Warum sollte die LED über einen Widerstand angeschlossen werden?

Der LED-Streifen hat Widerstände, Leiterplatten (wo LEDs als Anzeigen dienen) haben Widerstände, sogar LED-Lampen – und das sind Widerstände. Was ist das Problem? Warum wird eine LED normalerweise über einen Widerstand angeschlossen? Was ist ein Widerstand für eine LED?

Eigentlich ist alles ganz einfach: Eine LED benötigt zum Betrieb sehr wenig Gleichspannung und wenn Sie mehr anlegen, brennt die LED durch. Selbst wenn Sie etwas mehr anlegen, 0,2 Volt mehr als die Nennspannung, nimmt die LED-Ressource bereits rapide ab und die Lebensdauer dieser Halbleiterlichtquelle endet sehr bald mit Tränen.

Beispielsweise benötigt eine rote LED für den Normalbetrieb genau 2,0 Volt, während ihr Stromverbrauch 20 Milliampere beträgt. Und wenn Sie 2,2 Volt anlegen, kommt es zum Durchbruch des pn-Übergangs.

Bei verschiedenen LED-Herstellern kann es je nach verwendeten Halbleitern und LED-Technologie zu geringfügigen Abweichungen der Betriebsspannung in die eine oder andere Richtung kommen. Schauen Sie sich jedoch beispielsweise die Strom-Spannungs-Kennlinie einer roten SMD-LED eines namhaften Herstellers an:

Hier sieht man, dass die LED bereits bei 1,9 Volt schwach zu leuchten beginnt, und wenn genau 2 Volt an ihre Ausgänge angelegt werden, fällt das Leuchten recht hell aus, das ist ihr Nennmodus. Wenn wir nun die Spannung auf 2,1 Volt erhöhen, beginnt die LED zu überhitzen und verliert schnell ihre Leistungsfähigkeit. Und wenn mehr als 2,1 Volt angelegt werden, leuchtet die LED.

Jetzt erinnern wir uns Ohmsches Gesetz für einen Abschnitt eines Stromkreises: Der Strom im Stromkreisabschnitt ist direkt proportional zur Spannung an den Enden dieses Abschnitts und umgekehrt proportional zu seinem Widerstand:

Wenn also ein Strom von 20 mA durch die LED fließt und an ihren Anschlüssen eine Spannung von 2,0 V anliegt, welche LED hat dann auf der Grundlage dieses Gesetzes einen Widerstand? Richtig: 2,0 / 0,020 = 100 Ohm. Die LED im betriebsbereiten Zustand entspricht in ihren Eigenschaften einem 100-Ohm-Widerstand mit einer Leistung von 2 * 0,020 = 40 mW.

Was aber, wenn an Bord nur 5 Volt oder 12 Volt vorhanden sind? Wie versorgt man eine LED mit einer so hohen Spannung, dass sie nicht durchbrennt? Hier sind die Entwickler überall und haben entschieden, dass es am bequemsten ist, es zusätzlich zu verwenden Widerstand.

Warum ein Widerstand? Weil es der rentabelste, wirtschaftlichste und günstigste Weg ist, das Problem der Begrenzung des Stroms durch die LED zu lösen, was Ressourcen und Verlustleistung angeht.

Wenn also 5 Volt verfügbar sind und Sie 2 Volt über einen 100-Ohm-„Widerstand“ benötigen, müssen Sie diese 5 Volt zwischen unserem nützlichen 100-Ohm-Glühwiderstand (das ist diese LED) und einem anderen Widerstand, dem Nennwert, aufteilen , wovon nun basierend auf den verfügbaren Daten berechnet werden muss:

In diesem Stromkreis ist der Strom konstant und nicht variabel, alle Elemente sind im stationären Zustand linear, daher wird der Strom im gesamten Stromkreis den gleichen Wert haben, in unserem Beispiel 20 mA – das ist es, was die LED benötigt. Daher wählen wir einen Widerstand R1 mit einem solchen Wert, dass der Strom durch ihn ebenfalls 20 mA beträgt und die Spannung daran nur 3 Volt beträgt, was irgendwo platziert werden muss.

Also: Nach dem Ohmschen Gesetz ist I = U / R, also R = U / I = 3 / 0,02 = 150 Ohm. Und was ist mit der Kraft? P = U2/ R = 9/150 = 60 mW. Ein 0,125-W-Widerstand ist in Ordnung, damit er nicht zu heiß wird. Jetzt ist jedem klar, was der Widerstand für die LED ist.

Siehe auch: LED-Spezifikationen