Wie liest man Datenblätter?

[SteveBrickman]

Hallo in die Runde

Die Frage mag sich komisch anhören, ist aber mein Ernst Ich mache meine ersten Gehversuche mit LEDs und habe mir dazu ein praktisches Projekt vorgenommen (eine simple Dämmerungsschaltung, die am Ende als Marker beim Angeln zum Einsatz kommen soll ... alles keine Raketentechnik und schon hundert Mal behandelt aber ich will das selber machen [können] und verstehen).

Und nun stehe ich vor dem ersten Fragezeichen: wie liest man Datenblätter einer LED so, dass man für seine Zwecke die richtige kauft? Dass ich auf die Spannung achten muss, die so eine LED verträgt, ist mir inzwischen klar (betrieben werden soll das ganze entweder mit 3xAA in Reihe [also 4,5V im Idealfall] oder einem 18650er Akku [also 4,2V bzw. 3,7V]) und diese Angaben finde ich in den Datenblättern auch. Was ich nicht finde ist die Stromstärke, die die LED benötigt (und soweit ich das verstanden habe, gibt es dort einen sweet spot, auf den ihr euch hier immer wieder bezieht).

Auf welche Angabe muss ich also achten?

Ich danke euch

[Borax]

Hallo SteveBrickman,
welcome on board!

Wenn bei einem LED-Datenblatt der Strom nicht drin steht, ist es 'Murks'. Möglicherweise hast Du das aber auch nur nicht gefunden. Um Dir da sinnvoll zu helfen, wäre aber ein Link zum Datenblatt (oder mindestens zu der gewünschten LED) nötig. Nicht alle Datenblätter sind gleich aufgebaut...
Anfangen sollte man aber bei LEDs erst mal mit der gewünschten Lichtstärke und Farbe...

[Handkalt]

Hallo SteveBrickman,

hier mal ein wahlloses Beispiel: Datenblatt Nichia NF2L757GRT-V1. Auf der zweiten Seite unter (1) Absolute Maximum Ratings / Forward Current findest du die Angabe 200 mA. Das ist der maximal erlaubte Strom, mit dem man die LED maximal quälen kann, damit sie bei optimaler Kühlung überlebt. Für die Praxis eher uninteressant. Die weiteren Angaben unter (2) Initial Electrical/Optical Characteristics sind daher auch nicht für 200 mA, sondern für die praxistauglicheren 150 mA. Diesen Wert solltest du als deinen Maximalwert nehmen. Die LED mit weniger, z. B. nur mit 100 mA zu betreiben, ist auch möglich. Weiter hinten ab Seite 19 gibt es Diagramme, aus denen man z. B. die typische Spannung und den Lichtstrom für einen beliebigen Strom ablesen kann. Wie du siehst, braucht diese LED ca. 6,3 V für den Strom von 150 mA. In deinem Fall müsstest du also eine Step-Up-Konstrantromquelle verwenden.

Wenn in dem Datenblatt nur der maximal erlaubte Strom angegeben ist, würde ich als Faustregel die Hälfte davon als praktischen Höchstwert ansetzen.

-Handkalt

[BMK]

Hallo SteveBrickman,

dein Hinweis "Marker beim Angeln" hat mich auf die Idee für ein weiteres "wahlloses Beispiel" gebracht.
Könnte was sein, wenn es eine Leuchtmarkierung in der Dämmerung bzw. im Dunkeln sein soll.

Realisiert mit dieser LED: https://www.leds.de/nichia-nspwr70css-k ... 11009.html
Es handelt sich um eine sehr effiziente LED, die als Superflux mit Beinchen für den Anfänger gut zu händeln ist und keine Kühlung erfordert.

Gemäß Datenblatt gilt 60mA als Maximum und der normale Strom wird mit 50mA angegeben.
Aaaber: Als Leuchtmarkierung kommt man mit deutlich weniger aus. Thema: Unterbestromung.
In meinem Steckbrettversuch habe ich das Teil mit einem Vorwiderstand von 1 Kiloohm an einen LiIon Akku betrieben.
Dadurch wird der Strom auf 1 mA reduziert. Und das Teil ist immer noch erstaunlich hell. Reicht dicke für eine Leuchtmarkierung.

