THEMA: LED - Spannung

Hallo Albrecht,

schließe die LED-Schaltung mal an eine 9V-Blockbatterie an und miß nochmals.


Grüße Michael Peters

Hallo Michael,

danke für den Tipp? Ergebnis: Spannung bei allen drei Widerständen 1,9 V; Leuchtstärke wie gehabt unterschiedlich. .... Und jetzt?

Gruß, Albrecht.

Hallo Albrecht,

beim ersten Versuch hast Du eine Wechselspannung genommen, und da ist es einfach so, daß je nach "Bauch" oder "Tal" an der Diode -fast- keine Spannung abfällt.
Das könntst Du nur mit einem Oszillographen messen.

Grüße Michael Peters

Hallo Albrecht,

Zunächst einmal sollte eine LED besser mit Gleichspannung versorgt werden, das ist jedoch etwas aufwändig, da man am besten eine Konstantspannungsquelle benutzt, der einen Brückengleichrichter, Siebkondensator(en), Entkopplungsdioden, den besagten Konstantspannungsregler (eine 3-beinige  Transistorschaltung) etc. benötigt, also ein komplettes Gleichspannungsnetzteil.

Man kann die LED allerdings auch mit Wechselspannung betreiben und ihre Gleichrichterwirkung ausnutzen. Dabei ist allerdings zu berücksichtigen, dass die 13 V AC nur die sogenannte "Effektivspannung" sind. die tatsächliche Spannung von positiver Spitze zu negativer Spitze beträgt das "Wurzel 2-fache" der Effektivspannung = 13 V mal ca. 1,414, mithin mehr als 18 V. Wenn eine LED als Gleichrichter verwendet wird, ist demnach immer noch im Maximum  9 V zu veranschlagen. Davon ist die Nennspannung der LED zu subtrahieren, es bleiben noch 7 V, die am Vorwiderstand fallen sollen. Leider kenne ich den Nennstrom der LED nicht, Du kannst, wenn Du ihn weißt, nach dem Ohmschen Gesetz R = U/I den Widerstand berechnen, z. B. ergeben die Spannung von 7 V bei 10 mA Strom 700 Ohm. Man sollte nach der Widerstandsreihe dann den nächst größeren Wert wählen. Zusätzlich sollte man um, um sicher zu gehen, der LED eine antiparallel zu schaltende Schutzdiode (etwa 1N 4001 o. ä) gönnen, damit die negative Halbwelle der Wechselspannung die Sperrspannung der LED nicht überschreitet und die LED ggf zerstört.

Gruß Winnie

Ich glaube, es ging ihm mehr darum, wieso bei unterschiedlichen Vorwiderständen die Spannung immer gleich blieb.
Nun, eine Diode (was ja eine LED elektrisch gesehen ist), ist kein lineares Bauteil wie ein Widerstand, bei dem sich der Spannungsabfall linear zur Stromänderung verhält, sondern LED´s haben einen Ausgeprägten Knick in der Kennlinie! Dieser Knickpunkt wid mit der Flußspannung Uf angegeben. bis kurz vor dieser Spannung ist der Innenwiderstand sehr hoch, und es fließt fast kein Strom (µA-Bereich).
Ab dem Knickpunkt wird der Innenwiderstand extrem gering und der Stromfluß wird nur noch vom Vorwiderstand bestimmt.
Damit ist es für die Spannung über der LED eigentlich nahezu egal,welcher Vorwiderstand eingesetzt wurde. Es muß halt nur dafür gesorgt werden, das der Strom durch die LED nicht höher wird, wie die maximal zulässige Flußspannung (meist 20 mA, bei Low Curent-Typen meist 2mA)
Warum mißt man nun bei WS 6V?
Nun, in Flußrichtung fallen weiterhin max. 1,9V über die LED ab, in Sperrichtung (bei idaler Diode) müßten die vollen 13 V Abfallen. Wenn wir den "formfaktor" mal ausser acht lassen, müßten (13+1,9)/2=14,9/2=7,45V abfallen, da ja im gleichmäßigen Wechsel beide Spannungen an liegen. Da die LED aber in Sperrichtung  nur (laut Datenblätter) garantierte 5-8V verkraften, bricht sie  beim Übersteigen dieser Sperrspannung durch und es kommt ebenfalls zu einem Stromfluß. Wenn man nun Rückwärts rechnet ergibt sich, das (6V*2)-1,9V=12-1,9V= 10,1V in Sperrrichtung abfallen müßten, was bedeutet, das die LED in Sperrrichtung bei rund 10 V wirklich durchbricht und ab da dann im unerwünschten Bereich kommt.
(Basis POS 7. Klasse Physik angewendet. [Der Nachsatz soll nur den Jüngeren Zeigen, das nicht alles in der Schule unnötiges wissen ist] )

