Tricky Circuit

LED + Widerstand

Bring Licht unter Kontrolle.

Ein Bauteil leuchtet, ein anderes begrenzt den Strom. Schalte ein und entdecke ihr Zusammenspiel.

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LED · Leuchtdiode
Light-emitting diode. Ein Halbleiterbauteil, das bei Strom in Durchlassrichtung Licht aussendet. In dieser Schaltung begrenzt ein Widerstand den Strom.
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EXPERIMENTIERTISCH

Ändere die Schaltungseinstellungen, sage die Messwerte voraus und prüfe eine Aufgabe. Dies sind Lernmodelle; die Annahmen werden in jeder Lektion erklärt.

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Eine Schaltung. Zwei Aufgaben.

Modell einer roten LED: feste 2 V, Grenze 20 mA. Helligkeit schematisch. Erwärmung und Rückwärtsdurchbruch werden nicht simuliert.

Lichtmodul = Widerstand + LED in Reihe. Der Widerstand funktioniert auf beiden Seiten: gleicher Strom. I ≈ (Uversorgung − 2 V) / R; Leistung P = I²R. Prüfe bei echten Bauteilen die Grenzwerte, auch die maximale Sperrspannung.

Schwierigkeit

  1. Aufbauen · Dein erstes Licht

    Schalte ein. Erreiche 5–20 mA bei richtiger LED-Polarität.

    Brauchst du einen Tipp?

    Beginne mit 5 V und 330 Ω. Der Schalter ist unter der Schaltung.

  2. Erforschen · Licht ohne Überlast

    Stelle bei 5 V einen Strom von 8–12 mA ein. Pole danach die LED um und erkläre das Ergebnis.

    Brauchst du einen Tipp?

    Am Widerstand bleiben etwa 3 V. Für 10 mA: R = 3 / 0,010 = 300 Ω.

  3. Selbst lösen · Wähle den Schutz

    Erreiche bei 9 V einen Strom von 10–15 mA. Wähle den Widerstand selbst.

    Brauchst du einen Tipp?

    Am Widerstand liegen 7 V. Etwa 467–700 Ω passen.

Zusatzwissen und Schaltungsrezepte

Das kleine Licht, das die Welt veränderte

Eine LED ist ein Halbleiterübergang. Rekombinieren Elektronen und Löcher, kann Energie als Licht austreten. Das Material bestimmt die Farbe, nicht nur der Kunststoff. Ein Widerstand macht den Strom durch diese empfindliche Lichtquelle beherrschbar.

I = (Vs − Vf) / R → (5 − 2) / 330 ≈ 9.1 mA

An der Modell-LED fallen etwa 2 V ab, am Widerstand bleiben 3 V. Doppelter Widerstand halbiert den Strom. Die reale Durchlassspannung hängt von LED, Strom und Temperatur ab.

Eine nobelpreiswürdige Farbe

Effiziente blaue LEDs wurden mit dem Physik-Nobelpreis 2014 gewürdigt. Sie ermöglichten helle, energiesparende weiße Lichtquellen.

Strom wird nicht verbraucht

In dieser Reihenschaltung ist der Strom vor und nach der LED gleich. Bauteile wandeln Energie um; sie verbrauchen keine Elektronen.

Der Widerstand darf umziehen

Vor oder hinter der LED in derselben Reihenschaltung: Der ideale Strom bleibt gleich. Der Widerstand begrenzt den gesamten Schleifenstrom.

Eine typische Falle vermeiden

Parallele LEDs brauchen normalerweise je einen Widerstand pro Zweig. Unterschiede der Durchlassspannung können dazu führen, dass eine LED mehr Strom aufnimmt.

Du setzt den Widerstand auf die andere Seite der LED. Was passiert?

  1. Die LED wird heller
  2. Der ideale Strom bleibt gleich
  3. Der Strom hört auf
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Strompfad, Quelle, LED und Widerstand bleiben unverändert. Die Reihenfolge ändert die Maschengleichung nicht.

Taschenanzeige

Sanftes Licht bei 3 V. Sage den Strom vor dem Öffnen voraus.

Etwa 3,03 mA. Die LED leuchtet, liegt aber unter dem Ziel von 5 mA der ersten Aufgabe.

9-V-Leuchtanzeige

Erhöhe den Widerstand bei höherer Versorgung.

Etwa 10,29 mA. Am Widerstand fallen 7 V ab; im Modell setzt er etwa 0,072 W um.

Nobelpreis: blaue LEDs