Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik InfrarotLED - weniger Strom bei zunehmender Anzahl


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von Phillip L. (Gast)


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(auf dem Bild ist eine Stromquelle eingetragen, es muss eine 5V 
Spannungsquelle sein und der Widerstandswert ist 20 kOhm)
Hi, ich lese hier schon seit ein paar Tagen über LEDs und wollte jetzt 
mein erstes, bescheidenes Projekt in die Tat umsetzen.

Den Nachbau einer Wii Sensorbar (6 IR Leds + 1 blaue für Statusanzeige)

Ich hatte vor, 3 Parallelschaltungen mit jeweils drei LEDs in Reihe zu 
schalten + 1 blaue LED

Für die blaue LED nehme ich um die Helligkeit zu verringern einen 
Vorwiderstand von 20 kOhm.

Beim Vorwiderstand der IR Leds komme ich nicht weiter.
Ich habe diese hier gekauft, weil sie bereits getöntes Glas haben: 
Ebay-Artikel Nr. 202759341413

Da ich aus den Angaben nicht 100% schlau wurde, habe ich einfach 
folgendes gerechnet:
1.2*3 Volt bei 100 mA. Ich habe 39 Ohm berechnet. Also habe ich erst 47 
genommen und dann interessehalber 10 Ohm. Folgende Werte lese ich vom 
Multimeter ab. Strom habe ich in Reihe gemessen, Spannung parallel.
OHM/#Leds    1     2     3  
        
10          300    200   81        Strom mA
            1.47   1.4   1.3       Spannung V
        
47          74     49    27        Strom mA
            1.29   1.25  1.2       Spannung V

Wieso ist der Strom bei nur 1 größer?

Auf der Webseite steht 100 mA - ich folgere daraus, dass ich in der 
Reihenschaltung für 3 IR LEDs einen Widerstand von 10 Ohm nehme, weil 
ich da an die 100 mA am nächsten komme. Ist das eine dumme Überlegung, 
oder vermute ich richtig?

Vielen Dank für eure Hilfe

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: Verschoben durch Moderator
von Frank M. (ukw) (Moderator) Benutzerseite


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Phillip L. schrieb:
> Da ich aus den Angaben nicht 100% schlau wurde, habe ich einfach
> folgendes gerechnet:
> 1.2*3 Volt bei 100 mA. Ich habe 39 Ohm berechnet.

Der Vorwiderstandsrechner

  https://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/1109111.htm

bekommt etwas anderes raus.

Eingaben

LED-Durchlassspannung*:   3.6 V (wg. 3 x 1.2 V)
spätere Betriebsspannung: 5.0 V
Betriebsstrom:            100 mA

Dann:

zu vernichtende Spannung: 1.4 V
Vorwiderstand:            14 Ω
nächster Wert:            15 Ω
Strom dann:               93.3 mA
Verlustleistung:          130.62 mW

Achtung:

Diese Online-Rechner möchten Punkt als Dezimalkomma.

: Bearbeitet durch Moderator
von Phillip L. (Gast)


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Ok, danke dir. Ich habe zwar den gleichen Onlinerechner benutzt, aber 
ich habe eingegenen 5-1.2*3, also 1.4. Da lag mein Fehler.
Außerdem habe ich 1.2 benutzt weil das der Wert ist der erscheint wenn 
man auf IR klickt. Laut dem Datenblatt der IR Led steht:
low forward voltage: 1.3 V (≤1.5) V at 100 mA / 1.9 V (≤2.5 V) at 1 A

Aber dann bin ich mit den 10 Ohm ja gar nicht soo verkehrt. Ich habe nur 
10 und dann 47 Ohm zur Verfügung.





Aber nochmal zu meinem anderen Punkt, wieso ist der Gesamtstrom bei nur 
1 LED größer, als wenn ich drei in Reihe schalte?

von Frank M. (ukw) (Moderator) Benutzerseite


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Phillip L. schrieb:
> Aber nochmal zu meinem anderen Punkt, wieso ist der Gesamtstrom bei nur
> 1 LED größer, als wenn ich drei in Reihe schalte?

