Widerstände

Schaltungen, Widerstände, Spannung, Strom, ...

Moderator: T.Hoffmann

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C.Hoffmann
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Mi, 01.03.06, 23:07

Warum wird ein Widerstand benötigt
Da eine LED i.d.R. mit einer Spannung zwischen ca. 2V und 4V arbeitet und die meisten Quellspannungen höher sind, müssen diese gedrosselt werden, um die LED nicht zu beschädigen. Dies geschieht mit dem Vorwiderstand. Dieser wird üblicherweise am Pluspol der LED angebracht (gelötet). Es spielt allerdings für die LED keine Rolle wo der Widerstand sich innerhalb des Stromkreises befindet. Er kann auch am Minuspol oder am Kabel befestigt werden, wenn dies für die Montage geschickter ist. Der Widerstand hat keine Polung und daher auch keine bestimmte Richtung auf die bei der Montage geachtet werden muss. Wird ein Widerstand nicht oder unsachgemäß angebracht zerstört dies evtl. die LED bzw. verringert Ihre Lebensdauer.

Widerstände innerhalb einer Schaltung
Grundsätzlich sollte in jede Schaltung mit einer LED auch immer ein Widerstand integiert werden um eventuelle Spannungsschwankungen abzufangen. Dies ist vor allem im PKW nötig, um eine lange Lebensdauer der Dioden zu gewährleisten. Eine Reihenschaltung von LEDs ist wesentlich effizienter als eine Parallelschaltung, da letztere weniger Energie benötigt. Die Widerstände "verbrennen" einen großen Teil der Energie regelrecht durch Wärmeentwicklung. D.h. je weniger Widerstände benötigt werden, desto höher die Effizienz. Entgegen der weit verbreiteten Meinung, können auch LEDs mit verschiedenen Betriebsspannungen in Reihe geschaltet werden.
Den benötigten Widerstand in einer Reihenschaltung können Sie mit unserem Widerstandsberechnerausrechnen, indem Sie bei "Betriebsspannung der LED" die summierten Spannungen aller LEDs eingeben. Der Widerstand kann überall innerhalb des Stromkreises angebracht werden. Er hat keinen festen Platz und auch keine feste Richtung, in der er installiert werden muss.

Wann wird ein Widerstand benötigt?
LEDs sind stets mit einem Vorwiderstand zu betreiben, nicht nur wenn eine zu hohe Betriebsspannung zur Verfügung steht, sondern auch dann, wenn die richtige Betriebsspannung, z.B. durch ein Netzteil, gegeben ist. Denn eine Leuchtdiode ist kein ohmscher Verbraucher, wie z.B. eine Glühlampe. Vielmehr sinkt ihr Widerstand bei zunehmender Spannung gegen Null! Das bedeutet rein theoretisch unendliches Ansteigen des Stromes im Bereich der Betriebsspannung der Diode. Hier ist ein Vorwiderstand erforderlich um den Strom auf den vom Hersteller angegebenen Wert zu begrenzen.

Wie wird der Widerstand berechnet:

Code: Alles auswählen

Wir gehen von folgenden Daten aus:
Quellspannung 12V
LED-Spannung: 2.7V

R = Widerstand in Ohm 
U = Spannung in Volt, die abfallen muss (am Widerstand) 
I = Strom in Ampere 

U = 12V - 2.7V = 9.3V 
R = U / I = 9.3V / 0.02 = 465 Ohm 
Oder ganz einfach mit unserem Widerstandsberechner
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C.Hoffmann
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Sa, 18.03.06, 19:16

Weil ich das jetzt schon oft gelesen habe:

Es heißt Widerstände :!: , nicht Wiederstände. Dieses Wort kommt nicht von wieder (nochmal).

