigen Wissensstandes.

von Hans (Gast)


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Jemand und Theor ich danke euch für die großartige Erklärung und die 
Mühe die ihr euch damit gegeben habt.
Auch dir Joachim, wobei das reine Umstellen der Formeln mich da nicht so 
weiter gebracht hat weil ich nicht verstand warum die Formeln so sind 
wie sie sind. Ich wollte es mehr verstehen als nur zu sagen das ist so 
weil es halt so ist. Auch der erste Ansatz von Axel war ein guter 
Hinweis

von Lurchi (Gast)


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Hans schrieb:
> Nur falls jemand das gleiche mal sucht hier die Antwort.
> Sie empfehlen die TSAL6200 wegen der hohen Leuchtstärke (72mW/sr) in
> Kombination mit field of view (+/-17 °)
>
> Braucht man weniger power wird die TSAL6100 (Ie = 170mW/sr, angle of
> half intensity =  +/-10°), empfohlen.

Die 2. LED ist nicht effizienter, sondern hat nur eine andere Linse, die 
das Licht mehr Bündelt. Für eine Lichtschranke macht es Sinn eine 
relativ stark gebündelte Lichtquelle zu nutzen. Dann kommt man auch mit 
weniger Strom für die LED aus.

Für die Modulation mit den 38 kHz ist es übrigens günstig das 
Tastverhältnis kleiner als 50% zu wählen, also eher 25 % oder so. Für 
den Empfänger wesentlich ist die Fourierkomponente bei 38 kHz. Für feste 
Intensität hat man zwar bei 50% Tastverhältnis das meist Signal, der 
Zugewinn nahe 50% ist aber nur noch minimal. Mit 25% Tastverhältnis hat 
man bereits etwa 70% des Signals beim halben Energieverbrauch.

Wenn man wirklich Strom sparen muss könnte man 2 LEDs in Reihe nutzen, 
dan geht weniger Spannung ungenutzt am Vorwiderstand verloren.

von Theor (Gast)


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Hans schrieb:
> Jemand und Theor ich danke euch für die großartige Erklärung und die
> Mühe die ihr euch damit gegeben habt.
> [...]

Gerne geschehen. Schön, dass Du Dich bedankst.

von Joachim B. (jar)


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Hans schrieb:
> Auch dir Joachim, wobei das reine Umstellen der Formeln mich da nicht so
> weiter gebracht hat weil ich nicht verstand warum die Formeln so sind
> wie sie sind. Ich wollte es mehr verstehen

was ist denn Leistung am R?

P = U * I
Was ist Strom durch R
I = U / R

wenn du den R verdoppelst muss sich der Strom halbieren bei gleicher 
Spannung, soweit klar?

Wenn sich aber der Strom halbiert dann gibt das doch I/2 * R die 
Spannung am R und die bleibt gleich wegen I/2 mal 2R

Und wenn U gleich bleibt mit I/2 muss P = U * I auch halbiert sein.

Hans schrieb:
> aber ich verstehe es logisch einfach nicht.

schade

von Jemand (Gast)


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Hallo

Axel S. schrieb:
> Das ist absolutes Grundlagenwissen. Es ist
> erschreckend, wie pampig du weiter oben aufgetreten bist angesichts
> deines erbarmungswürdigen Wissensstandes.

So einige haben ja versucht ihn das zu erklären, neben Theor habe ich 
sogar ein Lob bekommen - Danke !

Sorry Axel S. aber dein "Argument" bzw. eher die Meinung ist ist eine 
Frechheit.
Niemand, aber auch wirklich niemand hat das Recht einen anderen bzw. 
dessen Fähigkeiten (außer vielleicht gegen Radikale und Rassisten) 
erbarmungswürdig zu nennen.
Weder ich, noch Theor und auch so einige andere mehr werden keine 
besondere Fähigkeiten haben - und trotzdem haben wir es geschafft in 
etwa zu erfassen was das Verständnissproblem von Hans als TO war.
Einfach eine Formel am Kopf zu schmeißen, die er wahrscheinlich sogar 
kennt ist nur billig.
Er will (so sieht es zumindest aus) verstehen was hinter der Formel 
steht - möchte richtig verstehen ("Bauchgefühl", Erfassen...) was Strom 
und Spannung ist, was überhaupt ein Widerstand (dessen physikalische 
Ursache und Auswirkungen auf die tatsächlichen "Stromträger" - 
Elementarteilchen - Elektronen) ist.