Wenn Du nochmals den LED-Vorwiderstandsrechner bemühst, wirst Du sehen, 
dass Du für eine, zwei oder drei LEDs für denselben Strom und gleiche 
Betriebsspannung jeweils drei verschiedene Vorwiderstände nehmen musst.

Warum wohl? Betrachte einfach jede LED als weiteren zusätzlichen 
Reihenwiderstand - auch wenn das physikalisch nicht ganz so korrekt ist.

: Bearbeitet durch Moderator
von Axel S. (a-za-z0-9)


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Phillip L. schrieb:
> nochmal zu meinem anderen Punkt, wieso ist der Gesamtstrom bei nur
> 1 LED größer, als wenn ich drei in Reihe schalte?

Ich weiß nicht, ob ich die Frage richtig verstehe. Denn eigentlich ist 
das trivial. Mehr LED = mehr Spannung, die an den LED abfällt = weniger 
Spannung, die am Vorwiderstand abfallen kann = geringerer Strom.

Speziell bei der Wii ist zu beachten, daß das kein reiner 
Spannungsausgang ist, sondern daß da intern noch ein Vorwiderstand 
verbaut ist (vermutlich um bei einem Kurzschluß den Strom zu begrenzen). 
Ich hatte das mal nachgemessen, als ich meiner Wii zwei weiter 
voneinander entfernte IR-Positionslichter spendiert habe. Weil ich kein 
weiteres Netzteil oder gar Batterien wollte, habe ich eine billige 
Sensorbar auf ebay gekauft (um an das Kabel mit dem Spezialstecker zu 
kommen) und das dann mit ein paar IR-LED aus der Bastelkiste verdrahtet. 
So läuft das direkt an der Wii. Details könnte ich bei Bedarf 
nachschauen. Ist halt lange her.

von Phillip L. (Gast)


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Axel S. schrieb:
> Phillip L. schrieb:
>> nochmal zu meinem anderen Punkt, wieso ist der Gesamtstrom bei nur
>> 1 LED größer, als wenn ich drei in Reihe schalte?
>
> Ich weiß nicht, ob ich die Frage richtig verstehe. Denn eigentlich ist
> das trivial. Mehr LED = mehr Spannung, die an den LED abfällt = weniger
> Spannung, die am Vorwiderstand abfallen kann = geringerer Strom.

Trivial für dich :) Oben steht ja die Tabelle, die ich durch Messen mit 
dem Multimeter erstellt habe. Also bei einer LED messe ich 300 mA. Bei 
drei LEDs messe ich 81 mA. Für mich heißt das, es fließt mehr Strom bei 
nur einer LED. Intuitiv dachte ich, mehr LEDs müsste heißen größere Zahl 
auf dem Multimeter.

> Speziell bei der Wii ist zu beachten, daß das kein reiner
> Spannungsausgang ist, sondern daß da intern noch ein Vorwiderstand
> verbaut ist (vermutlich um bei einem Kurzschluß den Strom zu begrenzen).

Ich nutze ja einen Emulator und die Sensordaten sind ja in der Wii 
Fernbedienung, ich betreibe die IR Leds mit 5V aus dem USB Ausgang des 
TVs

Beitrag #6143760 wurde von einem Moderator gelöscht.
von Phillip L. (Gast)


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Ich habe jeweils eine dann zwei und schließlich drei LEDs in Reihe 
geschaltet. Einmal mit 10 ohm, einmal mit 47 Ohm. Dann habe ich Spannung 
und Strom gemessen. Ich wollte einfach wissen, wie viel Strom jeweils 
fließt.