Das schöne daran: Der LiIon Akku mit rd. 3000mAh liefert rd. 3000 Std Strom à 1mA, das sind etwa 4 Monate.
Da erübrigt sich auch eine Aktivierung bei Dämmerung. Einfach laufen lassen.

Weitere Nettigkeit: Der Akku kann nicht tiefentladen werden. Bei 2,5V hört die LED komplett auf, Strom zu ziehen. Es wird einfach dunkel
und die Stromentnahme geht gegen Null.

[SteveBrickman]

Vielen Dank erstmal

Ich habe jetzt einige Datenblätter durchgearbeitet und bin insbesondere bei den Nichia-LEDs auf eine Bezeichnung "Typ." gestoßen, die ich bis dato tatsächlich als Typ interpretiert habe ... bis mir der kleine Punkt aufgefallen ist und mir klar wurde, dass das offensichtlich "Typical" heißen soll^^

ZU deinem Beispiel: dauerhaft leuchten lassen, wäre sicherlich eine Option, ja ... aber dann doch zu easy Es soll schon eine, wenn auch einfache, Dämmerungsschaltung sein, die mit normalen AA-Zellen (oder Akkus) auskommt ... schon allein wegen der benötigten Abmaßen bei den PVC-Rohren.

Ich habe mir LTSpice installiert und damit begonnen, ein bissgen rumzuspielen ... bis da aber wirklich was brauchbares bei rum kommt, wird es wohl noch eine Weile dauern, fürchte ich. Ich habe zwar eine Schaltung fertig, die simuliert sogar funktioniert aber warum und wieso ... da muss ich noch viel Grundlagenwissen verinnerlichen

Aber wenn's nachher funktioniert, ist es umso geilerer ... fertig kaufen kann ja jeder^^

[Borax]

Es soll schon eine, wenn auch einfache, Dämmerungsschaltung sein, die mit normalen AA-Zellen (oder Akkus) auskommt

Vorsicht... Wenn die Beleuchtung mit 1mA ausreichen würde, ist es schon gar nicht mehr soo trivial eine Dämmerungsschaltung zu bauen, die wesentlich weniger Strom als 1mA verbraucht. Und damit sich das lohnt, muss der Stromverbrauch der Dämmerungsschaltung wesentlich kleiner sein, weil dieser Stromverbrauch ja in jedem Fall dazu kommt, egal ob die LED jetzt leuchtet oder (weil hell) eben nicht. Mit modernen Bauteilen (N-MOSFET mit niedriger Gate Threshold Spannung z.B. IRLML6244) ist es aber auch nicht schwierig. Im einfachsten Fall kommst Du mit einem Fototransistor, einem MOSFET und zwei Widerständen aus... Falls Du einen Schaltplan (bzw. LTSpice File) haben willst, sag Bescheid

[SteveBrickman]

Ob die 1mA reichen, weis ich ehrlich gesagt nicht. Ich habe jetzt tatsächlich mit 20mA und super hellen LED simuliert (z.Bsp. https://www.leds.de/nichia-nspa510bs-5m ... 15611.html) ... wenn die Bauteile alle hier sind, wird das auf einem Steckbrett mal durch's Dorf getragen abends und mal geguckt ... man sollte das schon auf einige Entfernung erkennen können ... der Marker ist draussen auf dem Wasser und ich muss des nachtens schon wissen, wo ich hinpaddeln muss, wenn ich neu auslegen will/muss.

Das LTSpice-File kannst du mir gern zuschicken ... ich sammle grad alles, was ich als Schaltung finden kann und versuche die nachzuvollziehen und zu verstehen

[Borax]

Ok. Soll es eine orange LED sein? Ich würde Dir eher eine mit einem großen Abstrahlwinkel empfehlen. Schließlich soll das ja möglichst aus jeder Richtung gut erkennbar sein. Die verlinkte hat nur 30°. Das ist schon ziemlich stark gerichtet...
Diese hier: https://www.leds.de/nichia-nspar70bss-s ... 11604.html hat immerhin 115°. Das ist IMHO wesentlich besser geeignet.
Zur Schaltung:

Dämmerungsschalter3.png (9.27 KiB) 4043 mal betrachtet

Der eingerahmte Teil gehört nicht zur endgültigen Schaltung dazu (ist nur für die Simulation erforderlich). Simuliert wird der Dämmerungsschalter über einen Optokoppler statt Fototransistor. Weil Du kannst in LTSpice keine 'Lichtstärke' simulieren. Aber der Empfängerteil eines Optokopplers ist nichts anderes als ein Fototransistor. Und mit der Sendediode kannst Du eben unterschiedliche Beleuchtungsstärken simulieren, je nachdem welchen Strom Du für die Sende-LED verwendest. Je größer der Vorwiderstand (R3) an der Sendediode, desto weniger Strom bekommt die Sendediode und desto geringer ist dann die Beleuchtungsstärke auf dem Empfänger-Fototransistor. Bei einem Vorwiderstand von 500KOhm entspricht das etwa einer Beleuchtungsstärke von weniger als 0.1 Lux* ('stockfinster'). Dann ist der Empfänger-Fototransistor quasi 'aus' (=hochohmig) und die Gate-Spannung am Mosfet liegt bei über 3V, also ist der Mosfet voll leitend und es fließen 20mA durch die LED. Wenn Du den Vorwiderstand (R3) der Sendediode auf weniger als 190 KOhm reduzierst, steigt die Beleuchtungsstärke auf dem Empfänger-Fototransistor auf ca. 1Lux* (in etwa die Helligkeit einer Kerze) und der Fototransistor wird (hinreichend) leitend. Dadurch sinkt die Gate-Spannung am Mosfet auf weniger als 0.7V und der Mosfet sperrt (=LED aus). Den 'Übergangspunkt' zwischen LED an und LED aus kannst Du durch ändern des Gate-Vorwiderstands (R1) vorgeben. Je größer dieser ist, desto dunkler muss es sein, damit die LED an geht. In der realen Schaltung wird natürlich nicht der Optokoppler sondern ein Fototransistor verwendet. Ich habe sehr gute Erfahrungen mit dem SFH 309 (https://www.reichelt.de/Fotodioden-etc- ... CLE=216804 ) gemacht. Andere gehen aber auch. Der Stromverbrauch dieser Schaltung (mit 1000KOhm als R1) liegt bei rund 5µA (im Zustand LED aus).
Noch was: Falls Dir der IRLML Mosfet zu schwierig zu löten ist (SOT-23 SMD Gehäuse: https://www.reichelt.de/IRL-IRFZ-Transi ... CLE=132147 ), der BS270 ginge wohl auch: https://www.conrad.de/de/mosfet-on-semi ... 63062.html Ist aber durchaus schon wesentlich schlechter (wird vmtl. nur bei einer Batteriespannung von > 4V vernünftig funktionieren - der IRLML geht auch bei 3V noch problemlos). Ich habe solche SOT-23 Transistoren aber auch schon oft auf Standard-Lochrasterplatine verlötet. Das geht mit ein wenig Übung eigentlich sehr gut.

* Diese Beleuchtungsstärken sind reine Schätzwerte

[SteveBrickman]

Nu bin ich platt! Vielen Dank

Wegen dem Abstrahlwinkel: das ganze soll in ein Acrylrohr verlegt und mit transparentem Gießharz vergossen werden - das würde praktisch wie bei einer Glasbodenbeleuchtung aus dem Möbelmarkt "funktionieren" und wäre dann auch gleich noch wasserdicht In meinem jugendlichen (*hust*) Leichtsinn sage ich mal: da spielt der Abstrahlwinkel keine große Rolle (wenn er nachher doch eine spielt, hätte ich auf dich und auf mein Bauchgefühl hören sollen ... aber dazu ist ein Prototyp ja da^^).