:D
Andreas 90
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So, 20.08.06, 22:22

Sorry, ich versteh gerade etwas nicht. Wenn man einen Widerstand einsetzt, wie verhalten sich dann Stromstärke und Spannung? Mein Physiklehrer sagte nämlich die Spannung würde sich durch Widerstände erhöhen, und ohne Widerstand gäbe es gar keinen Strom. Aber hier benutzt man ja Widerstände, um die Spannung zu verringern :shock: ! Ich bin verwirrt.
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lithi
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Mo, 21.08.06, 00:42

kleine frage vorher, wie alt bist du grad und in welches schuljahr kommst du jetzt oder bist du grad?
ich hab die sache mit dem widerstand in der 8 klasse gelernt. einige sachen waren mir damals auch unschlüssig!

alles hat einen widerstand, der spezifische widerstand
hier hab ich was dazu herausgesucht

stell dir den das mal so vor, du hast eine wasserpumpe. damit willst du ein wasserrad antreiben. du nimmst jetzt einen schlauch, sagen wir mal mit einem durchmesser von 1cm. du stellst die pumpe an und siehst wie sich das wasserrad dreht.
jetzt nimmst du eine klammer mit der du an einer stelle den durchmesser verengst. wenn du jetzt auf das wasserrad guckst, siehst du wie es sich langsamer dreht. die verengung sorgt dafür, das weniger wasser an einmal durchkommt, deswegen dreht sich das wasserrad auch langsamer.
so ist das ungefähr auch in der elektronik. ein widerstand hält den fluss leicht oder evt auch stark auf.

ich bin selber noch schüler und hab das jetzt auch schon einige zeit hinter mir, deswegen weiß ich auch nicht mehr alles was man mir damals eingetrichtert hat.
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C.Hoffmann
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Mo, 21.08.06, 03:27

hmm.. die antwort von lithi beantwortet die Frage nicht so ganz finde ich.

Was dein Physiklehrer meint, ist mir allerdings Schleierhaft. Denn nehmen wir mal das Beispiel von lithi: Das Wasserrad dreht sich auch ohne Klammer. Warum es also keinen Strom ohne Widerstand geben soll ist mir nicht ganz klar.

Ich hoffe ich oute mich jetzt nicht zu sehr, vielleicht bin ich da auch falsch dran, aber ich kenne keine Widerstände, die die Spannung erhöhen.

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Mo, 21.08.06, 06:36

also Strom ohne Widerstand geht, soweit ich weiss auch. siehe einfach neo's clusters, da hat er an seinem pcnetzteil 4blaue leds ohne widerstand gehängt und die funktionieren auch prima. Allerdings glaube ich sind wir uns hier einig dass das nicht die beste lösung ist.
@Chris: Ich wüsste auch keinen Widerstand der die Spannung erhöht, denn das wäre ja im prinzip entgegen des Verwendungszweckes. Ein Widerstand ist ja da um eine bestimmte spannung abzupuffern/absorbieren/umwandeln. Wie sollte er da die Spannung erhöhen?
@lithi: ich vermute Andreas ist 15-16 *fg*
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alexStyles
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Mo, 21.08.06, 11:31

Also wollt ihr mich nun auch verwirren ?
Ich bin ja auch ein 90er ... Aber Ich versteh schon wie des so funktioniert mit den Widerständen etc.
@Andreas Doch was dein Physik Lehrer dir erklärt hat zumindest wie das kann ich auhc nicht verstehen .
Zeig ihm doch einfach was du hier im Forum darüber erfahren hast per Ausdruck oder so :wink: .
@lithi o.O Ihr habt das in der 8. gelernt wir garnicht bis jetzt 9. (*g* das 2. mal) also einmal hab ich die 9. schon aber da haben wir es auch garnicht gemacht mit Elektronik machen wir leider eh nicht viel :( .

Also ein Widerstand für sich hält meines Wissens + oder - Spannung ab ab Je Nach der Ohmschen Zahl die man ausrechnet kennt ihr wohl alle dieses Ohmsche Gesetz^^
muss man diesen Widerstand nehmen und einfach im Kreislauf vor oder nach dem Verbraucher anlöten/montieren .
Ist viell. nicht Richtig meine Auffassung aber bis jetzt hat bei mir so alles funktioniert! :P

MfG Alex
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Mo, 21.08.06, 12:00

