Berechnung von Vorwiderständen für LEDs

Im heutigen Blog möchte ich mal kein neues Projekt oder eine Fortsetzung der bestehenden Blogreihe vorstellen, sondern einmal eine andere immer wieder neu auftretende Problemstellung für Hobbyelektroniker ansprechen.

In vielen Projekten werden LEDs zur Anzeige von Status und ähnlichen Informationen verwendet. Diese benötigen jedoch zum Betrieb sogenannte Vorwiderstände, die den Strom durch die Diode begrenzen. Die Größe (der Wert) des im Einzelfall benötigten Vorwiderstandes richtet sich dabei nach Faktoren wie der Betriebsspannung aber auch der Farbe und der Art der eingesetzten LED.

Je nach Farbe der LED haben diese Halbleiter unterschiedliche sog. LED-Flussspannungen. In folgender Tabelle sind die LED-Flussspannungen von einigen LED typen aufgelistet:

LED-Farbe

LED-Flussspannung ULED

infrarot

1,2V...1,8V

Rot

1,6V...2,2V

Gelb, grün

1,9V...2,5V

blau (auch UV), weiß

3V...4V

 

Die Grundschaltung für den LED-Vorwiderstand (R1) ist nachfolgend abgebildet. U1 bildet die Versorgungsspannung der LED, die Gleichspannung sein muss.

Bild 1

Grundlage der Berechnung des Vorwiderstandes (R1) ist das nach dem Physiker Georg Simon Ohm genannte Ohm’sche Gesetz, das die Relation zwischen Spannung, Strom und widerstand definiert. Es sagt folgendes aus:

 

U = R*I

R = U/I

I = U/R

Mit diesen Grundlagen im Gepäck schauen wir uns die Berechnung des Vorwiderstandes an. Wichtig dabei ist die Erkenntnis, dass die Gesamtspannung U 1 sich in die Teilspannungen U2 und U3 aufteilt. Es gilt: U1 = U2+U3

Bild 2

 

Die Stromstärke (I ges.) ist im gesamten Stromkreis dabei gleich:

Bild 3

 

Gemäß der Kennlinie von LEDs liegt der optimale Arbeitspunkt von LEDs bei / 0,018 A bis 0,020 A. Mit diesen Informationen bilden wir nun die Formel für den Vorwiderstand R1:

 

R1 = (U1 – LED-Flussspannung) / 0,018 A

 

Beispiel bei roter LED:

(5 Volt – 1,6 Volt) / 0,018 = 188,9 Ohm. Der nächste Ohm Wert nach Widerstandsreihe wäre dann 220 Ohm.

Für alle die gerne eine Weboberfläche zur Berechnung eines Vorwiderstandes haben wollen, sei die Seite https://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/1109111.htm


Ich wünsche viel Spaß mit dem heutigen Informationsblog und bis zum nächsten Mal.

10 Kommentare

EloMarco

EloMarco

Ein sehr wichtiges Thema, viele Dank!
Die Berechnung ist zwar einfach (Ohmsches Gesetz), aber es gibt ein anderes Problem.
Es wird oft 20 mA angegeben, in meinen Fall hätte ich statt in ein Hausbar-Bedienpanel in
einen Baustrahler geschaut. Die 20 mA die oft angegeben werden sind ein Grenzstrom (MAX).
In der Regel kommt man schon mit 10mA und weniger aus – das kommt aber auf die Situation an.
Da ich in meinem Hausbar-Bedienpanel 11 LED in 5 Farben (3mm; Blau, Gelb, Grün, Rot und Weiß)
untegebracht habe und auch die LED Spannungen aufgrund der Farbe unterschiedlich sind, kommen
noch unterschiedliche Ströme zu (je nach Helligkeit). Da im Panel 3 Spannungen überwacht werden
(4,5V; 5V; 12V) musste ich darauf achten dass die Vorwiderstände so gewählt sind, das alle LED gleich
hell sind. Also war neben dem Berechnen auch ein Testen notwendig, damit alle LED’s die gleiche
Helligkeit haben (auch die sonst sehr helle blaue LED). Wie oben schon beschrieben reichen bei
den LED schon 1 bis 10mA aus. Bei weniger Strom halten diese auch länger ;)