Löten ... tja ... ich habe vorhin versucht, an einen BPX 81 eine Litze zu löten ... versucht Ich übe jetzt mit abgekniffenen Heftklammern und Kupferlitze

[Borax]

...aber dazu ist ein Prototyp ja da. Ja. Weil mein Bauchgefühl sagt: Es (Abstrahlwinkel) spielt trotzdem eine Rolle. Den BPX 81 kannst Du statt dem SFH 309 verwenden. Die sind sich recht ähnlich von den elektrischen und optischen Werten her.
...an einen BPX 81 eine Litze zu löten: Das ist aber auch schon eine etwas schwierigere Aufgabe. Zumindest ohne das richtige Werkzeug ('Dritte Hand beim Löten' ). Bauteile auf Lochrasterplatine löten ist einfacher. Bei SMD aber auch wieder nicht. Weil da muss man das Bauteil gut fixieren, sonst hängt es garantiert am Lötkolben und bleibt nicht auf der Platine...

[SteveBrickman]

Dritte Hand steht vor mir auf dem Schreibtisch Durch'ne Lupe zu löten will aber auch erstmal gelernt sein

Ich habe mal deinen Schaltplan umgebaut auf einen BC547C ... simuliert kitzelt er noch ein bissi mehr aus den Akkus raus bzw. fließt bei gleicher Akkurestspannung (3 V) etwas mehr Strom durch die LED. Und ja, ich werde bzgl. des Abstrahlwinkels auf dich hören

[Borax]

Ich habe mal deinen Schaltplan umgebaut auf einen BC547C

Geht auch, verbraucht aber knapp 60µA Ruhestrom wenn es hell ist (statt 5µA bei der Mosfet Variante). Und die LED geht schon wesentlich früher an (bei größerer Rest-Helligkeit). Damit sie wirklich aus ist, muss R3 kleiner als 27K gesetzt werden. Bei der Mosfet Variante kleiner 190K. Das entspricht einem Helligkeitsunterschied um den Faktor 6. Musst Du testen, ob das reicht. Bei der Mosfet Variante kannst Du auch ohne Probleme R1 auf mehrere MOhm erhöhen. Bei der Bipolartransistor Variante geht das nicht, sonst wird der LED-Strom zu klein.

simuliert kitzelt er noch ein bissi mehr aus den Akkus raus bzw. fließt bei gleicher Akkurestspannung (3 V) etwas mehr Strom durch die LED.

Das hängt nur vom LED-Vorwiderstand ab. Wenn Du bei der Mosfet Schaltung auch nur 10 Ohm Vorwiderstand verwenden würdest, bekommt die LED dann bei 3V Akkuspannung immer noch 19.4mA. Allerdings hättest Du bei 4.2V dann rund 100mA...
Aber prinzipiell hast Du recht. Es reicht (wahrscheinlich - kommt drauf an, bei welcher Rest-Helligkeit die LED angehen soll) ein Bipolar-Transistor. Relativ zum Stromverbrauch bei LED an (20mA) fallen die 55µA mehr Ruhestrom nicht ins Gewicht.

[SteveBrickman]

Ich warte jetzt, bis die Bauteile alle hier sind und starte mit dem Steckbrett dann den Feldversuch ... ich bin mir inzwischen nämlich auch nicht mehr ganz sicher, ob es unbedingt eine superhelle LED sein muss oder ob es nicht doch solch eine Low-Current-LED auch tut.

Wenn ich darf, halte ich dich mal auf dem Laufenden?

Bis hier hin erstmal vielen vielen Dank

[Borax]

Wenn ich darf, halte ich dich mal auf dem Laufenden?

Aber klar. Wir freuen uns auch immer über Fotos vom (hoffentlich) erfolgreichen Projekt!

ob es unbedingt eine superhelle LED sein muss oder ob es nicht doch solch eine Low-Current-LED auch tut

Nimm trotzdem eine superhelle LED und erhöhe den Vorwiderstand. Low-Current-LEDs sind meist sehr ineffizient. Superhelle LEDs mit geringem Strom dagegen hocheffizient.
Wegen der Schaltung. Ich habe das gerade mal mit dem SFH 309 ausprobiert/nachgemessen. Ich glaube mit dem Bipolar-Transistor wirst Du nicht glücklich. Mit einem 1 MOhm Pullup Widerstand (R1) liegt der Umschaltpunkt (ca.1V am Gate) bei rund 30 Lux. Das ist immer noch relativ hell. Mit 4 MOhm sind es dann nur noch 6 Lux. Das ist IMHO hinreichend dunkel. Mit dem Bipolar-Transistor und R1 = 91 KOhm liegt der Umschaltpunkt schon bei etwa 200 Lux. Das ist noch richtig hell (z.B. wird die Straßenbeleuchtung gem. DIN erst bei weniger als 50 Lux eingeschaltet). Oder Du nimmst einen Fotowiderstand. Z.B.: https://www.pollin.de/p/fotowiderstand- ... eck-120797 . Für geringe Beleuchtungsstärken sind die besser geeignet. Die haben bei 10 Lux schon 5-10 KOhm und wären da also schon gut leitend. Der Dunkelwiderstand (< 0.01 Lux) liegt bei diesem Typ bei rund 600 KOhm.