Jo das wird daran liegen, dass ihr in einem anderen Bundesland seid. Bin in bayrischen Gym. kommt bei uns erst in der 10ten *freu*
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Mo, 21.08.06, 12:13

also ich meine wir hätten das mal in der 8 gemacht, halt eher praktisch... stromkreis,schalter,lämpchen,sowas.
und dann halt nochmal letztes Jahr im 12er Physik Leistungskurs, macht der Grundkurs aber glaub ich auch. Dann aber halt mehr auf Spule, Kondensator, Wechselstrom, Schein&Blindwiderstand, R-C glied, Frequenzweiche und so sachen.
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lithi
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Mo, 21.08.06, 14:24

@chris
ich habe versucht ihm zu erklären, wie wir die funktion von widerständen benutzen.

wir hatten in der 7 klasse e-lehre wo wir die stromsache allgemein durchgenommen hatten.
in der 8 klasse hatten wir dann auch wider e-lehre, diesmal ohmsche gesetz, widerstände und kondensatoren.(kleiner tipp an alle schüler, ich hab jedes mal einen pluspunkt bekommen wenn ich bauteile als beispiel mit in die schule genommen hab)
jetzt in der 9 klasse kam bei uns nichts an e-lehre, erst jetzt in 10 soll wider was kommen.
Andreas 90
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Mo, 21.08.06, 22:52

Kann sein, dass mein Lehrer da wieder Misst gelabert hat. Der ist schon etwas älter und bringt öfter mal was durcheinander, aber das dürfte dem doch eigentlich nicht passieren. Ich hatte extra noch mal nachgefragt und der meinte die Spannung würde sich erhöhen. Ich war übrigens 10te Klasse, das eigentliche Thema war aber Transistoren (jetzt sind bei uns Sommerferien). Vorher hab ich mir das Ganze aber noch anders vorgestellt. Ich dachte die Stromstärke würde sich verringern und die Spannung gleich bleiben.

Ich stell mir das immer so vor, dass die Spannung die Kraft ist, mit der man die Elektronen in Bewegung setzt und dass die Stromstärke die Geschwindigkeit der Elektronen ist. Wenn dann ein Widerstand da ist, drückt die Spannungsquelle die Elektronen mit der gleichen Kraft weiter (also bleibt die Spannung gleich), wobei die Elektronen sich dann langsamer fortbewegen (die Stromstärke also sich verringert).

Aber diese Theorie ist dann wohl auch falsch. Bleibt die Stromstärke dann also gleich? Was ist dann wohl der Fehler in meiner Theorie?
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Di, 22.08.06, 06:28

Andreas: Also bei uns wurde gesagt dass die Spannung quasi die Geschwindigkeit der Elektronen ist und die Stromstärke die Menge, also wieviele Elektronen in einer bestimmten Zeit an einer stelle vorbeifließen. Grund dafür die Formem I = C/t, also Stromstärke ist gleich Ladung geteilt durch Zeit
Andreas 90
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Di, 22.08.06, 09:47

Also ist die Stromstärke quasie die Dichte der Elektronen? Aber dass die Spannung die Geschwindigkeit ist, kann ich mir nicht so richtig vorstellen. Ich hab da was in meinem Buch zu gefunden. Ich zitiere: Die elektrische Spannung ist eine notwendige Voraussetzung für das fließen eines Stromes. In einer Spannungsquelle werden Ladungen unter Arbeitsaufwand getrennt. Die getrennten Ladungen besitzen Energie und können Arbeit verrichten. Die Spannung U ist definiert: U=W/Q.

Also nach Geschwindigkeit hört sich das irgendwie nicht an. Ich weiß nicht welche Ladungen die meinen, die getrennt werden in der Spannungsquelle. Sind das erst neutrale Ladungen und dann macht die Spannungsquelle daraus negative und positive Ladungen??? Also ich hab daraus immer geschlossen das die Spannung die Kraft ist, die zum Bewegen der Elektronen notwendig ist.

