LED Strom-Verbrauch

[Roger]

Hallo zusammen,

Ich schlage mich mit dem ohmschen Gesetz herum. Dabei bin ich auf folgende Fragen gestossen:
Ich habe die Augen einer Maske mit LED grün bestückt. Funzt. Schema: 9V Koffer-Batterie -> (+) Widerstand -> (+) LED 1 (-) LED 1 -> (+) LED 2 -> (-) LED 2 -> (-) Batterie. Also Serie. Das hat mir der Elektroniker im Laden so erklärt.
Ich weiss, dass 9V zum Widerstand fliessen, 9V - xV vom Widerstand fliessen zur LED 1, aber wie viel Volt fliessen von LED 1 zu LED 2 ? Eine LED ist doch auch ein Verbraucher, oder ?
Danke für die Erklärung.

[Achim H]

Für jede Led ist eine Vorwärtsspannung (Durchlassspannung) angegeben, und zwar für den Strom, bei dem die Led vermessen wurde.

Nur als Beispiel:
Nichia 5mm LED grün 43300mcd 15° NSPG500DS

Werte laut Kurzdatenblatt:
3,1V @ 10mA
3,2V @ 20mA
3,4V@ 35mA

Nehmen wir einfach mal an, die beiden Leds sollen mit 20mA bestromt werden.
Die Summe der Vorwärtsspannungen beträgt folglich 3,2V + 3,2V = 6,4V.

Die Blockbatterie liefert aber 9V.
Folglich müssen 9V - 6,4V = 2,6V vernichtet werden.

Dafür kann man eine Konstantstromquelle nutzen oder einen Widerstand.
Der Widerstand vernichtet jegliche überschüssige Spannung und stellt (wie die Konstantstromquelle) den Strom durch die Leds ein. Der Strom fließt in gleicher Höhe durch alle Bauteile.

Berechnung des Vorwiderstandes:
UB - UD
-------------------- = R [in Ohm]
ID [in Ampere]

UB = Batteriespannung
UD = Durchlassspannung aller in Reihe angeschlossenen Leds
ID = Durchlassstrom der Led [in Ampere]

20mA = 0,02A

Berechnung des Widerstandes (mit Werten):
9V - 3,2V - 3,2V
-------------------- =
0,02A

9V - 6,4V
------------ =
0,02A

2,6V
------- = 130R [Ohm] --> ist ein Normwert aus der E24-Reihe
0,02A

Falls bei der Berechnung ein krummer Wert heraus kommt oder ein Wert, den es nicht zu kaufen gibt, nimmt man den nächst höheren, aber erhältlichen Wert.
Ausnahmsweise (da die Leds nicht mit dem max. Strom betrieben werden) dürfte auch den nächst kleinere Wert verwendet werden.


Hinweis:
Leuchtdioden sind keine ohm'schen Verbraucher, daher ist das Ohm'sche Gesetz nur bedingt anwendbar.
Leds sind temperaturabhängige Bauteile mit einem negativen Temperaturkoeffizienten. Je höher die Temperatur, desto niedriger dessen Vorwärtsspannung.

Um Deine Frage zu beantworten:
In einer Reihenschaltung fällt an jedem Bauteil eine Teilspannung ab.
Die Summe aller Teilspannungen ist die Batteriespannung.

Led1: 3,2V
Led2: 3,2V
Widerstand: 2,6V
------------------------
Summe: 9V

Strom durch alle Bauteile: 20mA = 0,02A


Wie die Werte Deiner Leds und Widerstand aussehen weiß ich nicht.
Die hier gemachten Rechnung sind nur ein Beispiel. Du müsstest die Rechnung mit den Werten Deiner Bauteile machen.

[Roger]

Hallo Achim,
Danke für deine super Beschreibung. Ich habe mir das Datenblatt mal angesehen und gefunden:
Durchlass-Spannung UF min. 3.5V
Durchlass-Spannung UF max. 4.0V
IF 20mA
Ich habe 2 Widerstände, 1 mal 200 Ohm mit 0,6 W(att?) und 1k Ohm mit 0,6W
Werde es jetzt mal durch rechnen, muss aber noch schauen was UF und IF genau sind/ist.