Schoenfeldt

Schoenfeldt

Für die grundsätzliche Größenordnung des Widerstandes ist die Berechnung sicher sinnvoll. In der Praxis sollte man jedoch den Verwendungszweck der Led berücksichtigen. Wird sie z.B. als “Alarmled” verwendet sollte sie möglichst hell leuchten. Sie ist dann im Normalfall dunkel. Wird sie nur als Led benutzt, dass man z.B. einen Schalt- oder Einschaltzustand erkennt und sie eventuell dann dauernd leuchtet, sollte man den Strom (Vergrößerung des Widerstandes) soweit reduzieren, dass sie gerade zu leuchten beginnt. Man kann dadurch den Stromverbrauch manchmal bis um den Faktor 10 reduzieren. Es gibt low current Led´s, die bereits bei 2mA betrieben werden können.

Gerd

Gerd

Sorry, war etwas zu schnell, es sind natürlich 1 Transistor, 2 Widerstände und 2 Dioden.

Gerd

Gerd

Bei der Bandbreite an Spannungen wäre es mit einer zusätzlichen Diode und einem Transistor sicher einfacher eine Stromquelle zu bauen. Das funktioniert dann bei allen angegebenen Typen.

Konrad Wolf

Konrad Wolf

Es gibt eine sehr gute App dafür: electro-droid für android. Es git eine kostenlose Version die sehr viele entsprechende Funktionen enthält

Srefan M. Caillet

Srefan M. Caillet

Das Prinzip ‘Mehr Strom mehr Licht’ ist aber immer mit Vorsicht zu geniessen. Wenn man die obere Grenze der LED-Spezifikationen überschreitet, verkürzt das sehr die Lebensdauer der LED. Bis zum Punkt ‘Zuviel Strom LED tot’. Ausserdem darf man auch nie die STROMQUELLE ausser Acht lassen. Wenn es sich um den Ausgangspin eines Microcontrollers (z.B. Arduino) handelt, dann sollen die Oben genanten 18-20mA keines Falls überschritten werden. Das gilt dann aber als gesammt Strom, den ein PIN des Controllers liefern kann.

Haflu

Haflu

Das Prinzip funktioniert ja grundsätzlich für alle Spannungswerte. Deshalb sollte man vielleicht noch erwähnen, dass bei höheren Spannungen die Leistung der Vorwiderstände interessant werden könnte (P=U*I).
Übrigens gibt es in der Elektrotechnik keine Doppelpfeile für Spannungen oder Ströme.
In diesem Schaltbild wurde der Strom im Bezug zur Quelle nach dem VPS (Verbraucher-Pfeil-System) eingetragen (Von + nach -). In diesem Falle haben die Spannungspfeile U2 und U3 die gleiche Richtung wie der Strom (nach unten) und nur nach unten.

R. Leilich

R. Leilich

“Mehr Strom mehr Licht” stimmt zwar, aber auch “Mehr Strom, mehr Abwärme”!
Dabei gilt: Kalt – lange Lebensdauer; warm – kurze Lebensdauer; zu warm – Kaputt!

Kossow

Kossow

Wenn der LED-Strom zwischen 18 mA und 20 mA liegen soll, wäre ein 180 Ohm Widerstand der E12-Reihe sicher die bessere Wahl.
(5 Volt – 1,6 Volt ) / 220 Ohm = 15,5 mA (etwas wenig)
(5 Volt – 1,6 Volt ) / 180 Ohm = 18,9 mA ( genau in der Mitte des gewünschten Bereiches )
MfG HKO

Stefan Zudrell-Koch

Stefan Zudrell-Koch

Gut dargestellt aber moderne LEDs brauchen keine 18mA. 2mA sind mehr als ausreichend.
Einen optimalen Arbeitspunkt gibt es in dem Sinn nicht. Mehr Strom mehr Licht.

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