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Nachricht |
John nie
Gast
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 John nie Verfasst am: 26. Jan 2020 12:16 Titel: Widerstände beim Betrieb von LEDs |
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Meine Frage:
Hallo, vorab möchte ich sagen, dass ich in die 10 te Klasse gehe und wir in Physik zurzeit Schaltungen und Widerstände betrachten.
Wenn ich eine 3 v LED mit 20 mA habe , dann könnte ich die ja direkt an eine 3 V Batterie anschließen
Bei einer 9 v Batterie brauch ich jetzt einen Widerstand von 300 Ohm.
Meine Frage: ist die Leistungsabgabe in beiden Fällen die gleiche?
Meine Ideen:
Das was ich hier schwierig zu verstehen finde ist folgendes:
Der fließende Strom ist in beiden Fällen 20 mA und die Spannung durch den Widerstand 3 V
Aber : der Widerstand erwärmt sich ja auch ! Also müsste hier doch insgesamt mehr Energie als Wärme abfließen? |
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masterpie
Anmeldungsdatum: 13.11.2019
Beiträge: 408
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| masterpie Verfasst am: 26. Jan 2020 12:34 Titel: |
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Hallo John,
naja, ich würde keine LED an eine 3V-Spannungsquelle ohne strombegrenzenden Widerstand anschließen. Könnte doch sein, dass die LED nur einmal kurz aufblitzt ... Aber bleiben wir dennoch bei Deiner Aufgabenstellung.
Für eine LED mit (angenommen) 3V LED-Spannung, die einen Strom von 20mA zieht, ergibt sich (sicher bekannt) ein gesamter Leistungsverbrauch von 3V * 20mA = 60mW. Da nur die LED als Verbraucher an der Spannungsquelle hängt, ist sie auch der einzige Verbraucher von elektrischer Leistung (Innenwiderstand der Spannungsquelle nehmen wir mal - theoretisch - zu Null Ohm an).
Für eine 9V-Spannungsquelle schaltest Du einen Widerstand in Reihe zur LED und schließt an diese Schaltung die 9 Volt-Quelle an.
Wie groß muss der Widerstand sein, wenn nur 20 mA weiterhin fließen sollen? Wir nehmen (vereinfacht) wieder eine LED-Spannung von 3 Volt an.
Damit bleibt für den Widerstand ein Spannungsabfall von 9V - 3V = 6V übrig. Der Widerstand ergibt sich aus R = 6V/20mA = 300 Ohm. Das entspricht der Vorgabe. Da über den Widerstand 6V abfallen und der Strom 20 mA beträgt, wird die vom Widerstand verbrauchte Leistung 6V * 20mA = 120mW sein. Die LED verbraucht auch hier 3V * 20mA = 60mW. Widerstand und LED verbrauchen somit 120mW + 60mW = 180mW an elektrischer Leistung gesamt. Kontrolle: Der Spannungsquelle von 9V werden 20mA entnommten. Das entspricht einer Leistungsentnahme von 9V * 20mA = 180mW.
Soweit alle klar?
Gruß, Masterpie
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Wir denken zu viel und fühlen zu wenig. (Charlie Chaplin) |
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3399
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| ML Verfasst am: 26. Jan 2020 12:46 Titel: Re: Frage zu Widerständen bei dem Betrieb von LEDs |
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Hallo,
| John nie hat Folgendes geschrieben: |
Wenn ich eine 3 v LED mit 20 mA habe , dann könnte ich die ja direkt an eine 3 V Batterie anschließen.
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Hierzu betrachten wir am besten eine Diodenkennlinie wie diese:
https://de.wikipedia.org/wiki/Leuchtdiode#/media/Datei:Ledwhitecharcurp.png
Die Kennlinie gibt alle U-I-Kombinationen an, die das Bauteil realisiert.
Im Bereich des Stromflusses beträgt die Spannung überall ungefähr 3V. Die Kennlinie ist aber sehr steil. Mit einer nur geringen Spannungserhöhung verändert sich die Stromstärke ganz massiv.
Aus diesem Grund ist es nicht sinnvoll, Dioden direkt an einer Spannungsquelle zu betreiben, sondern (sofern nicht andere Maßnahmen zur Strombegrenzung greifen) immer mit einem Vorwiderstand.
| Zitat: |
Bei einer 9 v Batterie brauch ich jetzt einen Widerstand von 300 Ohm.