Hallo,
Und das Durchbrechen der LED führt unvermeidlich zur Zerstörung, deshalb habe ich die antiparallel geschaltete Schutzdiode empfohlen, die verhindert, dass die Sperrspannung überschritten wird. Da mir der Albrecht (Entschuldigung) nicht als elektronisch versierter Fachmann erscheint, wollte ich auf soche Dinge wie Kennlinienverlauf, Sperrspannung etc nicht unbedingt eingehen, deshalb habe ich einen Vorwiderstand empfohlen, bei dem die LED am empfohlenen Arbeitspunkt betrieben wird - ggf. auch etwas darunter. Ich kenne den entsprechenden LED-Typ nicht, man kann aber meistens - ohne größeren Helligkeitsverlust - den Arbeitspunkt niedriger wählen un den Strom auf ca. 15 bis 18 mA (bzw. 1,5 bis 1,8 mA) begrenzen.

Gruß Winnie

@6
hallo Winnie,

- Und das Durchbrechen der LED führt unvermeidlich zur Zerstörung, deshalb habe ich die antiparallel geschaltete Schutzdiode -
haste mal ne Zeichnung? Wie sieht antiparalell aus?

Gruß
Edmund
der schon viele SMDLED verbaut hat, aber nie antiparalell.

Hallo Edmund,

Hab hier im Betrieb leider keine Schaltzeichnung zur Verfügung aber im Prinzip ist es Folgendes:
Dioden haben eine Anode (der Pfeil in Richtung des senkrechten Strichs) und eine Kathode (Eselsbrücke von der Seite des Strichs betrachtet sieht es mit dem Anodenpfeil wie ein verkehrt herum geschriebenes K aus). Die Schutzdiode wird nun einfach so angebracht, dass ihre Anode mit der Kathode der LED verbunden ist und umgekehrt.

Wenn Du in diesem 1 zu 160.net unter Elektrik guckst, findest Du dort einen Beitrag zur Weichenrückmeldung. In einem der Beiträge ist ein Link zu einer Elektronik-Seite in der auch die Zeichnung zu finden ist.

Gruß Winnie

Vielen Dank für die ausführlichen Informationen! Winnie, du hast richtig erkannt, dass ich ein unversierter Nichtfachmann bin (und mein 7. Schuljahr -dazu noch an keiner POS- liegt schon lange zurück...). Aber trotzdem bin ich dank eurer Hilfe schon ein Stück weiter, erst recht, wenn ich noch erfahre,
- was ein Arbeitspunkt ist,
- ob ich für jede LED eine Schutzdiode anbringen muss, und
- ob ich mit einem hinter meinem Faller-Lichttrafo geschalteten Brückengleichrichter auf der sicheren Seite bin.

Danke und herzliche Grüße, Albrecht.

Hallo,

Arbeitspunkt: http://de.wikipedia.org/wiki/Arbeitspunkt

Schutzdiode: bei Betrieb mit Wechselspannung für alle InGaN, InP und dergl. d.h. weiße, blaue, grellorange, pinkfarbene (gibts wirklich) etc. auf jeden Fall verpflichtend, die "klassischen" GaAs, GaP etc. d.h. rot, gelb und grün halten höhere Sperrspannungen aus, auch wenn die meisten Hersteller es in den Datenblättern nicht garantieren

Brückengleichrichter: da hinten Gleichspannung raus kommt, muss man die LEDs nicht schützen wenn polrichtiger Anschluss gewährleistet ist (Einhaltungen von definierten Kabelfarben, z.B. rot/schwarz, rot/blau, rot/braun und/oder Markierungen +/-)

Grüße, Peter W.