Meine Frage ist, wieso ich vom Multimeter einen größeren Wert bei einer 
Led ablese als bei drei leds. Dachte das wäre genau anders herum. Man 
braucht doch auch für Led streifen größere Amperewerte für mehr LEDs. 
Natürlich ist das wahrscheinlich eine dumme Frage für Ingenieure, aber 
ich kapiers irgendwie nicht...

von Dieter R. (drei)


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Dass du die IR-LEDs an der Grenze des zulässigen Stroms für 25°C 
Umgebungstemperatur betreiben willst, ist dir bewusst? Ebenso ist dir 
bewusst, dass der Vorwiderstand bei drei in Reihe geschalteten LEDs und 
realen Exemplar-, Spannungs- und Temperaturvariationen eine extrem 
schlechte Stabilisierung des Stroms bewirkt?

Und diese Warnung aus dem Datenblatt hast du gelesen, verstanden und mit 
den Betriebsparametern deiner Schaltung verifiziert?

"Je nach Betriebsart emittieren diese Bauteile
hochkonzentrierte, nicht sichtbare
Infrarot-Strahlung, die gefährlich für das
menschliche Auge sein kann. Produkte, die diese
Bauteile enthalten, müssen gemäß den
Sicherheitsrichtlinien der IEC-Normen 60825-1 und
62471 behandelt werden."

Vermutlich nicht. Deshalb ein grundsätzlicher Hinweis: beim Hantieren 
nicht direkt in die eingeschalteten LEDs blicken, auf keinen Fall direkt 
an die Augen führen oder z. B. eine Lupe verwenden, Mindestabstand 20 
bis 30 cm zum Auge einhalten. Ohne Gewähr dafür, dass dies in deinem 
Fall für einen augensicheren Betrieb genügt, nur als generelle 
Vorsichtsmaßnahme!

von Lach (Gast)


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Phillip L. schrieb:
> Aber nochmal zu meinem anderen Punkt, wieso ist der Gesamtstrom bei nur
> 1 LED größer, als wenn ich drei in Reihe schalte?

Ich würde mal sagen:

Weniger WII spielen und dafür wenigstens den Mathe und Physik Stoff bis 
Klasse 9 lernen.

Kopfschüttel

von Thomas S. (thschl)


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wo ist dein Problem

1 Led

5V - 1,47V = 3,53V am Widerstand

3,53V / 10R = 0,353A rechnerisch bei 1 Diode

2 Leds (reihe)

5V - 2*1,4v = 2,2V am Widerstand

2,2V / 10R = 0,22A

3 Leds (reihe)

5V - 3*1,3V = 1,1V am Widerstand

1,1V / 10R = 0,11A

wenn du jetzt etwas vom internen Widerstand erzählst, dann musst du auch 
die aktuelle Spannung am Ausgang nehmen und nicht nur mit 5V rechene, 
aber da kommen die Ergebnisse doch hin

von Joachim B. (jar)


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Phillip L. schrieb:
> Meine Frage ist

kannst du den Ri der Quelle bestimmen?
Ist deine Quelle eine Strom oder Spannungsquelle?
Hast du dir das Ersatzschaltbild incl. Quelle aufgemalt?

Male dein Schaltbild neu als geschlossenen Stromkreis!

Ein Glück ist heute Freitag.

: Bearbeitet durch User
von Phillip L. (Gast)


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Joachim B. schrieb:
> Phillip L. schrieb:
>> Meine Frage ist
>
> kannst du den Ri der Quelle bestimmen?
> Ist deine Quelle eine Strom oder Spannungsquelle?
> Hast du dir das Ersatzschaltbild incl. Quelle aufgemalt?
>
> Male dein Schaltbild neu als geschlossenen Stromkreis!
>
> Ein Glück ist heute Freitag.

von Joachim B. (jar)


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lieber TO ich sehe deine R aber nicht den Ri der Quelle und meine Fragen 
sind auch nicht beantwortet.