[SteveBrickman]

Ok, jetzt bin ich überfordert

Wenn ich R1 durch einen LDR ersetze, habe ich ja am Ende eine Hellschaltung, oder nicht?

[Borax]

Nicht R1. Der bleibt so wie er ist (ggf. auf noch etwas weniger Widerstand reduzieren - ca. 20-50K). Den LDR verwendest Du statt dem Phototransistor. Dann funktioniert das genau wie vorher, aber ein LDR ist bei geringen Beleuchtungsstärken wesentlich empfindlicher als ein Fototransistor. Und ich nehme mal an, dass die LED erst an gehen soll, wenn es richtig dunkel ist. Also vmtl. bei etwa 10 Lux (und nicht schon bei 100 oder mehr Lux). Und mit dem geringen Wert für R1 kannst Du problemlos den Bipolar-Transistor (BC547C o.ä.) verwenden und musst keinen SMD MOSFET löten . Der Ruhestrom steigt allerdings weiter an, je nachdem wie klein R1 dann für die gewünschte Einschaltschwelle ist. Das könnte man ein wenig verbessern wenn man noch einen weiteren Widerstand vor oder hinter den LDR schaltet. Nehmen wir mal an, Du willst eine Schaltschwelle von rund 10 Lux. Der verlinkte LDR hat da einen Wert zwischen 5K und 10K. Als Mittelwert nehmen wir 7.5K. Dann könnte das so aussehen:

Wenn der LDR dann etwa 7.5K hat, beginnt die LED zu leuchten (mit etwa 1mA). Richtig hell (> 10mA) wird sie allerdings erst wenn der LDR mehr als 20KOhm hat (vmtl. bei weniger als 5Lux). Den maximalen Strom (ca. 19.5mA) erreicht sie erst, wenn es 'stockfinster' ist (< 0.1 Lux - da hat der LDR dann über 150KOhm). Der Ruhestrom (= LED aus und Beleuchtungsstärke > 100 Lux) liegt trotzdem bei maximal 57µA.

[SteveBrickman]

lol, es leuchtet

Ich habe aus Bauteilen, die ich schon hier habe gerade eben einen Prototypen gesteckt, der wirklich funktioniert

R1 = 100K
R2 = 10
LDR = GL5528
R4 = 0 (weg gelassen)

Stromquelle war ein LiIo-Akku (4,22V)

LED geht relativ früh an aber das wird am LDR liegen (wenn ich das richtig sehe, hat der bei 10 Lux schon irgendwas um die 20K)

Ist das Herz plötzlich in der Hose gewesen, als das Licht anging

Vielen lieben Dank Ich mach Bilder, wenn ich dazu komme

[SteveBrickman]

Oh Mann! Spieltrieb geweckt

R3 als Poti eingesetzt würde die Empfindlichkeit anpassbar machen. Ich glaube, das ist die Lösung meiner Wahl. Version 1 bzw. Version 2 sind zu früh hell (Version 2 leuchtet grad vor mir und schaltet mit dem GL8825 schon bei beginnendem Dämmerlicht ein ... also viel zu früh).