Zum Thema Widerstand: Ich hab nochmal nachgedacht. Vielleicht hat mein Lehrer ja doch recht, wenn er sagt man braucht einen Widerstand, damit ein Strom fließen kann. Beim Beispiel mit der Wasserpumpe ist der Schlauch an sich ja eigentlich auch ein Widerstand, vielleicht meinte der das damit. Nur dass sich die Spannung durch Widerstände erhöht kann ich mir auch nicht vorstellen.
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C.Hoffmann
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Di, 22.08.06, 13:10

Das Wasser würde auch ohne "SChlauch-Widerstand" fließen.
Andreas 90
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Mi, 30.08.06, 16:57

Noch ne Frage: Wie muss ich die Widerstände an sich einbauen. Parallel oder in Reihe? Also muss ich quasi das Kabel durchschneiden und dann zwischen den beiden Kabelhälften den Widerstand einbauen (in Reihe) oder muss ich das Kabel an zwei Stellen abisolieren und an diesen Stellen die Enden des Widerstandes anlöten (parallel). Oder ist das egal :?:
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Mi, 30.08.06, 17:04

widerstände müssen immer in reihe mit dem kabel geschaltet werden, da strom sich den weg des geringsten wiederstandes sucht. Denn wenn du den Widerstand parallel anschließen würdest würde der strom weiter durchs kabel fließen und du hättest nicht den gewünschten effekt
Andreas 90
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Mi, 30.08.06, 17:19

Ok. danke!
silversurfer
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Fr, 01.09.06, 08:41

Ich versuchs mal zusammenzusfassen:

Elektrischer Strom ist einfach nur die gerichtete Bewegung von Ladungsträgern. D.h. ein Strom kann auch ohne Widerstände oder Spannungen existieren. z.B. in Supraleitern, die exakt KEINEN Widerstand haben fließen Ströme ohne, daß ein Teil der Energie in Wärme umgewandelt wird (wie es in normalen Drähten der Fall ist). Wenn ich einem Elektron einen Fusstritt geben könnte und es sich danach gerichtet bewegt ist das auch eine Art Stromfluss. Auch die geladenen Teilchen, die von der Sonne aus ins All geschleudert werden kann man als elektrischen Strom betrachten (es sei denn es fliegen gleichviele positive und negative Ladungsträger gleichschnell in die gleiche Richtung, dann ist es nur ein Teilchenstrom, da keine Ladung transportiert wrird).

Wir halten also fest: elektrischer Strom ist Ladung pro Zeit.

Elektrische Spannung ist der Potentialunterschied zwischen 2 Potentialen (OK, der Satz klingt etwas blöd). Ein Ladungsträger kann in einem Potentialgefälle die Energie E = q * U aufnehmen, wobei q seine Ladung und U die Potentialdifferenz (Spannung) zwischen 2 Punkten im Raum (z.B den Batteriekontakten) ist. Diese Energie wird in Bewegungsenergie des Ladungsträgers umgewandelt E = m * (v^2) / 2. Im Vakuum (z.B. in einer Fernsehbildröhre) funktioniert das genau so.

Sollen sich die armen Elektronen jetzt durch Bauelemente und Drähte quälen, dann kommt es dort zu Stößen mit anderen Teilchen. Dies beschränkt die Beweglichkeit der Elektronen (oder anderer Ladungsträger, es können auch Löcher (in p-Halbleitern) oder irgendwelche Ionen (in Flüssigkeiten) sein). Die Beweglichkeit mü und die Anzahl n der zur Verfügung stehenden Ladungsträger ergibt die Leitfähigkeit sigma = mü * n. Der Kehrwert ist der spezifische Widerstand des Materials rho = 1 / sigma. Betrachten wir einen Draht mit Querschnitt A und Länge L, dann ergibt sich der Widerstand des Drahtes zu R = rho * L / A.

oder auch: R = L / (A * mü * n)

Tja, und da nun der Widerstand den Stromfluss begrenzt (entweder eil es nicht viele Ladungsträger gibt (n ist klien) oder weil sie sich nicht gut bewegen können (mü ist klein), ergibt sich das Ohmsche Gesetz (hier mal ohne Herleitung):

R = U / I

bzw: I = U / R

man könnte sagen:
je größer der Widerstand, desto weniger Strom fließt bei gleicher angelegter Spannung.
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Managarm
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Fr, 01.09.06, 14:04

Hi,

um nochmal auf den ersten Post zurück zu kommen:
Andreas 90 hat geschrieben:Sorry, ich versteh gerade etwas nicht. Wenn man einen Widerstand einsetzt, wie verhalten sich dann Stromstärke und Spannung? Mein Physiklehrer sagte nämlich die Spannung würde sich durch Widerstände erhöhen, und ohne Widerstand gäbe es gar keinen Strom. Aber hier benutzt man ja Widerstände, um die Spannung zu verringern :shock: ! Ich bin verwirrt.
Kann es sein das dein Lehrer mit Widerstand einen Verbraucher meinte? (der ja auch ein Widerstand in sich ist)
Ohne einen Verbraucher würde auch kein Strom fliessen.