Hallo

Vielen Dank Peter W. damit ist schon fast alles gesagt und ich spare mir einige Erklärungen. Nur noch: Albrecht, bei Verwendung eines Brückengleichrichters hast Du eine pulsierende Gleichspannung, bei der sozusagen die negative Halbwelle umgeklappt - positiv gemacht - ist. Du hast also pro Sekunde 100 mal Maximum und 100 mal Null-Spannung. Das gleicht man im üblicherweise durch Parallelschaltung eines Elektrolytkondensators aus. Die Dimensionierung hängt von der Last ab, ich habe als Fausregel mal 1000 Mikrofarad pro Ampère Laststrom gelesen, aber 1A Last scheint mir etwas viel. Deshalb solltest Du einen Wert zwischen 47 und 100 Mikrofarad wählen, das reicht für Lasten bis 120 mA. Auf alle Fälle solltest Du auf die richtige Polung der LED und des Kondensators achten (Anode an + bei der LED, +Zeichnung am Kondensator) und den Vorwiderstandnicht vergessen, damit die LED nur ihre 1,9 bis 2 Volt Betriebsspannung erhält. Die Kombination von Widerstend ( auch die LED ist einer) und Kondensator nennt man übrigens auch Zeitglied. Der Widerstand multipliziert mit der Kondensatorgröße ergibt die Zeit, in der der Kondensator zu ca. 67 % geladen  bzw. entladen wird wenn die Spannung auf Null zurückgeht.

Gruß Winnie

So,  (vorläufig) zum letzten Mal:

Danke, Peter! Abschließend eine klitzekleine Frage: ist es egal, ob der Schutzwiderstand vor Kathode oder Anode liegt?

Bis zur nächsten Nachhilfestunde ...
Albrecht.

Hallo,

ja das ist natürlich egal. Ich empfehle aber, es möglichst immer gleich zu machen um Fehler zu vermeiden.

Grüße, Peter W.

@ WinnieMatern

Der Durchbruch führt nicht Automatisch zur Zerstörung! Dann wird die LED nämlich wie eine Z-Diode betrieben. Aber da der zulässige Strom in Sperrrichtung meist kleiner ist wie in Durchlassrichtung kommt man sehr schnell in den bereuch wo die max. Verlustleistung für die LED überschritten wird und so eine Thermische Zerstörung eintritt.

@tatihulot

Das mit der 7. Klasse war für die jüngeren gedacht, wenn du schon sehr lange aus der Schule bist, und dann die ganze Zeit nix mit so etwas zu tun hattest, ist es klar, das man so etwas nicht mehr weiß! Ich habe sicher auch in vielen Bereichen Lücken zum Unterrichtsstoff jehner zeit in Fächern mit denen ich Jahrelang nix mehr zu tun hatte! (Als 1. fällt mir da Russisch ein!)

Hallo,

@ptlbahn
das ist es was ich meinte, und ich wollte den guten Albrecht nicht damit noch belasten, auszurechnen, wann die maximale Verlustleistung seiner LED überschritten wird, deshalb die Warnung, man sollte doch lieber auf der sicheren Seite bleiben, die LED wird's einem mit längerer Lebensdauer danken.

Gruß Winnie

@ Winnie

Deine Überlegung es so weit vereinfacht ab zu handeln wie möglich ist zwar gut, aber was passier, wenn man dann sieht, das es (erst einmal) doch funktioniert?
Der Unwissende hält dich für unglaubwürdig (und der wissende für einen Deletanten), und du erreichst das Gegenteil von dem, was du willst! Wenn du schon bestimmte Dinge vernachlässigst, dann solltest du auch sagen, das diese Aussagen auf Vereinfachungen beruhen  und es auch Sonderfälle geben kann, aber diese Sonderfälle hier wegen der Komplexität nicht weiter erläutert werden sollen.

@ptlbahn

Stimmt, Du hast recht, ich bin ein Dilettant, denn meine Elektronik-Ausbildung liegt mittlerweile 40 Jahre zurück und in viele der moderneren Dinge muss ich mich erst einarbeiten, aber eine Komplettabhandlung über die Verwendung von LED's unter Berücksichtigung aller möglichen physikalischen Grundlagen inklusive aller Einschränkungen der Verwendbarkeit würde nach meiner Meinung de Rahmen dieses Forums sprengen. Schon die Darstellung eines temperaturabhängigen Strom-Spannungsdiagramms würde doch manchen überfordern. Dilettant heißt übrigens "versierter Laie", also jemand der etwas nicht berufsmäßig ausführt. Wenn Du mir Dilettantismus im Sinne von Pfuscherei vorwirfst, so muss ich demnach vermuten, dass Du meinst, nur Elektroniker, die solche Dinge berufsmäßig betreiben, seien berufen, zu solchen Themen auch Stellung zu nehmen. Nur her mit denen, ich schweige dann gern. Aber außer Dir hat sich von diesen Koryphäen - ich vermute dass Du eine solche bist, ohne sich zu erkennen zu geben - keiner gemeldet, um dem armen Albrecht zu helfen. Mit dem was ich ihm geschrieben habe gelangt er aber wenigstens zu brauchbaren Ergebnissen.

