Ohm´sches Gesetz: Warum leuchtet meine LED so schwach?
Hintergrund: Fange gerade an, mich mit Arduino / Mikrocontrollern zu beschäftigen. Nebenbei betreibe ich Modellbau und möchte mir gerade eine Straßenlaterne basteln.
Bei LEDs muss man einen Widerstand vor- (oder nach-) schalten.
Im Arduino-Projekt stand der Versuchsaufbau mit 5V , 220 Ohm, und die rote LED leuchtete recht hell.
Problemstellung: Bei meinem Projekt habe ich dann eine 9V-Batterie verwendet. Die weiße LED möchte 0,02 A Strom bei 3,6 V. Wären also 180 Ohm. Ich habe allerdings 110 Ohm verwendet (Verfügbarkeit). Die LED leuchtete aber nur schwach. Dann habe ich einen 10 Ohm Widerstand genommen, aber die LED leuchtete genauso schwach.
Frage: Hätte die LED bei so geringem Widerstand nicht besonders hell leuchten müssen? Die 9V-Batterie war frisch.
Man kann es mir x-mal erklären, ich werde Elektrizität niemals verstehen. Das ist sehr frustrierend. Welchen Denkfehler habe ich begangen?
Welche LED wird benutzt (Hersteller? Link zum Shop? Datenblatt?...)?
Hast du mal den tatsächlich Strom gemessen (DC Messbereich, mA )?
Farbringe des Widerstand, nenne sie mal?
Widerstand mit Multimeter verifiziert.
5 Antworten
Womit steuerst Du die LED denn an?
Schaltest Du die mit einem Portpin des Mikrocontrollers, so kann der nur einen begrenzten Strom liefern.
Bei alten Mikrocontrollern brannte der Portpin einfach durch wenn man den überlastet hat.
Bei modernen Mikrocontrollern sitzen spezielle FET Transistoren am Portpin. Die lassen nur einen bestimmten Strom zu, der Pin brennt dann nicht einfach durch wenn man versucht zu viel Strom zu ziehen. Dadurch wird dann der Strom in der LED begrenzt!
Viele Mikrocontroller schaffen nur 1mA. Das ist nur ein Steuersignal, keine Stromversorgung die die schalten. Einige Mikrocontroller können 20mA oder sogar 40mA direkt schalten, aber hier muss man aufpassen, dass die Portpins zusammen nur begrenzt Strom ziehen dürfen. So hat ein normaler Arduino meistens 20mA pro Portpin, aber darf nur 200mA insgesamt liefern.
Um was stärkeres als 1mA zu schalten, solltest Du einen Transistor oder ein Relais verwenden (Relais braucht meistens auch einen Transistor zur Ansteuerung).
Am besten besorgst Du Dir ein paar folgender Bauteile:
- ULN2003
https://www.conrad.de/de/ratgeber/handwerk-industrie-wiki/elektronik-bauteile/uln2003.html
- BUZ11 oder BUZ11A
https://home.digipool.info/m/index.php/MOSFET_BUZ11
- EL817 oder EL817C
https://www.reichelt.de/1-fach-optokoppler-5kv-35v-50ma-200-400-dip-4-el-817c-p312476.html
Der ULN2003 kann direkt von den Portpins gesteuert werden. Da drin sitzen Leistungstransistoren die dann einen Verbraucher nach Masse durch schalten können. So kann man dann Verbraucher mit recht hoher Spannung und kleineren bis mittleren Stromverbrauch direkt schalten. Schutzdioden gegen Spannungsspitzen (schaltende Spulen) und Gegenspannung (geladene Kondensatoren) sind da gleich mit drin. Und das Ganze 7x. Man kann also 7 Stromkreise mit einem einzigen IC steuern.
Der BUZ11 ist ein Logic Level Leistungstransistor. Auch der kann direkt vom Mikrocontroller gesteuert werden und der kann sehr hohe Spannungen mit hohem Strom schalten. Schutzdioden sind da allerdings keine Drin. Hiermit kann man aber recht starke Lichter und Motoren mit schalten.
Die beiden sollte man als Bastler immer im Haus haben!
Der EL817 ist ein Optokoppler. Den Eingang kannst Du wie eine "schwache" LED ansteuern. Also jedes Arduino Beispiel wo eine kleine LED geschaltet wird kannst Du die LED durch den optokoppler ersetzen. Das Licht der eingebauten LED lässt dann den Transistor der "anderen" Seite einschalten. So kannst Du dann Dinge schalten die eine völlig getrennte Stromversorgung (also keine gemeinsame Masse) haben. Das ist vor allem nützlich wenn Du negative Spannungen schalten willst oder Dinge die für den Arduino gefährliche Spannungen zurück schlagen können.