Joachim B. schrieb:
> kannst du den Ri der Quelle bestimmen?
> Ist deine Quelle eine Strom oder Spannungsquelle?
> Hast du dir das Ersatzschaltbild incl. Quelle aufgemalt?

von Dieter R. (drei)


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Phillip L. schrieb:
> Joachim B. schrieb:
>> Phillip L. schrieb:
>>> Meine Frage ist

Und meine Frage ist: sind das in deinem PNG jetzt errechnete Ströme 
(also Phantasie, da die Randbedingungen in der Praxis nicht erfüllt 
sind) oder gemessene Ströme (also LEDs kaputt, weil hoffnungslos 
überlastet)?

von Phillip L. (Gast)


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Man kann den Quellwiderstand Ri nicht mit einem Ohmmeter messen, sondern 
nur indirekt bestimmen

Das steht bei Wikipedia. Da bin ich also schon mal raus. Und so 
kompliziert ist die Frage doch gar nicht??

Ich will immer noch einfach nur wissen, wieso drei LEDs weniger Strom 
verbrauchen als eine. Für mich ist 370 mA mehr als 134 mA. Irgendwo hab 
ich da einen Denkknoten.
Wenn ich das alles zusammenrechne komme ich bei einer LED auf eine 
größere Zahl als bei drei Stück.
Irgend ein Grundlagenkonzept fehlt mir hier und ich komm nicht drauf, 
welches.

von Phillip L. (Gast)


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Oder jetzt hab ich es. Wenn ich die LEDs in parallele Gruppen schalte, 
mit jeweils drei in Reihe und einem Vorwiderstand, dann brauch ich pro 
LED 134 mA. Macht ca 390 Pro Gruppe und für zwei Gruppen dann 780 mA.
Hätte ich drei Gruppen müsste die Quelle 1.2 A liefern.

So muss es wohl sein

von Joachim B. (jar)


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Phillip L. schrieb:
> Irgend ein Grundlagenkonzept fehlt mir hier und ich komm nicht drauf,
> welches.

alles zu berücksichtigen!

Phillip L. schrieb:
> Man kann den Quellwiderstand Ri nicht mit einem Ohmmeter messen, sondern
> nur indirekt bestimmen
>
> Das steht bei Wikipedia. Da bin ich also schon mal raus.

dabei ist das so simpel

Leerlaufspannung messen
Definierte Last anklemmen und noch mal messen!
Bei einer Spannungsquelle mit Ri ist das delta eine Gerade und dU/dI der 
Ri.

An Stromquelle glaube ich da nicht, aber an Schutzwiderstand in der 
Quelle.

von Wolfgang (Gast)


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Phillip L. schrieb:
> Ich will immer noch einfach nur wissen, wieso drei LEDs weniger Strom
> verbrauchen als eine. Für mich ist 370 mA mehr als 134 mA. Irgendwo hab
> ich da einen Denkknoten.

Du schaltet deine LEDs in Serie. Dann addieren sich die Spannungen und 
nicht die Ströme. Je größer die Summenspannung, um so weniger bleibt für 
den Vorwiderstand.

von Phillip L. (Gast)


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Dieter R. schrieb:
> Phillip L. schrieb:
>> Joachim B. schrieb:
>>> Phillip L. schrieb:
>>>> Meine Frage ist
>
> Und meine Frage ist: sind das in deinem PNG jetzt errechnete Ströme
> (also Phantasie, da die Randbedingungen in der Praxis nicht erfüllt
> sind) oder gemessene Ströme (also LEDs kaputt, weil hoffnungslos
> überlastet)?

Die halten 1A aus. Die Werte hat das Programm errechnet, ich habe die 
Bauteildaten eingegeben. Gemessen Werte stehen in meinem ersten Post in 
der Tabelle.


_

Ich habe die Ampere meines LED streifen "WS2812B" gemessen. Alle weiß: 
Schalte ich 30 ein, lese ich vom Multimeter 0.8 A, schalte ich 60 ein, 
lese ich 1.5 A, schalte ich 300 ein, lese ich 4.2 A.