Diese Formeldenken (und teilweise eng verbunden damit Prüfungen 
bestehen), alles -ausschließlich- (das ist der Knackpunkt) mittels 
Mathematik abzuhandeln ist sehr engstirnig und hat so gar nichts mit 
echten Interesse und Begeisterung gemein - schlimm genug das in in der 
Berufsbildung (Studium) zu einen großen Teil abläuft - was dabei (nicht 
fachlich, aber...) oft herauskommt dürfte bekannt sein.
Aber wenn das dann auch im Hobbyumfeld so gehandhabt wird... gute Nacht.

Auch, nein sogar besonders, E-Techhnik sollte Faszinieren, Begeistern, 
staunen machen, durchaus auch etwas Ehrfurcht hervorrufen.
Im besten Sinne sollte es eine "Liebe" zur Sache sein.

Jemand

von Sebastian S. (amateur)


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Ganz klar: Jein!

Prinzipiell ist ein Widerstand ein Energievernichter wie er im Buche
steht: P = U * I, wobei I von R (I = U/R) abhängt. Wird also R kleiner,
so steigt I und das Produkt U * I wird größer.

Aber (an den Haaren herbeigezogen):
Hat man einen gegebenen Verbraucher von z.B. 100 Ohm und betreibt diesen 
mit 20V, so muss man sich auf 4 Watt gefasst machen. Schaltet man hierzu 
einen Widerstand in Reihe - z.B. von 20 Ohm - so sinkt die Last auf 3,33 
Watt, weil jetzt eine Last von 120 Ohm da herumlungert.
Das ist aber alles eine Sache der Interpretation.

von Hans (Gast)


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Danke Jemand für deine Worte. So ist es. Die Formeln kenne ich und habe 
sogar eine technische Ausbildung abgeschlossen. In der frühen Schulzeit 
hatte ich oft Probleme, weil ich nicht einfach stumpf die Formeln nehmen 
wollte, sondern verstehen wollte warum und was da passiert.
Ich hatte da einfach einen logischen Knoten warum ein Widerstand mehr 
verheizt und im Endeffekt sogar sparsamer ist. Die Vorstellung hat 
einfach nicht zu den Formeln gepasst..obwohl man die schon lange kennt 
kam ich ins Straucheln

von Hans (Gast)


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"weil jetzt eine Last von 120 Ohm da herumlungert"

Ja und das hat micht plötzlich so verunsichert, dass ich dachte, da muss 
doch dann Energie verbraten werden, weil ich irgendwie die Vorstellung 
hatte, dass die Stromquelle immer den gleichen Strom liefert, quasi in 
die Schaltung drückt.

von michael_ (Gast)


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Sebastian S. schrieb:
> Prinzipiell ist ein Widerstand ein Energievernichter wie er im Buche
> steht:

Energie kann nicht verlorengehen!
Sie wird nur umgewandelt.

von Achim B. (bobdylan)


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michael_ schrieb:
> Energie kann nicht verlorengehen! Sie wird nur umgewandelt.

Gähn...

von Dieter (Gast)


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Erst die Begriffe klaeren:
energieparend
Energie ist bekannt.

Hier was der andere Teil bedeutet:
https://en.m.wiktionary.org/wiki/parend

Damit das Niveau nicht zu sehr faellt, unterlasse ich was das 
tatsaechlich auf Deutsch lautet.

von Theor (Gast)


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@ Hans

Ich sehe das Problem des "Verstehens" von physikalischen Zusammenhängen 
wie Du und habe das fast genauso erlebt wie Du, Hans und kann Dich nur 
darin bestärken, weiter solche Art Fragen zu stellen. Scheue Dich nur 
nicht, auch dumme Fragen zu stellen.

Im übrigen stimme ich der Darstellung von Jemand zu.

Meiner Meinung nach werden mathematische Gleichungen, wie hier (wenn 
auch in vielen Fällen vermutlich in gutem Glauben) geschehen, aufgrund 
einer falschen Auffassung von ihrer Bedeutung, als "Erklärungen" 
angeführt.

Tatsächlich kennt die Mathematik keine Mittel um Begriffe zu definieren 
oder andere Beziehungen also letztlich Arithmetische zwischen Größen zu 
beschreiben. Aber Gleichungen stellen keine ursächlichen Zusammenhänge 
her und sie stellen keine qualitative Zusammenhänge zwischen 
Eigenschaften her. Das aber ist, was eine "Erklärung" ausmacht.

(Die entsprechenden interessanten Wissensgebiete über das Forschen 
heissen Wissenschaftstheorie und Erkenntnistheorie).