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Ja, das ist richtig.
| Zitat: |
Meine Frage: ist die Leistungsabgabe in beiden Fällen die gleiche?
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Die Leistungsabgabe der Diode im Prinzip ja, sofern sich tatsächlich die vorgesehene Stromstärke einstellt. Am Widerstand wird aber natürlich auch Leistung abgegeben, und zwar doppelt so viel wie an der Diode.
Am einfachsten schaust Du Dir die Energieabgabe der Spannungsquelle an, wenn Du die Spannung an der Spannungsquelle mit der Gesamtstromstärke multiplizierst.
Viele Grüße
Michael |
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John Nie
Gast
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| John Nie Verfasst am: 26. Jan 2020 12:53 Titel: |
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Alles klar soweit... gibt es eine Möglichkeit weniger Zu verbrauchen bei der Spannungsquelle von 9 v ? Also über ein Steuergerät oder ähnliches ? |
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masterpie
Anmeldungsdatum: 13.11.2019
Beiträge: 408
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| masterpie Verfasst am: 26. Jan 2020 12:58 Titel: |
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| John Nie hat Folgendes geschrieben: | | Alles klar soweit... gibt es eine Möglichkeit weniger Zu verbrauchen bei der Spannungsquelle von 9 v ? Also über ein Steuergerät oder ähnliches ? |
Du kannst den Vorwiderstand größer wählen und damit den Gesamtstrom reduzieren. LED-Spannung weiterhin 3V angenommen und somit weiterhin 6V Spannungsabfall über dem Widerstand. Bei 600 Ohm würde der Strom auf 10mA begrenzt - was meist für ein gutes Leuchten der LED ausreicht. Damit Gesamtleistungsverbrauch: 10mA * 9V = 90mW und somit nur die Hälfte des Verbrauchs mit 300 Ohm Vorwiderstand (der 20mA Strom zugelassen hatte).
Gruß, Masterpie
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Wir denken zu viel und fühlen zu wenig. (Charlie Chaplin) |
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John Nie
Gast
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| John Nie Verfasst am: 26. Jan 2020 13:17 Titel: |
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Eine Sache noch:
Was wenn ich die 9 v auf zb 4,5 v transformiere?
Dann bräuchte ich doch nur noch einen kleineren Widerstand und würde insgesamt auch weniger Strom verbrauchen oder?
Also zB 4,5 v mal 10 ma |
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masterpie
Anmeldungsdatum: 13.11.2019
Beiträge: 408
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| masterpie Verfasst am: 26. Jan 2020 13:26 Titel: |
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| John Nie hat Folgendes geschrieben: | Eine Sache noch:
Was wenn ich die 9 v auf zb 4,5 v transformiere?
Dann bräuchte ich doch nur noch einen kleineren Widerstand und würde insgesamt auch weniger Strom verbrauchen oder?
Also zB 4,5 v mal 10 ma |
Geht selbstverständlich ebenfalls. Man kann auch eine elektronische Konstantstromquelle nutzen und dieser die Strombegrenzung auf z.B. 10mA überlassen. Wenn die Stromquelle regelbar ausgeführt ist, kann man den Strom auf die Größe einstellen, wo die LED die gewünschte Helligkeit bringt. Das kann also zu weiterer Leistungsreduktion führen.
Wenn Du es ganz genau betrachten möchtest, dann nicht vergessen, dass ein Transformator oder die elektronische Stromquelle ebenfalls Leistung verbrauchen. Doch sollten diese Teilleistungen recht klein gegenüber der Hauptleistung ausfallen. Wenn viele LEDS zu betreiben sind, multipliziert sich der Einspareffekt.
Gruß, Masterpie
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3399
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| ML Verfasst am: 26. Jan 2020 13:57 Titel: |
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Hallo,
| John Nie hat Folgendes geschrieben: | | Alles klar soweit... gibt es eine Möglichkeit weniger Zu verbrauchen bei der Spannungsquelle von 9 v ? Also über ein Steuergerät oder ähnliches ? |
Du kannst mithilfe eines Schaltreglers eine Konstantstromquelle realisieren.
https://www.mikrocontroller.net/articles/Konstantstromquelle#Konstantstromquelle_mit_Schaltregler
Das lohnt sich aber nur bie hohen Leistungen oder im Batteriebetrieb.
Viele Grüße
Michael |
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