Und deswegen dachte ich ganz einfach, dass ich mit 3 meiner IR LEDs mehr 
ablesen müsste als wenn ich nur eine betreibe. Ich verändere doch den 
Vorwiderstand nicht.
Ich glaube wir (oder ich :=) krieg das heute nicht mehr hin.

von Wolfgang (Gast)


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Phillip L. schrieb:
> Ich glaube wir (oder ich :=) krieg das heute nicht mehr hin.

Deine WS2812 sind parallel geschaltet, nicht in Serie.

von Dieter R. (drei)


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Phillip L. schrieb:

> Die halten 1A aus.

Für 100 us. Da musst du ziemlich schnell messen. Worst case halten sie 
sogar 3A aus. Allerdings nur für 10 us.

von Bernd K. (bmk)


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Phillip L. schrieb:
>
> Und deswegen dachte ich ganz einfach, dass ich mit 3 meiner IR LEDs mehr
> ablesen müsste als wenn ich nur eine betreibe. Ich verändere doch den
> Vorwiderstand nicht.
> Ich glaube wir (oder ich :=) krieg das heute nicht mehr hin.


Ich denke schon. Grundlagenversuch:

2 Stück Glühlampen 12V in REIHE an 12V:
Jede Glühlampe erhält nur 6V, der Strom ist halbiert

2 Stück Glühlampen 12V PARALLEL an 12V:
Jede Glühlampe erhält 12V, der Strom ist verdoppelt

von Phillip L. (Gast)


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Wolfgang schrieb:
> Phillip L. schrieb:
>> Ich glaube wir (oder ich :=) krieg das heute nicht mehr hin.
>
> Deine WS2812 sind parallel geschaltet, nicht in Serie.

ja, das hatte ich ja gesagt. in dem Beitrag, in dem ich schrieb, jetzt 
hab ich's. :)

von Günter Lenz (Gast)


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von Phillip L. schrieb:
>Und deswegen dachte ich ganz einfach, dass ich mit 3 meiner IR LEDs mehr
>ablesen müsste als wenn ich nur eine betreibe. Ich verändere doch den
>Vorwiderstand nicht.

Aber die Spannung über den Vorwiderstand veränderst du, die wird
kleiner, messe die mal. Du hast das Ohmsche Gesetz noch nicht
verstanden. R = U / I
Weniger Spannung an einem Widerstand bedeutet das dann
weniger Strom durch den Widerstand fließt. Wenn man bei
einer Reihenschaltung alle Teilspannungen addiert ergibt
das die Gesamtspannung die diese Schaltung speist.

von Wolfgang (Gast)


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Bernd K. schrieb:
> 2 Stück Glühlampen 12V in REIHE an 12V:
> Jede Glühlampe erhält nur 6V, der Strom ist halbiert

Das glaub ich nicht. Glühlampen sind keine ohmschen Widerstände.

von Bernd K. (bmk)


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Wolfgang schrieb:
> Bernd K. schrieb:
>> 2 Stück Glühlampen 12V in REIHE an 12V:
>> Jede Glühlampe erhält nur 6V, der Strom ist halbiert
>
> Das glaub ich nicht. Glühlampen sind keine ohmschen Widerstände.

Oha. Wir haben Freitag.
Lese es morgen nochmal und glaube es dann.

von Dieter R. (drei)


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Bernd K. schrieb:

> Ich denke schon. Grundlagenversuch:
>
> 2 Stück Glühlampen 12V in REIHE an 12V:
> Jede Glühlampe erhält nur 6V, der Strom ist halbiert

NEIN

>
> 2 Stück Glühlampen 12V PARALLEL an 12V:
> Jede Glühlampe erhält 12V, der Strom ist verdoppelt

JA

Das ist kein Grundlagenversuch, sondern falsch. Genauso wie 5 IR-LEDs in 
Reihe an 5 V Strom Null ergeben, eine LED allein aber Pitsch sagt.

