Vorwiderstand für LEDs berechnen

Möchte man eine LED betreiben, muss man den Strom der ohne weitere Maßnahmen durch sie hindurchfließen würde, begrenzen. Insbesondere bei kleineren Strömen erledigt man das am einfachsten mit einem entsprechenden Widerstand. Die einzige Frage die sich immer wieder stellt – welchen Wert sollte dieser Widerstand haben?

Zunächst benötigt man die Spannung mit der die LED betrieben werden soll. Zusätzlich ist die Vorwärtsspannung (U_f) von Bedeutung – das ist die Spannung, die an der LED abfällt. Man kann diese z.B. mit dem AVR Transistortester messen oder evtl. auch mit einem Multimeter. Alternative stehen diese Werte natürlich im Datenblatt. Wenn man keines hat, dann kann man von gewissen Standardwerten ausgehen.

Grüne 5 mm LEDs. LEDs wie diese werden üblicherweise mit einem einfachen Vorwiderstand verwendet.

Zuletzt benötigt man dann noch die Stromstärke, welche die LED maximal verträgt (forward current). Typischerweise geht man hier von 20 mA (0,02 A) maximal aus. Erfahrungsgemäß ist das aber in den meisten Fällen schon viel zu hell, es sei denn, man möchte die LED tatsächlich zur Beleuchtung einsetzen. Möchte man lediglich eine kleine Signal-LED o.ä. realisieren, dann reichen z.B. 5 mA vollkommen aus.

Für die Berechnung benötigt man zunächst die Spannung, die am zu wählenden Widerstand effektiv anliegt. Wäre keine LED im Spiel, würde am Widerstand die volle Spannung von z.B. 5 V oder 12 V anliegen. Da sich die LED allerdings im Stromkreis befindet, muss sie entsprechend berücksichtigt werden. Genauer: Die Vorwärtsspannung, welche an der LED abfällt, muss von der Gesamtspannung abgezogen werden. Der reduzierte Spannungswert wird dann durch die gewünschte Stromstärke geteilt.

R_{LED}=\frac{U_R}{I_{LED}}

Entsprechend mit konkreten Werten gerechnet:

R_{5\,V}=\frac{5\,V – 1,95\,V}{0,005\,A}=\frac{3,05\,V}{0,005\,A}=610\,\Omega R_{24\,V}=\frac{24\,V – 1,95\,V}{0,005\,A}=\frac{22,05\,V}{0,005\,A}=4,410\,k\Omega

Üblicherweise verwendet man dann den nächst höheren Widerstand, den man verfügbar hat. In diesem Fall z.B. 680 Ohm und 4.700 Ohm.

1/4 Watt Widerstände. In den meisten Fällen reichen diese für die Strombegrenzung einzelner 3-5 mm LEDs vollkommen aus. Dabei ist es egal ob der Widerstand vor oder nach der LED in den Stromkreis eingefügt wird.

Aber was ist mit der Leistung bzw. Stromstärke? Wie stark wird der Widerstand damit belastet? Grundsätzlich gilt: Je höher die Spannung, desto mehr Verlustleistung muss der Widerstand in Wärme umwandeln, da die Stromstärke für die LED gleich bleiben muss. Hat man ohnehin mehrere LEDs, kann man diese zusätzlich in Reihe schalten. Dadurch addiert sich die U_f der einzelnen LEDs auf.

I_{5\,V}=\frac{U}{R}=\frac{3,05\,V}{680\,\Omega}=0,0045\,A=4,5\,mA P_{5\,V}=U*A=3.05\,V * 0.0045\,A=0,0137\,W=13.7\,mW I_{24\,V}=\frac{U}{R}=\frac{22,05\,V}{4700\,\Omega}=0,0047\,A=4,7\,mA P_{24\,V}=U*A=22,05\,V * 0,0047\,A=0,1036\,W=103,6\,mW

Wie man sieht, kann der Widerstand das noch locker aushalten (13,7 mW sowie 103,7 mW von jeweils 250 mW.). Bei höheren Spannungen kann es jedoch notwendig werden Widerstände mit höherer Leistungsaufnahmen zu verwenden, oder mehrere 1/4 W Widerstände gleichen Typs in Reihe zu schalten, um die Leistungsaufnahme zu verteilen.

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