Widerstände und LEDs
Einige Versuche mit in Reihe geschalteten Widerständen und LEDs:
Einfache Schaltbilder zeichnen wir am besten mit der Hand. Damit sind wir wesentlich schneller als mit noch so tollen Programmen.
- Bei komplexen Schaltungen sieht das natürlich anders aus.
Wir bauen die sechs Schaltungen nacheinander auf den Steckboard auf und beobachten, ob die LEDs leuchtet. Die einzelnen Bauelemente sind in Reihe geschaltet (Reihenschaltung).
Zur Erinnerung:
Alle Schaltungen haben eines gemeinsam: Die LEDs werden über einen Widerstand betrieben, den wir als Vorwiderstand bezeichnen.
Die LEDs werden mit einer Spannung von 5V versorgt. Wir nehmen eine 4,5V Batterie.
Versuche mit den Schaltungen
Versuche mit den Schaltungen 1 bis 6
Wir gehen von der Schaltungen in Bild 1 aus und modifizieren sie:
Wir nehmen es genau: Plus -> R1 -> LED1(Anode) -> LED1(Kathode) -> Minus
Ergebnis: die LED leuchtet.
Ergebnis: die LED leuchtet.
Ergebnis: die LED leuchtet nicht.
Ergebnis: die LED leuchtet dunkler.
Ergebnis: beide LED leuchten etwa gleich hell, aber dunkler als eine.
Ergebnis: beide LED leuchten nicht.
Aus der obigen Beschreibung geht nicht nur hervor, welche Bauelemente miteinander verbunden sind, sondern auch, wie der Strom fließt. Er fließt vom Pluspol der Stromquelle durch die Bauelemente zum Minuspol.
Wenn eine LED dunkler wird, fließt ein geringerer Strom durch die LED.
Versuche mit Schaltung 4
Was passiert, wenn wir in Schaltung 4 die Reihenfolge der Bauelemente R4, R5 und LDE4 vertauschen?
Versuche mit den Schaltungen 3 und 6
Bei den Schaltungen 3 und 6 fließt offensichtlich kein Strom.
Bei Schaltung 3 ist klar, dass die LED verkehrt herum angeschlossen ist.
Aber warum leuchtet die grüne LED8 in Schaltung 6 nicht? Sie ist richtig angeschlossen. Die Ursache ist die verkehrt angeschlossene LED5. Sie sperrt, d.h. sie lässt keinen Strom durch und somit fließt durch alle Bauelemente der Reihenschaltung kein Strom.
Dioden
Ein Bauteil mit der Eigenschaft, Strom nur in einer Richtung fließen zu lassen, bezeichnen wir als Diode. Die Bezeichnung LED ist eine Abkürzung für Light Emitting Diode oder Leuchtdiode.
- Wenn eine Diode falsch herum betrieben wird, sperrt sie, sie wird in Sperrrichtung betrieben.
- Wenn eine Diode richtig herum betrieben wird, leitet sie, sie wird in Durchlassrichtung betrieben.
Reihenschaltung von Widerständen
Die beiden obigen Schaltungen 1. und 4. unterscheiden sich nur dadurch, dass ein oder zwei Widerstände in Reihe zu einer LED geschaltet sind.
- Die LED leuchtet jedoch bei zwei Widerständen dunkler.
Die Wirkung der beiden in Reihe liegenden Widerstände von 1kΩ ist die gleiche wie die eines 2kΩ Widerstands.
Auf der linken Seite haben wir zwei in Reihe geschaltete Widerstände R1 und R2. Auf der rechten Seite werden diese beiden Widerstände durch einen Gesamtwiderstand Rges ersetzt.
Der Gesamtwiderstand Rges lässt sich leicht berechnen:
Rges = R1 + R2
Es geht sogar noch einfacher: Wenn mehrere Widerstände in Reihe geschaltet sind, wird der Gesamtwiderstand Rges einfach durch die Addition aller Einzelwiderstände gebildet.
Rges = R1 + R2 + R3 + ...
- Wenn wir einen Widerstand mit einem Wert benötigen, den wir nicht vorrätig haben, können wir ihn durch ein mehrere in Reihe geschaltete Widerstände ersetzen.
Regeln
- Bei einer Reihenschaltung fließt durch jedes Bauelement der gleiche Strom.
- Bei einer Reihenschaltung hat die Reihenfolge der Bauelemente keinen Einfluss auf die Wirkung der Schaltung.
- Werden mehr Bauelemente hintereinander geschaltet, verringert sich der Strom durch die Reihenschaltung.
- Die Richtung der LED ist wichtig. Sie leuchtet nur, wenn die Anode der LED mit dem Pluspol der Stromquelle verbunden ist. Das Symbol der LED zeigt dann von Plus nach Minus.
- Eine LED ist eine Diode.
- Liegt an der Anode einer Diode Plus und an der Kathode Minus, leitet sie, sie wird in Durchlassrichtung betrieben.
- Liegt an der Kathode einer Diode Plus und an der Anode Minus, sperrt sie, sie wird in Sperrrichtung betrieben.
- Mehrere in Reihe geschaltete Widerstände haben einen Wert Rges, der der die Summe aller Einzelwiderstände entspricht.
Rges = R1 + R2
Rges = R1 + R2 + R3 + ...
- Der Gesamtwiderstand in Reihe geschalteter Widerstände ist immer größer als der größte Einzelwiderstand.
- Werden Widerstände in Reihe vor eine LED geschaltet, wird die LED dunkler.
- Aufgrund der Empfindlichkeit unserer Augen sehen wir diesen Effekt erst, wenn der Gesamtwiderstand mindestens verdoppelt wird, z.B. wenn zwei gleiche Widerstände in Reihe geschaltet werden.
Taschenrechner
Den Gesamtwiderstand von in Reihe geschalteten Widerständen mit dem Taschenrechner zu bestimmen, ist eigentlich ganz einfach:
Beispiel: Reihenschaltung von 100Ω und 1kΩ.
100 + 1000 =
Wichtig:
- Alle Werte werden in Ω angegeben.
-
kΩ müssen in Ω gewandelt werden,
mit 1000 multipliziert werden.
- Mit dem richtigen Taschenrechner können wir uns die Umrechnung der Präfixe (k und M) sparen: der Taschenrechner erledigt das für uns. Eine Anleitung gibt es unter Arbeiten mit dem Taschenrechner.