Du meinst etwas anderes, nämlich Ohmsches Gesetz, Widerstände (konstante 
WIDERSTÄNDE, weder Glühlampen noch LEDs, beide sind nichtlinear) usw.

Ich habe den starken Eindruck, solche Erklärungen nützen dem TE nicht 
viel. Dann weiß er gerade mal ein bisschen, aber begriffen hat er wieder 
nichts. Wir wollen ja alle gerne hilfreich sein, aber helfen würde nicht 
eine einzelne Erklärung, sondern nur ein guter Grundlagenkurs, sinnvoll 
vielleicht ein Einführungsbuch. Ich kenne da aber nichts.

von Wolfgang (Gast)


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Bernd K. schrieb:
> Oha. Wir haben Freitag.
> Lese es morgen nochmal und glaube es dann.

Und du nutze die Zeit und guck dir an, wie der Widerstand einer 
Glühbirne von der Temperatur und damit der aktuellen Verlustleistung 
abhängt.

von Günter Lenz (Gast)


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Wolfgang schrieb:
>Das glaub ich nicht. Glühlampen sind keine ohmschen Widerstände.

Jedenfalls wird der Strom kleiner, im Gegensatz zu Phillip L.
der annimmt, daß der Strom dann größer wird.

von Bernd K. (bmk)


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In der Tat unterscheidet sich der Kaltwiderstand einer Glühlampe stark 
vom Warmwiderstand.

Ist der Glühfaden heiss, unterscheidet sich der Widerstand einer 
Glühlampe mit Nennstrom kaum von einer mit halbem Nennstrom.

Ja, ich hätte besser Widerstände nehmen sollten, damit die Korinthenk...
keine Chance haben. Nur: Bei Widerständen ist die 'halbe' Leistung für 
einen Lernenden visuell nicht so leicht darstellbar wie bei Glühlampen.

Und es ging mir darum, dem TO anhand eines einfachen Beispiels das 
Verhalten bei Reihenschaltung vs Parallelschaltung zu zeigen.

von Phillip L. (Gast)


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Günter Lenz schrieb:
> Wolfgang schrieb:
>>Das glaub ich nicht. Glühlampen sind keine ohmschen Widerstände.
>
> Jedenfalls wird der Strom kleiner, im Gegensatz zu Phillip L.
> der annimmt, daß der Strom dann größer wird.

Nu hör aber auf :) Ich nehm gar nichts an.

http://www.led-treiber.de/assets/images/LED-Kennlinie.gif das sieht mir 
nach Hyperbel aus, und erklärt die geringen Unterschiede in der 
Helligkeit bei Spannungsveränderung.

Grundlagen ergeben sich beim machen. Solange ich nicht an 230 Volt 
herumspiele, reicht mir das was ich während des Bastelns lerne. Da seid 
ihr sicher andere Meinung, aber da ich das nicht beruflich mache, passt 
das schon so:)

Hätte ich bei ebay auch für vier Euro kaufen können, aber ich fand das 
auch ganz lustig heute.

von Dieter R. (drei)


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Phillip L. schrieb:

> Grundlagen ergeben sich beim machen.

Aus dir wird bestimmt mal ein guter Arzt.

von Phillip L. (Gast)


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Genau, Augenarzt. Dann behandel ich die Infrarot LED geschädigten :P

von Joachim B. (jar)


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Phillip L. schrieb:
> Ich habe die Ampere meines LED streifen "WS2812B" gemessen

die haben doch nichts mit deinem Aufbau zu tun.

von Joachim B. (jar)


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Phillip L. schrieb:
> Nu hör aber auf :) Ich nehm gar nichts an.

ah ein Beamter, die dürfen nichts annehmen, nicht mal Vernunft :)

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