[Borax]

Spieltrieb geweckt

So soll es sein

Deine letzte Schaltung (mit 2 Transistoren) braucht aber jetzt sehr viel Ruhestrom. Wenn es richtig hell ist (> 100 Lux) dann hat auch Dein LDR (vmtl. meinst Du den GL5528 - einen GL8825 finde ich nicht) nur noch etwa 1K oder weniger. Und dann braucht die Schaltung über 3mA, weil der niedrige LDR Widerstand dafür sorgt, dass (unnötig) viel Strom in die Basis des ersten Transistors fließt. Mir wäre das zu viel. Vielleicht solltest Du doch darüber nachdenken, statt des BC547 einen (guten) Mosfet zu verwenden. In dem Fall kannst Du 'Variante 2' nehmen und R1 entsprechend groß machen, so dass die Schaltung auch erst bei recht großem Widerstand des LDR (also wenn es richtig dunkel ist) einschaltet. Der Ruhestrom sinkt dann sogar, je größer R1 wird. Und wenn Du einen Mosfet suchst der einfach zu löten (oder auch zu stecken) ist, dann kannst Du ja (zwar unnötigerweise aber egal) einen Leistungsmosfet mit niedrigem Vgs nehmen. Z.B.: https://www.reichelt.de/IRL-IRFZ-Transi ... ICLE=90365

[SteveBrickman]

Dumme Frage: muss man so einen Mosfet kühlen?

...

Die angehängte Schaltung verrichtet seit zwei Tagen im Flur als Nachtlicht ihren Dienst im Feldversuch. Die Simulation zeigt aber ein Problem: mit fallender Akkuspannung verschiebt sich der Schaltpunkt in den helleren Bereich. Ich werde also tatsächlich auf Fototransistor und Mosfet zurück greifen müssen, denke ich. Eine Frage noch zum Mosfet, wenn ich darf: ich müsste im Grunde nur auf eine möglichst niedrige U(th) achten, richtig? (Und ja, der Herr Brickman klugscheissert schon schön rum^^ ... ich guck seit Tagen nur noch YT-Videos zu dem Thema).

btw. bzgl. der LED hattest du tatsächlich recht: die macht einen schönen blauen Punkt an der Decke ... mehr aber auch nicht (15°)

[Achim H]

Der Innenwiderstand RDS(on) eines IRLU024N ist extrem niedrig und beträgt nur 0,065 Ohm.
Bei 20mA (0,02A) würden nur 0,065R x 0,02A = 0,0013V abfallen.
Die Leistung ist 0,0013V x 0,02A = 0,000026W.

Bei einer so geringen Leistung brauchst Du den FET nicht kühlen.

[SteveBrickman]

Vielen Dank

Ich würde gern noch eine Frage los werden: ich simuliere mit LTSpice die Schaltungen. Dabei frage ich ab, welcher Strom über die LED fließt [ I(D1) ]. Der Vorwiederstand ist jetzt so dimensioniert, dass die LED bei 20mA liegt.

Nehme ich mir aber jetzt einen der vielen Vorwiderstandsrechner im Netz zur Hand und gebe dort meine Werte ein (Spannung an der Quelle: 4,5V, Spannung LED: 3V, Strom LED: 20mA) kommen andere (höhere) Widerstandswerte bei raus. Setze ich die dann im Modell ein, erreicht die LED simuliert nicht die 20mA?

Woran liegt das?

[Borax]

Die Simulation zeigt aber ein Problem: mit fallender Akkuspannung verschiebt sich der Schaltpunkt in den helleren Bereich.

Das Problem bleibt (ist völlig unabhängig davon, ob Du jetzt einen bipolaren Transistor oder einen Mosfet verwendest). Um das zu vermeiden bräuchtest Du eine Spannungsstabilisierung (z.B. eine 2.7V Zenerdiode oder einen TL431 o.ä.). Letztlich bildet der LDR und der Widerstand einen Spannungsteiler und dessen Mittelspannung ist immer von der 'Versorgungsspannung' des Spannungsteilers abhängig. Vorteil des Mosfet relativ zum Bipolar-Transistor ist die Tatsache dass kein Strom fließen muss. Daher kann der Spannungsteiler aus Widerstand und LDR quasi beliebig hochohmig sein. Darunter 'leidet' nur die Umschaltgeschwindigkeit. Die spielt hier aber keine Rolle.
Wobei es IMHO mit einem guten Mosfet (die IRLML sind hier aber quasi unschlagbar) nicht so schlimm ist.
Ich hab es hier mal mit 3.3V und 4.2V simuliert:

Dann liegt der Umschaltpunkt (Strom größer 1mA) in ersten Fall bei knapp 60K des LDRs und im zweiten Fall bei 45K. Das ist IMHO ok.
Und bei dem geringen Strom (20mA) ist ein Li-Akku bei 3.3V sowieso leer (mehr als 90% der Kapazität verbraucht - siehe z.B.: http://lygte-info.dk/review/batteries20 ... %20UK.html ).

