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LEDs - ganz einfach beschrieben

DJ_Cyberdance 08.08.2003 - 14:04 24579 12
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DJ_Cyberdance

OC Addicted
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Kleine Anleitung zum Einbau von Leuchtdioden, für alle, die sich nicht auskennen, ganz einfach beschrieben.

LED = Light Emitting Diode

Wie der Name schon sagt, handelt es sich um eine Diode, die Licht abstrahlt - ohne Glühfaden, LEDs werden auch nicht annähernd so warm wie Glühbirnchen und haben einen geringeren Energiebedarf. Die genaue Funktionsweise einer Diode erspare ich euch, nur so viel sei erwähnt:
Eine Diode ist nichts anderes als ein pn-Übergang, also ein Kontakt zwischen positiv und negativ dotiertem Halbleitermaterial (zB Si oder GaAs). Eine Diode leitet Strom prinzipiell nur in eine Richtung - von der Anode(+) zur Kathode(-). Die LED leuchtet also nur in Durchlassrichtung. Bei Leuchtdioden sind zwei Werte wichtig:

1.) Vorwärtsspannung (Forward voltage oder Uf)
2.) Vorwärtsstrom (Nennstrom, Forward Current oder If)

Die Vorwärtsspannung einer Diode ist im Grunde konstant - der Vorwärtsstrom kann variieren, soll aber nicht den Nennstrom überschreiten, dh. wenn eine LED für 20mA ausgelegt ist, sollte man nicht 30mA durchjagen, das ist der sonst sehr langen Lebensdauer von LEDs abträglich.


Wie schließt man nun eine LED im PC an?

Da die Spannung vom Netzteil über der Diodenspannung liegt, wird der Strom nicht begrenzt und die Diode bildet einen Kurzschluß. Der Strom übersteigt dabei den Nennstrom If, die Diode wird rasch zerstört. Man sollte also unbedingt noch einen Widerstand in Serie zur Diode schalten, über den die restliche Spannung abfällt - dieser Widerstand begrenzt den Strom.

Den Widerstandswert berechnet man nun wie folgt:
(Beispiel, die Werte können variieren!)
Vorwärtsspannung Diode: Uf = 1,6V
Vorwärtsstrom (Nennstrom): If = 20mA = 0,02A
Versorgungsspannung: Uv = 5V

Über den Widerstand sollen nun 20mA fließen - der gleiche Strom, der durch die Diode fließt.
Am Widerstand fallen nun 5V - 1,6V = 3,4V ab. Zur Berechnung sind SI-Einheiten zu verwenden, also Ampere, nicht Milliampere. (1 Ampere = 1000 Miliampere, 10 Milliampere = 0,01 Ampere)
Der Widerstand R errechnet sich nun nach dem ohmschen Gesetz R = U / I, also
R = (Uv-Uf)/If = (5V-1,6V)/0,02 = 170

Falls es den errechneten Widerstand nicht zu kaufen gibt, sollte man einen höherwertigen - keinesfalls einen niederwertigeren - Widerstand kaufen, also in diesem Fall 180 oder 200 Ohm. (Es macht ohnehin Sinn, den nächsthöheren Widerstandswert zu verwenden, da die Widerstände nicht sehr präzise und die die Versorgungsspannung ungenau ist. Besser zu wenig als zu viel Strom, der Unterschied ist kaum wahrnehmbar.)

In obigem Beispiel wird also ein Widerstand >= 170 Ohm benötigt. Dieser wird, wie schon erwähnt, mit der Diode in Serie geschaltet, dh ein Ende des Widerstands und ein Ende der LED werden miteinander verbunden, eines der übrigen Enden kommt an den +Pol, der andere an -. An welcher Seite der Widerstand nun ist, spielt keine Rolle, doch Achtung: Ebenfalls schon erwähnt, die Diode funktioniert nur in eine Richtung!!! Meist ist das kurze Ende die Kathode und kommt an den Minuspol.

Folgende Kombinationen sind also möglich (A Anode, K Kathode):

[+] --- Widerstand --A LED K-- [-]
[+] --A LED K -- Widerstand -- [-]

Siehe Graphik:

leds.png

Mehrere LEDs in Serie zu schalten, ist nicht ratsam. Es spricht jedoch nichts dagegen, mehrere Dioden parallel zu schalten, wobei jede LED ihren eigenen Vorwiderstand benötigt.