Für alle anderen:
Es gibt für Interessierte von Jürgen Köhler eine gut fundierte Buchreihe "Elektronik & Modellbahn" in 4 Bänden. Darin werden viele Lösungen für elektronische Probleme angeboten. Band 4 ist allerdings für uns N-Bahner nicht ganz so wertvoll, da er meines Erachtens sehr "Märklin-Lastig" ist.

Gruß
Winnie

Hallo zusammen,

ich finde es wunderbar, wie auf solche eine einfache Frage von Albrecht so komplizierte Antworten gegeben werden wie hier: er wollte, da selbst Laie, nur wissen, ob das, was er da mißt, auch richtig ist.
Die Antwort wurde ihm gegeben und er hat es auch selbst nachvollziehen können.
Für tiefergehende Erläuterungen kann er ja einführende Literatur wälzen.

Grüße Michael Peters

Danke, danke, Michael!

Albrecht

Hoi,

ein sehr nützliches Programm mit einer Unmenge an Einstellungen und Informationen stammt von Karl Berrischen und heisst LED-Rechner.

Download z.B. hier:
http://www.moba-tipps.de/LED-Rechner/LED-Rechner-V23.zip

Doei
Trixi

Die von Trixi zu diesem Beitrag angefügten Bilder können nur von registrierten Usern gesehen werden - Login

ich will nun doch mal was los werden:
weil,  denke, es war alles geklärt spätestens ab Anrwort #13.
Wieso fangen die Spezialisten sich anschließend an zu "kloppen".
Immerhin hat Herr Tati ( oder Herr Hulot ) alles begriffen, wobei ich anmerken möchte, das ich auch mal wieder solch einen Urlaub machen möchte .....

spezielle Worte:
an PtBahn,
deine Denkensweise zum Verhalten eines Sperrschichtdurchbruchs gibt zu denken Anlass!
Nach deiner These aus #14 wäre es doch danach sinnvoll,
den Sperrstrom klein zu halten und eine maximal mögliche Verlustleistung unmittelbar nach dem Durchbruch zu haben.

-> Wärmerückgewinnung   ????
-> Wirkungsgrad > 1 ??




Anders gesagt: sinniere mal so über Weihnachten vor dich hin, in welcher Betriebsart Laserdioden bzw. Zenerdioden / Leuchtdioden betrieben werden und wo die Unterschiede liegen.
Wahrscheinlich werden die dann aufkommenden Ergüsse niemandem hier interessieren, dienen aber ein wenig zur grundlegenden Erleuchtung.

@Michael Peters #18
Im Thread gab es ja Leute, die ihm geholfen haben. Und genau diese Leute werden ihm auch weiter helfen, wenn Probleme kommen.und ohne Verwirrung zu stiften.

Gruß,
Günter

Gruß und ein frohes Fest

@ Winnie

Ich wollte dir nicht unterstellen, das du keine Ahnung hast oder nur Pfuscher bist, dazu kenne ich dich zu wenig! Es ist mir auch klar, das hier nicht zu 100% alles für alle Fälle bis ins kleinste Detail erklärt werden kann/sollte oder gar dann noch verstanden wird. Dann hätten wir hier nur noch Doktorarbeiten als Erklärungen. Dennoch bin ich weiter der Ansicht, das relevante zusammenhänge zumindest erwähnt werden sollten. Wenn deine Elektronikausbildung 40 Jahre her ist, dann ist sie ja nicht so viel älter wie meine, die jetzt rund 30 Jahre her ist. Also bitte nicht Sauer sein, ich wollte dir weder etwas negatives Unterstellen noch nach sagen!