[Achim H]

UF = U + F --> das F kommt aus dem englischen und bedeutet Forward (Vorwärts). U kennst Du aus dem Ohm'schen Gesetz, bedeutet Spannung.
IF = I + F --> das F kommt aus dem englischen und bedeutet Forward (Vorwärts). I kennst Du aus dem Ohm'schen Gesetz, bedeutet Strom.
W = Watt (ohne Fragezeichen).

[Roger]

Hallo Achim,
Danke für Deine Ausführungen. Ich habe mal gerechnet, bin aber ziemlich konfus. Habe alles Dokumentiert (siehe Anhang).
Kannst du mir den Knoten lösen ? Besten Dank im Voraus.

[Achim H]

Kannst du mir den Knoten lösen ?

Kann ich nicht.

Wie Du im PDF selbst ausgerechnet hast, wäre für einen Strom von 20mA durch die Leds und unter der Annahme einer
Vorwärtsspannung von 3,5V je Led ein 100 Ohm Widerstand nötig. Wird ein 1k (1000 Ohm) Widerstand verwendet, ist
der Strom deutlich kleiner. Mit ihm sinkt auch die Vorwärtsspannung der Leds. Wie hoch der Strom ist und wie hoch die
Vorwärtsspannung der Leds sein wird, kann man nicht berechnen.

Würde man die Leds aus der Schaltung heraus nehmen, sodass nur die Batterie und der 1k Widerstand übrig blieben,
so wäre der Strom durch den Widerstand: 9V /1000R = 0,009A --> 9mA.
Die Leds benötigen allerdings auch etwas Spannung, sodass der Strom weniger als 9mA sein wird.

Der Strom ist aber größer als:
9V - 3,5V - 3,5V
-------------------- = 0,002A --> 2mA
1000R

Ohne Messgerät kommt man hier nicht weiter.
Vorwärtsspannung einer Led messen.

Frage: Warum wird der Strom in min/max angegeben ?

Weil die Shopbetreiber bekloppt sind.

Ein seriöser Shop gibt die typische Vorwärtsspannung beim typischen Strom an.
Als obere Grenze: wie hoch die Led maximal bestromt werden darf.

[Nordstern]

muss man solche berechnungen überhaupt durchführen. genügt nicht ein normales vorschaltgerät?

[Achim H]

Wer basteln will, will ganz bestimmt nicht nur irgendwelche Komponenten miteinander verkoppeln, sondern möchte schon wissen, wie - warum - was funktioniert. Darüber hinaus gibt es Situationen, wo man keine fertigen Komponenten einsetzen kann. Insofern ist es nie verkehrt, wenn man sich dann zu helfen weiß.

[Roger]

Hallo Achim,
Genau darum geht es mir. Ich möchte wissen, welche Schaltung ich nehmen soll, wie man den nötigen Widerstand berechnet, welche LED's und wie viel Strom fliesst usw. Da ich kein Elektroniker bin, muss ich halt ganz unten anfangen. Ich suche mir noch ein paar einfache Beispiele aus Lehrmitteln. Auch die ohmsche Formel ist toll, ich möchte sie verstehen und wissen was ich damit machen kann. Dazu muss man halt auch wissen was Strom, Spannung und Widerstand ist bzw. macht. Und da hilft Fragen, sich damit befassen und einfache Beispiele lösen.....

[Achim H]

In einer Reihenschaltung ist der Strom durch jedes Bauteil* immer gleich groß.
In einer Reihenschaltung fällt an jedem Bauteil eine Teilspannung ab.
Die Summe aller Teilspannungen = die Versorgungsspannung (Batterie, Akku, Netzgerät).

* Eine Konstantstromquelle gilt nicht als Bauteil, sondern ist eine komplexe Schaltung.