Mit dem ULN2003 und dem EL817 kann man dann auch die Spulen von Relais ansteuern und so auch z.B. 230V schalten.
P.S.:
Die Teile bekommst Du bei Pollin, Conrad, Reichelt, Amazon und eBay.
Den ULN2003 gibt es als fertige Module so dass Du nicht löten musst. Auch Relaiskarten (mit ULN2003 oder einzeltransistoren) kann man fertig als Modul kaufen.
Wenn Du mehrere verschiedene Teile kaufen willst geht das am einfachsten bei Reichelt. Guter Preis und Du kannst mit PayPal bezahlen. Schnäppchen - gerade Fertigmodule - kann man oft bei Amazon und eBay machen.
Strom zum basteln kannst Du billig, sicher und einfach mit so was hier bekommen:
Das ist sozusagen ein Mini-Labornetzteil das Du an PC, Laptop und Handyladegerät (USB EIngang) betreiben kannst. Das kannst Du zwischen 1V und 24V AUsdgangsspannung einstellen. Allerdings kann das natürlich nicht viel Strom da die Leistung bei USB arg begrenzt ist. Je höher Du die AUsgangsspannung einstellst, desto geringer der mögliche Strom.
Bei meinem Projekt habe ich dann eine 9V-Batterie verwendet. Die weiße LED möchte 0,02 A Strom bei 3,6 V. Wären also 180 Ohm.
Hmm.
Die LED möchte also 3,6V, die Batterie liefert 9V.
Es müssen also 9V - 3,6V = 5,4V vernichtet werden.
Bei einem Strom von 20mA macht das nach dem ohmschen Gesetz einen erforderlichen Vorwiderstand von 270 Ohm.
Die LED leuchtete aber nur schwach. Dann habe ich einen 10 Ohm Widerstand genommen, aber die LED leuchtete genauso schwach.
Es gibt halt auch LEDs, die nicht so hell leuchten.
Ein Blick in die technischen Daten hilft da oft weiter.
Hätte die LED bei so geringem Widerstand nicht besonders hell leuchten müssen? Die 9V-Batterie war frisch.
Prinzipiell leuchten LEDs bei zu hoher Spannung und folglich zu hohem Strom schon heller, aber halt nicht sehr lange, da irgendwann der magische Rauch austritt, ohne den Elektronik halt nicht funktioniert. 😉
Ich vermute, die LED ist einfach nicht so hell.
Wo hast du sie denn her? Artikelnummer?
Zunächst mal ist der Widerstand falsch berechnet. Der müsste irgendwo bei 270 Ohm sein, wie newcomer schrieb.
2tens ist die Frage was du als Hell denn nun bezeichnest. Unterschiedliche LEDs haben beim selben Strom unterschiedliche Lichtausbeuten und einige LEDs sind bei 20mA nicht sonderlich hell verglichen zu anderen.
Wenn sie dir zu schwach leuchtet musst du entweder eine LED mit mehr Leistung oder eine LED mit besserer Lichtausbeute verwenden.
Du würdest einen 270 Ohm Widerstand benötigen den es müssen 5,4V am Widerstand abfallen damit 3,6V für die Led übrig bleiben.
Aber ja je niedriger der Vorwiderstand je heller müsste die Led kurz leuchten zwar nicht lange weil lange macht die das nicht mit bevor sie kaputt geht.
Aber wir wissen Leider nicht was du da für ne Led hast 3,6V und 20mA und weiß ist eher unüblich.
naja das bringt nicht viel das einzige was was bringt ist das Datenblatt zur Led
Ist die LED richtig herum gepolt? Bei Verpolung leuchten LEDs auch (gaaaanz schwach). Könnte das der Grund sein?
Falls nicht:
Hast du die 9V an den Arduino angeschlossen, oder wie sieht der "Versuchsaufbau" genau aus?
Nein, habe richtig herum gepolt und die Konstruktion direkt an die 9V-Batterie angeschlossen. Falsch gepolt kann ich ausschließen.
Wie sieht denn die "Konstruktion" genau aus, die du an die 9V angeschlossen hast? Ist da irgendwo der Ardunio dazwischen, das hast du immer noch nicht beantwortet.
Nein, es ging mir nur um pure Elektrizitätslehre: Batterie - Widerstand - LED
Danke. Die Werte habe ich aus einer Tabelle für LED(-Farben).