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| Leuchtdioden |
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Allgemeine Beschreibung der LED
Die Leuchtdiode wird auch Light Emitting Diode = LED oder Lumineszenzdiode genannt. Es handelt sich um eine Diode, die bei Stromfluß in Durchlaßrichtung Licht erzeugt. LEDs gibt es in verschiedensten Bauformen und Farben. Üblich sind rot, grün und gelb; mittlerweile sind sie auch in orange, blau, weiß und weiteren Farben erhältlich. Die Farbe hängt von der chemischen Zusammensetzung des Halbleitermaterials ab. Oft wird das Gehäuse zusätzlich in der entsprechenden Farbe eingefärbt. Die Polarität einer LED erkennen Die Kathode (Minuspol), befindet sich an einer LED dort, wo ... ... der kürzere Anschlußdraht ist ... sich eine Abflachung am Gehäuse befindet ... der größere Metallteil (Fahne) in der LED zu erkennen ist Ist nichts zu erkennen, dann die LED in Reihe mit einem Widerstand 100 ... 470 Ohm an eine Gleichspannung von maximal 4,5 Volt anschließen und testen, wann sie leuchtet. |
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Die Durchlaßspannung bezieht sich auf einen vom Hersteller angegebenen Durchlaßstrom (meistens 10
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Die Lebensdauer einer LED beträgt 100.000 h (fast 12 Jahre) und sinkt extrem bei überhöhtem Betriebsstrom und Übertemperatur. |
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LED-Betriebsspannung / -Betriebsstrom
Eine Spannungsangabe bei Leuchtdioden ist nicht die Betriebsspannung, sondern die sogenannte Durchlaßspannung / Flußspannung / Vorwärtsspannung / Forward Voltage, eine Spannung, die in Durchlaßrichtung bei Stromfluß an einer leuchtenden LED zu messen ist. Wenn die angeschlossene Spannung niedriger als die Durchlaßspannung ist, fließt kein Strom; die LED bleibt aus. Liegt die angeschlossene Spannung über der Durchlaßspannung, erhöht sich der Strom sehr stark; die LED wird zerstört. Der Anschluß einer LED an 12 Volt führt zur Zerstörung der LED, sofern die Spannungsquelle nicht zusammenbricht und nur noch ein für die LED "erträglicher" Strom fließt. Die Spannung an einer Auto-Batterie bricht ganz sicher nicht zusammen. Bei Anschluß einer LED an 1,5 Volt wird die LED weder leuchten noch zerstört, da die Durchlaßspannung nicht erreicht wird. Eine LED braucht zum Leuchten einen Betriebstrom von wenigen Milli-Ampere. Es ist dafür Sorge zu tragen, daß dieser Betriebsstrom nicht zu hoch wird. Dies wird durch eine Konstantstrom-Quelle (zu kompliziert und zu teuer) oder durch einen Widerstand erreicht. Die Berechnung des Widerstandes ist nicht schwer: Da ist die Spannungsquelle z.B. 12 Volt und die Durchlaßspannung der LED z.B. 3,0 Volt. Wenn 12 Volt da sind, aber nur 3 Volt sein dürfen, sind 9 Volt zu viel; diese 9 Volt müssen an dem Vorwiderstand "vernichtet" werden. Laut Ohm'schen Gesetz berechnet sich ein Widerstand aus: Spannung [Volt] geteilt durch Strom [Ampere] Die Spannung ist 9 Volt, soll ein LED-Strom von 10 mA (= 0,010 A) fließen, dann ist die Berechnung: 9 Volt / 0,010 Ampere = 900 Ohm. 900 Ohm wird nicht verfügbar sein. Es geht auch mit 820 Ohm oder 1000 Ohm = 1 kOhm; der Strom ist dann 11 mA bzw. 9 mA, was an der Helligkeit nicht viel ändert. Sollen 2 Leuchtdioden an 12 Volt angeschlossen werden, dann nicht 2 LEDs mit je 1 Vorwiderstand anschließen, sondern die LEDs in Reihe über einen Vorwiderstand an der Spannungsquelle betreiben (siehe Abbildung "Reihenschaltung"). 12 Volt sind da, 2 mal Durchlaßspannung = 6 Volt dürfen nur sein, 6 Volt müssen "weg". Die Berechnung für 10 mA LED-Strom: 6 Volt / 0,010 Ampere = 600 Ohm. Statt 600 Ohm können 560 Ohm oder 680 Ohm eingesetzt werden. 3 LEDs: 12 Volt sind da, 3 * Durchlaßspannung = 9 Volt dürfen sein, 3 Volt "vernichten". Berechnung: 3 Volt / 0,010 A = 300 Ohm. Es gibt 270 Ohm oder 330 Ohm. 4 LEDs: 12 Volt sind da, 4 * Durchlaßspannung = 12 Volt dürfen sein, 0 Volt "weg" ???? Ausgehend von 12 Volt, die auch 12,5 bis 13,8 Volt werden können, mindestens einen Widerstand von 100 bis 220 Ohm verwenden. Sollten die 4 LEDs nicht leuchten, dann wird mit den 12 Volt aus der Spannungsquelle die Durchlaßspannung der 4 LEDs nicht erreicht; es können dann nur maximal 3 LEDs dieses Typs in Reihe betrieben werden. | ||||||
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LED mit 30 mA an 24 Volt: 21 Volt müssen "vernichtet" werden, ergibt bei 30 mA einen
Widerstand von 21 Volt / 0,030 A = 700 Ohm. Standard sind 680 Ohm.
Es sollte immer nachgerechnet werden, ob die Leistung am Vorwiderstand nicht zu hoch wird, da die "Vernichtung" von Spannung zu einer Erwärmung führt. Die Leistung berechnet sich aus: Spannung [Volt] mal Strom [Ampere]. | |||||||
| 21 Volt mal 0,030 A ergibt eine Leistung von 0,63 Watt; ein 1/4-Watt-Widerstand wird verbrennen, der 0,6 Watt Metallschicht- Widerstand wird heiß. Es muß ein Widerstand mit entsprechender Leistung plus Reserve, in diesem Fall mindestens 1 Watt, eingesetzt und die entstehende Wärmemenge abgeführt werden, damit kein gefährlicher Hitzestau entsteht. | |||||||
| Widerstandsrechner für LED-Reihen | |
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Das Diagramm zeigt den großen Einfluß der Durchlaßspannung auf den Durchlaßstrom |
Typische Herstellerangaben zu einer LED:
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