@ Günter

Tut mir leid, aber mit Laserdioden hatte ich noch nix zu tun, und hab mich mit Ihnen auch noch nicht näher beschäftigt! Ich kann auch nicht nachvollziehen, wie du aus Beitrag 14 einen Wirkungsgrad >1  für eine LED heraus lesen schaffst! Aber wie schon gesagt wurde, das eigentliche Problem wurde geklärt und weitere Diskussionen dürften überflüssig sein.

Hallo zusammen,

Ende 2003 und Anfang 2004 gab es in der MIBA mal einige schöne Beiträge mit Einführungen in die Elektronik.
Alle Beiträge waren so gehalten, daß auch ein Laie sie verstand.
Mit diesem Grundwissen kann man dann auch was mit dem LED-Rechner anfangen.

Grüße Michael Peters

Hallo,

ich hänge mich mal an diesen Uralt-Thread ran, um nicht den zehnten zum Thema LED-Vorwiderstand aufzumachen.

Ich habe eine 0402 grün mit UF=3V und IF=20mA. Mit Betriebsspannung 16V~ wäre der errechnete Vorwiderstand 650 Ohm.

Nun habe ich noch eine Schutzdiode in Reihe - bitte jetzt keine Diskussion ob in Reihe oder antiparallel besser ist, ich erwähne dass nur wegen des dadurch zusätzlichen Spannungsabfalls.

Ich habe ein paar Widerstände in Reihe davor gehängt, 4 Stück 6,2 kOhm und 1 Stück 1 kOhm - also in SUmme fast 26 kOhm. Gestartet war ich mit 1 kOhm und habe dann die größeren schrittweise rangehängt und konsultiere euch erst einmal, bevor ich weitermache.

Die Leuchtstärke ist immer noch sehr groß und ich werde morgen noch weitere Widerstände dranlöten zum Probieren. Mein Eindruck war, dass die letzten Hinzufügungen die Leuchtstärke nur unmerklich verringert haben.

Wie ist das zu erklären - ich bin auch kein Elektroniker. Der durch die LED fließende Strom muss doch schon extrem kleiner als 20mA sein durch den großen Widerstand ... dass die LED eine solche Bandbreite hat ...

Eine gleichartige LED mit UF=1,9V (rot) war mit 15,4 kOhm "schon" soweit abzudimmen, wie ich es brauche (kein Flutlicht, lediglich ein roter Signalpunkt am Schiff) - da die grüne LED eine höhere Flussspannung hat, hätte ich damit gerechnet, dass dieser Wert sie eher dunkler macht als die rote. Rätselhaft ---> aber nicht für euch Experten, hoffe ich.

Viele Grüße
Frank

Hallo,

beachte die Angaben zu Lichtstärke im Datenblatt. Die 20 mA sind der Strom, bei dem die 3 V gelten.
Eine Diode "hat" keine Spannung, sondern die ergibt sich aus dem Strom der durch sie hindurch fließt. Das ist immer eine nichtlineare Kennlinie. Dazu kommt dass die Empfindlichkeit des menschlichen Auges bei Grün das Maximum hat, somit ist der subjektive Eindruck der Lichtstärke hier am größten und abhängig von der Wellenlänge (= exakte Farbe) ebenfalls nicht linear.

Anhand der 3 V erkenne ich, dass es sich bei der grünen LED um eine sehr helle LED nach dem Sekundäremissionsprinzip handelt, d.h. eine Phosphorschicht wird von einer blauen oder UV LED angeregt. Von der Technologie her ähnlich einer blauen oder weißen LED. Diese Typen leuchten bereits ab wenigen Microampere und die "Bandbreite" ist wirklich sehr hoch.

Im Gegensatz ist die verwendete rote LED mit 1,9 V eine klassische GaAs Diode, vermutlich eine "Super Red" oder dergl. Die hat konstruktiv bedingt eine viel niedrigere Lichtausbeute als Deine grüne.

Grüße, Peter W:

Halle Peter,

danke für die Erklärung!

Sind also die Bauarten technologisch nicht vergleichbar. Das Datenblatt zwecks Kennlinie werde ich mir mal besorgen (Kauf war bei LED-Baron).

Viele Grüße
Frank

Hallo Frank,

viel Glück - Datenblatter wirst Du nur bekommen (im WEB), falls Du die LEDs von einem Markenhersteller nimmst.
Das dürfte aber bei dem LED-Baron kaum der Fall sein, der bezieht seine Ware wahrscheinlich von einem ostasiatischem NoName-Hersteller.

Grüße Michael Peters