Falls Du wieder mal vor so einem Problem stehst und partout keine 
befriedigende Antwort erhältst, rate ich Dir, Dich mit den Anfängen, 
also mit der Entdeckungsgeschichte des jeweiligen Sachverhalts zu 
beschäftigen. Wenn auch häufig auf hohem Niveau, standen nämlich die 
Entdecker eines Phänomens und diejenigen, die erst eine Gleichung 
entwickeln wollten, vor dem gleichen Problem wie Du. Es ist sehr 
lehrreich nachzuvollziehen, welche Modelle sie sich ausdachten und wie 
sie von den Modellen zu mathematischen Gleichungen kamen.

Folge einfach Deinem Weg. Meiner Meinung nach ist das am besten, 
erfordert aber auch viel Offenheit, Selbstbeobachtung und Selbstkritik. 
Viel Erfolg dabei.


P.S. Ich halte es für sinnvoll (und für die eigenen Gemütsruhe nützlich) 
manche Beiträge hier einfach zu ignorieren. Das mache ich auch.

von Sebastian S. (amateur)


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>Ja und das hat micht plötzlich so verunsichert, dass ich dachte, da muss
>doch dann Energie verbraten werden, weil ich irgendwie die Vorstellung
>hatte, dass die Stromquelle immer den gleichen Strom liefert, quasi in
>die Schaltung drückt.

Vorsicht bissiger Wauwau!

Eine Spannungsquelle liefert eine (soweit wie möglich) konstante 
Spannung, eine Stromquelle liefert einen (auch soweit wie möglich) 
konstanten Strom.
Das sind aber zwei paar verschiedene Schuhe.

Natürlich hat auch michael_ recht - sogar senkrecht.
Energie verschwindet nicht einfach, sondern wird immer zu 100% 
Umgewandelt - in was auch immer. Im obigen Beispiel in Wärme.

In dem von mir angeführten Beispiel ist die Energieverteilung recht 
eigenartig.
Ausgangsschaltung:
20V 100Ohm 0,2A    --> 4W   (am Verbraucher)
20V 100Ohm 0,2A    --> 4W   (Gesamt)

Schaltung mit "Vorwiderstand":
20V 120Ohm 0,16A   --> 3,3W (Gesamt)
100Ohm 0,16A 16,6V --> 2,7W (am Verbraucher)
20Ohm 0,16A 3,3V   --> 0,6W (am Vorwiderstand)

von Theor (Gast)


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Hans schrieb:
> "weil jetzt eine Last von 120 Ohm da herumlungert"
>
> Ja und das hat micht plötzlich so verunsichert, dass ich dachte, da muss
> doch dann Energie verbraten werden, weil ich irgendwie die Vorstellung
> hatte, dass die Stromquelle immer den gleichen Strom liefert, quasi in
> die Schaltung drückt.

Ups. Vorsicht! :-)

Das Wort "Stromquelle" hat eine festgelegte Bedeutung!

Eine Stromquelle liefert einen konstanten Strom. Sie "drückt", unter 
bestimmten Bedingungen, tatsächlich immer den gleichen Strom durch einen 
Widerstand.

Das wird erreicht, in dem die Spannung über den Widerstand variiert 
wird.

Die Spannung ist allerdings immer begrenzt. Sie kann nicht beliebig hoch 
werden. D.h. wenn man einen bestimmten konstanten Strom haben will darf 
der Widerstand sich zwar verändern, aber er darf nur so groß werden, 
dass die zur Verfügung stehende Spannung auch noch den gewünschten Strom 
verursacht.


Das Gegenstück zur "Stromquelle" ist die "Spannungsquelle".

Sie liefert eine konstante Spannung. Der begrenzende Faktor ist hier der 
mögliche Strom. D.h. wenn man eine bestimmte konstante Spannung haben 
will, darf der Widerstand sich zwar verändern, aber darf nur so klein 
werden, dass der zur Verfügung stehende Strom noch ausreicht.

Kleiner Hinweis für weiteres Nachdenken.: Beachte die Asymmetrie der 
Ausdrucksweise. :-)


Während ich schrieb, hat Sebastian das Problem schön bildhaft 
beschrieben: Der Wau-Wau ist ein Dobermann! :-)

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Hans schrieb:
> Ich hatte da einfach einen logischen Knoten warum ein Widerstand mehr
> verheizt und im Endeffekt sogar sparsamer ist.

Ja, weil diese Vorstellung schlicht falsch ist.