Zu dem Teil mit der Spannung:
Sagte er vielleicht "Die Spannung muss durch Widerstände erhöt werden"?
Was natürlich sehr unglücklich ausgedrückt wäre aber bedeuten könnte: "Durch in der Leitung befindliche Widerstände (Verbraucher) muss die Spannung erhöt werden."
Oder:
"Die Spannung muss WEGEN WiderständeN erhöt werden"
(Würde nur bei einer Reihenschaltung passen)

Das kann jetzt auch totaler Mist sein den ich hier gerade erzählt habe ;)
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Volker K.
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Fr, 01.09.06, 14:20

ich wuerde aber auch fast unterscheiben, dass ohne widerstand kein strom fliessen kann.

Wenn man mal die Formel ``R = U / I'' (welche natuerlich nur eine Naeherung ist) betrachtet sieht man, dass der Widerstand nur 0 sein kann, wenn die Spannung gleich 0 ist und ohne Spannung fliesst erst recht kein Strom.
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Fr, 01.09.06, 16:04

@Volker K.
Da muss ich leider widersprechen. Hast schon mal eine LED in die Buchsen deiner Spannungsquelle gesteckt? Da darf man alle parasitären Widerstände gerne vernachlässigen. Und sie leuchtet bei richtiger Spannung (bzw. eigentlich Strom) trotzdem.

Unten siehst du das Großsignalersatzschaltbild einer LED.
Da gibt es einen (ohmschen) Widerstand Rs. Das ist der Bahnwiderstand (verursacht durch den Halbleiter selbst), der den Strom maßgeblich beeinflußt.
Bin deshalb der Meinung, dass man LEDs bei richtigem Strom auch ohne Widerstand betreiben kann. Allerdings verwenden viele Leute einen Widerstand um den richtigen Strom herzubringen (was ja auf keinen Fall falsch ist).

R=U/I kannst du hier nicht mal in der Näherung verwenden. Da haben nämlich die ideale Diode D und die beiden Kondensatoren ein Wörtchen bei der U/I - Kennlinie mitzureden. Das ist dann nichts lineares mehr, sondern irgendwas mit einer e-Funktion. (Sag jetzt bloß nicht du willst die Gleichung dazu haben )
806_PICT0079_1.jpg
:D :D
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Volker K.
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ich will die gleichung dazu haben :-P
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Sa, 02.09.06, 00:50

Prinzipiell kann ein Strom natürlich auch durch einen unendlich kleinen Widerdstand (R->0) fließen, aus R=U/I folgt dann, dass der Strom unendlich groß wird. Supraleiter besitzen z.B, bei sehr niedrigen Temperaturen, diese Eigenschaft (R=0). Da aber jede Strom/Spannungsquelle einen endlichen Innenwiderstand besitzt, wird dieser Fall nicht eintreten, d.h. ein gewisser Widerstand wird immer im Stromkreis vorhanden sein.
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Sa, 02.09.06, 01:14

@Volker K.
Puhh, da muss ich ja mal das Bauteilebuch rauskramen.

Also man muss einige Vernachlässigungen machen:
(Gesamtspannung V) = (Spannung über der idealen Diode V')
und die beiden Kapazitäten

Dann heißt die Gleichung

V = N Vt ln((I+Is)/Is) + Rs*I

V: Gesamtspannung
N: Emissionskoeffizient
Vt: Temperaturspannung
Is: Sättigungsstrom
I: Strom

Willst du das ganze logarithmisch auftragen dann heißt es

log[I(V)] = log Is + (log(e) * V)/(N Vt) das ist dann wieder eine Gerade..

Jetzt reichts aber, hab das ganze Zeug schon wieder verdrängt..

Gruß morphi
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C.Hoffmann
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Sa, 02.09.06, 04:07

Tja volker... da sag ich nur: GEGEBEN !
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