Hinweis für alle, die es besser wissen: Ich habe vieles in diesem Text stark abstrahiert und vereinfacht, Details, die zum Betrieb einer LED nicht unbedingt nötig sind (Durchbruchmechanismen, Temperaturabhängigkeit, Materialunterschiede, Massefluktuation, wwi), vernachlässigt. Das hat seinen Sinn, denn jeder der hier etwas besser weiß, braucht diesen Text ohnehin nicht. Es gibt aber genug User, die nur wenig Ahnung von Elektrotechnik haben - genau diesen soll hiermit auf einfache Art und Weise geholfen werden. Falls doch irgendetwas nachweislich _nicht_ stimmt, bitte Hinweis dazu posten. Spart euch aber bitte Hinweise wie "Das hat aber so funktioniert" und "so gehts auch", um Hilfesuchende nicht unnötig zu verwirren.

Sputnik

GenericHumaniodCarbonUnit
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puh des war ja viel zu lesen
aber gut recherchiert
meine frage als hilfesuchender:Wie kann ich eine LED so in einen Stromkreis implementieren dass sie nur leuchtet wenn ein schalter mit dem zb ein lüfter geschalten wird leuchtet?

sieht bei mir so aus: gelbes stromcable zu lüfter black cable zu schalter andres black cable weg vom schalter und in masse

und ich will dass de LED nur leuchtet wenn der schalter auf "ein" is!

ja klingt einfach vielleicht iss es auch aber ich habs mit ein paar freunden(elektrriker wohlgemerkt) nicht zambrach schlaflose nächte und wutausbrüche waren die folge und das schon die ganze woche lang und heute is LAN da sollts fertig sein

puh und da wollt ich schon nen thread dazu aufmachn

tia

DJ_Cyberdance

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Ganz einfach: Dein Lüfter hat zwei Anschlüsse (evtl drei, wenn er geregelt ist, aber betrachte mal die zwei wichtigsten, + und -).
Einen davon unterbrichst Du mit einem Schalter. Parallel zum Lüfter schaltest Du eine LED (mit Vorwiderstand in Serie NUR zur LED). Abhängig von Versorgungsspannung und den Daten der Diode berechnest Du nach obiger Formel den entsprechenden Vorwiderstand - fertig.
In Serie zum Lüfter kannst Du die Diode nicht schalten, da der Lüfter mehr Strom braucht, der die Diode zerstören würde.

------+------
........|.........|
........M.........R
........|.........D
........|.........|
------+------
Bearbeitet von DJ_Cyberdance am 08.08.2003, 14:39

Sputnik

GenericHumaniodCarbonUnit
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hmm ja das wärs aber ichhab ma a externes gehäuse bastelt(was kleines steht aufn bigT (plexi)) und hab kein einziges cable mehr (kaufen is ja auch schon zu spät)
könnt ma des ned so machn das de LED irgendwie direkt beim schalter angschlossn werdn kann?

also mit deinen edits kenn ich mi ned aus
Bearbeitet von Sputnik am 08.08.2003, 14:42

NL223

ist alt...
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Zitat von DJ_Cyberdance
Mehrere LEDs in Serie zu schalten, ist nicht ratsam. Es spricht jedoch nichts dagegen, mehrere Dioden parallel zu schalten, wobei jede LED ihren eigenen Vorwiderstand benötigt.

LEDs die dens elben strom benötigen lassen sich ohne weiteres in serie schalten - einziger nachteil is das wenn eine led kaputt geht alle anderen auch nicht mehr leuchten - wenn man bedenkt dass so eine led aber sicherlich über 20jahre hält is des wirklich kein nachteil. zudem wenn man zB die led ausm beispiel mit 1,6V/20mA für große gruppe mit zB 100Leds verwendet bekommst an verbaruch von 2A -> bei 5V hast du dann schon alleine 6,8Watt an dem widerständen vernichtet und nur 3,2Watt auf den LEDs, wobei die elistung wieder nicht 100% fürs licht verwendet wird...

hingegen kannst du die LEDs zB auch an 12V betreiben und zwar zB immer 5 stück in serie, dadurch kannst den stromverbaruch auf 0,4A reduzieren und hast eine leistungsaufnahme von nur 4,8W (immahin schon winiger als bei der vorigen variante die verluste auf den widerständen alleine - und hast trotzdem 3,2Watt auf den LEDs -> der wirkungsgrad is doch wesentlich besser und du brauchst um 80 widerstände weniger - wenn mas richtig macht gibts da keinen nachteil bei serienschaltung wenn die LEDs ned gerade 30 jahre alt san...