Setze ich die dann im Modell ein, erreicht die LED simuliert nicht die 20mA?

In welchem Modell? Hast Du da ein eigenes LED Modell erstellt? Falls nicht, die (von mir in Simulationen oft verwendete) AOT 2015 braucht nicht 3V bei 20mA sondern etwa 2.85V.
Und nicht vergessen:

Spannung LED: 3V, Strom LED: 20mA

Das sind nur typische Werte. Die reale Flussspannung Deiner LED kann locker 5% von der Herstellerangabe abweichen (also 2.85V bis 3.15V). Das ist die normale Toleranz, wie sie bei allen elektronischen Bauteilen (mal abgesehen von speziellen Messbauteilen wie Präzisionswiderstände, Spannungsreferenzen...) vorhanden ist.

Vorwiderstandsrechner im Netz

Welche genau?

Eine Frage noch zum Mosfet, wenn ich darf: ich müsste im Grunde nur auf eine möglichst niedrige U(th) achten, richtig?

Ja. Und auf ein RDS(on) von weniger als 10 Ohm.

[SteveBrickman]

Ah!

Nein, mit "Modell" meinte ich tatsächlich den Schaltplan selbst. Das bedeutet also, ich nehme dann in der Realität die Widerstände, die ich für die dann tatsächlich verbaute LED (mein Angelkumpel hat "Bedarf" angemeldet und spezielle Farbwünsche gäußert^^) ausgerechnet habe (oder alternativ: ich müsste dann ein Modell für LTSpice anlegen)?

Das bedeutet aber dann am Ende, dass die Ideallösung aus einer Kombination aus Fototransistor und Mosfet besteht. Meine Denke dahinter: der Transistor bildet keinen Spannungsteiler, sodass ich den Widerstand am Colector (praktisch beliebig) hochohmig machen kann und damit die Schaltung sensibler mache und den Ruhestrom reduziere. Ich kann den Mosfet aber immer noch schalten, was bei einem Transistor zwar auch ginge, mir dann aber der nötige Versorgungsstrom der LED fehlen würde.

Schüttelt ihr sowas einfach so aus dem Ärmel? Hut ab!

[Borax]

ich nehme dann in der Realität die Widerstände, die ich für die dann tatsächlich verbaute LED (mein Angelkumpel hat "Bedarf" angemeldet und spezielle Farbwünsche gäußert^^) ausgerechnet habe

Idealerweise nicht ausgerechnet sondern gemessen Wegen den Toleranzen hat die Berechnung nur Hinweischarakter.

Das bedeutet aber dann am Ende, dass die Ideallösung aus einer Kombination aus Fototransistor und Mosfet besteht.
Meine Denke dahinter: der Transistor bildet keinen Spannungsteiler

Doch. Der bildet genauso einen Spannungsteiler.

sodass ich den Widerstand am Colector (praktisch beliebig) hochohmig machen kann und damit die Schaltung sensibler mache und den Ruhestrom reduziere. Ich kann den Mosfet aber immer noch schalten, was bei einem Transistor zwar auch ginge, mir dann aber der nötige Versorgungsstrom der LED fehlen würde.

Ja. Der 'Rest' stimmt.
Wie gesagt, einen von der Versorgungsspannung unabhängigen Umschaltpunkt bekommst Du nur mit einer Spannungsstabilisierung. Siehe Anhang...
Du brauchst aber keinen sündhaft teuren LT1389. Ein billiger TL431...
[Edit] Nein. Der tut es nicht. Der braucht minimal 400µA. Also am einfachsten eine ganz normale billige Zenerdiode ( https://www.reichelt.de/index.html?ACTI ... ICLE=23125 ). Es geht ja nicht um 1% Genauigkeit...