Der Zweck des Vorwiderstands einer LED ist nicht "Energie verheizen". 
Sondern der Vorwiderstand soll die Differenz zwischen 
Versorgungsspannung und Flußspannung der LED aufnehmen. Aus der Größe 
dieser Spannungsdifferenz und der Größe des Widerstands ergibt sich 
dann, wieviel Strom überhaupt fließen kann. Und aus der Spannung am 
Widerstand und diesem Strom ergibt sich die im Widerstand umgesetzte 
Leistung. Es sind also insgesamt drei Größen, die die Leistung am 
Widerstand bestimmen. Nicht nur eine.

Wenn wir jetzt in der Schule wären, dann würden wir die Formel für die 
Leistung aufstellen. Die würde uns eine Funktion P=f(U_b, U_f, R) 
liefern. Dann könnten wir z.B. U_b=5V, U_f=2.1V setzen und die 
verbleibende Funktion mit nur noch einem Parameter in ein Diagramm 
zeichnen. Das nennt der Mathelehrer eine "Kurvendiskussion". Schüler 
finden das regelmäßig langweilig und verstehen den Sinn nicht. Trotzdem 
würde nur ein Blick auf die Kurve zeigen, daß sie links (wo der 
Widerstand R auf 0 geht) ins Unendliche abhaut und nach rechts (mit 
wachsendem Widerstand) fällt. Und damit wäre auch intuitiv sofort 
klar: "größerer Widerstand -> kleinere Leistung"

Nur muß man diesen Weg halt wenigstens einmal gegangen sein. Oder eine 
der Abkürzungen. Z.B. diese:

Man nimmt die Definition der elektrischen Leistung P = U·I. Und dazu 
noch das ohmsche Gesetz: U = I·R. Das setzt man passend ineinander ein 
und bekommt: P = I²·R = U²÷R

Damit hat man zwei Wege, wie man die Leistung am Widerstand berechnen 
kann. Wenn man den Strom kennt, nimmt man den ersten. Wenn man die 
Spannung kennt, den zweiten.

Und jetzt der Trick: Betriebsspannung (5V) und Flußspannung der LED 
(2.1V) sind konstant. OK, bei der Flußspannung ist das gemogelt, die ist 
nur annähernd konstant. Folge: die Spannung über dem Vorwiderstand muß 
auch konstant sein. Wir können also die zweite Formel oben nehmen: 
P=U²÷R. Leistung ist Konstante geteilt durch Widerstand. Auch hier ist 
intuitiv sofort klar, daß größerer Widerstand = kleinere Leistung. Die 
erste Formel P=I²·R hilft uns in dieser Situation nicht weiter, denn der 
Strom ist ja gerade nicht konstant.

Aber klar, wenn man Angst vor Formeln hat und darauf besteht, das 
intuitiv durchschauen zu wollen ohne es sich überhaupt mal angesehen zu 
haben, dann kommt man nicht drauf. Vielleicht sollte man sich dann aber 
ein anderes Hobby suchen. Irgendwas wo man keine Formeln braucht. 
Vielleicht Briefmarken sammeln. Oder Schnecken dressieren.

von Joachim B. (jar)


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Axel S. schrieb:
> Die
> erste Formel P=I²·R hilft uns in dieser Situation nicht weiter, denn der
> Strom ist ja gerade nicht konstant.

doch hilft, da I quadratisch eingeht wirkt die Halbierung vom Strom mehr 
also 4-fach als die R Verdoppelung -> 2/4 = 1/2 (Leistung)

R + R = 2 (R)
I/2 x I/2 = 1/4 (I)

damit hätten wir wieder 2/4 = 1/2 P

oder anders gesagt R verdoppelt gibt halben Strom und * halben Strom = 
halbe Leistung

2R -> I/2 bei gleicher U
und gleiche U bei halben Strom gibt halbe Leistung

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Joachim B. schrieb:
> Axel S. schrieb:
>> Die
>> erste Formel P=I²·R hilft uns in dieser Situation nicht weiter, denn der
>> Strom ist ja gerade nicht konstant.
>
> doch hilft, da I quadratisch eingeht wirkt die Halbierung vom Strom
> mehr also 4-fach als die R Verdoppelung -> 2/4 = 1/2 (Leistung)

Da das die gleiche Schaltung ist, ist klar daß das gleiche rauskommen 
muß. Allerdings muß man dazu erst überlegen, wie sich der Strom 
ändert. Bei der Spannung muß man gar nicht weiter nachdenken. Wenn die 
Spannung konstant ist, ist es das Quadrat auch. Bleibt als einzige 
Veränderliche der Wert des Widerstands. Damit ist es direkt und intuitiv 
verstehbar.

von Rainer V. (a_zip)


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Um noch mal auf die Überschrift zurück zu kommen...kann er! Wenn er 
kaputt bzw. sehr hochohmig (geworden) ist :-)
Gruß Rainer

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