zu dem mim lüfter udnd er led bei EIN elcuhten, die led einfach mit einem vorwiderstand in serie zum lüfter parallel, weil dan hat die led nur strom wenn der alüfter auch strom hat - wie habt ihrs bis jetzt versucht?

flocky

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kleine ergänzung: leds sind keine linearen bauteile, deshalb ist es IMMER empfehlenswert einen vorwiderstand zu verwenden um die stom-spannungs-kurve zu linearisieren. weil auch bei kleinen spannungänderungen wäre die stromänderung möglicherweise groß genug um die led zu fetzen.

amd128

Bloody Newbie
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es wisst aber schon das eine LED je nach Typ ca. 0,7V (des is die durchbruchspannung) Spannungsabfall produziert (Halbleiterbauteil!), was heist, dass bei 5V maximal 7 LEDs in Serie (ohne Vorwiderstand!) geschalten werden können (bei 12V 17 LEDs), alerdings sind die dann schon recht dunkel.

Vorwiderstand brauchts nur um die Spannung herunter zu bringen um den maximalen Strom zu begrenzen (ca. 1,5V oder bei extrahellen 3V pro LED rechnen, den rest in einem widerstand verbraten, nach der Formel R=U/I)

das will heissen das 8 LEDs an einer 5V Leitung in serie nicht möglich sind (da leuchtet nichts mehr)

wergor

fantasiebefreit
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wiso soll man eigentlich leds nicht in serie schalten?

flocky

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bei einer parallelschaltung liegt an allen LEDs die selbe spannung an, bei serienschaltung teilen sich die LEDs die spannung und leuchten demnach nicht so hell.

wergor

fantasiebefreit
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wenn sie nicht ungleich leuchten is das eh kein problem?

Neocron

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Problem ist es nicht, solang sie noch hell genug sind, nur sie leuchten eben schwächer

Crash Override

BOfH
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Solange man das richtig berechnet, bekommt jede LED ihre Nennspannung und alle leuchten auf voller Helligkeit.

NL223

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Zitat von flocky
bei einer parallelschaltung liegt an allen LEDs die selbe spannung an, bei serienschaltung teilen sich die LEDs die spannung und leuchten demnach nicht so hell.

das gilt für glühlampen und NICHT für leds, eine glühlampe leuchtet sozusagen etwa proportinal zu ihrer spannung, sie ist annähernd ein ohmscher verbraucher was das angeht...

eine led hingegen absolut nicht, die is halt eine diode und absolut kein ohmscher verbraucher, eine diode lässt bis zur flussspannung gar keinen strom fließen und ab dann steigt er explosionsartig an, damit sieht man dass eine minimale spannungsänderung einen riesen stromsprung herbeiführen, da eine led allerdings bei erwärmung von nur einem einzigen °C schon um 2mV seine flussspannung veringert was zu einem anstig des stroms und damit der temperatur führt sieht man eigentlich sofort wieso eine parallelschaltung zu vermeiden ist:

sobald durch normale toleranzen eine led etwas mehr strom abbekommt steigt ihre temperatur im vergelich zu den anderen wodurch sie immer mehr strom nimmt und die anderen immer weniger, also der strom verteilt sich bei gott alles andere als gleichmässig -> unterscheidliche helligkeit...

bei seriell is es aber so das aufgrund der gesetzte der strom nur gleich sein KANN, es geht ned anders -> gleichmässige helligkeit...

ob die eine led nun 2,4V und die andere 3,6V benötigt is dabei egal... es müssen halt nur die 6V zur verfügung stehen die sie zusammen benötigen, würde man die beiden leds parallelschalten würde die 3,6V gar ned lauchten und die 2,4V den gesamten strom für beide aufnehmen, vermutlich dann mal kaputt werden, dann würd die 3,6V den gesamten strom bekommen und auch hin werden, in serienschaltung würds afoch so funktionieren...

daher: LEDS NIE DIREKT PARALLEL sobald die nicht exakt gleich sind gehts nimma ;)
Bearbeitet von NL223 am 30.05.2009, 10:38 (den schlimmsten Fehler ausbessad ;))
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