../../../icons/Logo.pngPraktische Elektronik


Wir untersuchen eine einfache Stromquelle für die Versorgung von LEDs.


list.png

Konstantstromquelle für LED

Wir wissen aus Schaltungen mit LEDs, dass LEDs immer mit einem Vorwiderstand betrieben werden müssen.

Der Strom Iled durch die LED hängt natürlich von der Versorgungsspannung Uv aber auch vom Vorwiderstand Rv und der Flussspannung Uled ab:

Iled = (Uv - Uled) / Rv

Wenn wir eine Versorgungsspannung Uv haben, die sich in weiten Bereichen ändert, ändert sich auch der Strom Iled durch die LED. Ein geringe Änderung der Versorgungsspannung hat zwar eine Änderung des Stroms Iled zur Folge, aber wir werden die dadurch bewirkte Änderung der Helligkeit kaum bemerken.

Wenn sich die Versorgungsspannung Uv in einem weiten Bereich, wie z.B. von 4V bis 20V ändert, ändert sich der Strom um mehr als das fünffache und das ist schon erheblich.

Wir brauchen eine Schaltung, die den Strom durch die LED weitgehend konstant hält.

  • Wir messen den Strom durch die LED und regeln den Vorwiderstand.
  • Einen regelbaren Widerstand kennen wir: einen Transistor.
  • Wie messen wir den Strom?

Den Strom messen

Im Praktikum Ströme messen haben wir gelernt, dass wir Ströme indirekt über Spannungen an Widerständen bestimmen können.

Jetzt stellt sich allerdings die Frage, wie wir Spannungen messen können.

Wir wollen nur dafür sorgen, dass der Strom durch eine LED immer gleich ist. Wir wollen also dafür sorgen, dass die Spannung an einem Widerstand immer gleich ist, d.h. wir brauchen nur die Spannung an einem Widerstand mit einem bekannten Wert zu vergleichen.

Die Basis-Emitter-Spannung eines Transistors ist ziemlich genau 0,6V.

Wir können den Strom durch eine LED durch einen Widerstand leiten und die abfallende Spannung an die Basis eines Transistors legen.

Die Schaltung

  • Wir brauchen zwei Transistoren:
  • den geregelten Transistor und
  • den Transistor für die Strommessung.
Konstantstrom_2_Transistor.png
Bild 1: Konstantstromquelle mit zwei Transistoren

Der Strom durch die LED wird mit dem Transistor Q1 über den Widerstand R2 gemessen. Der Strom durch die LED wird mit dem Transistor Q2 eingestellt.

Die Spannung am Widerstand R2 ist die Basis-Emitter-Spannung Ube=0,6V von Q1. Der Strom durch den Widerstand R2 ist

Iled = U1 / R2
Iled = 0,6V / R2
Iled = 0,6V / 33Ω
Iled = 18mA

Der Transistor T2 erhält über den Widerstand R1 einen Strom in die Basis. Damit leitet der T2 und lässt einen Strom durch die LED und R2 fließen. Wenn der Strom 18mA ist, wird der Transistor T1 leitend und ein Kollektorstrom fließt. Um diesen Strom durch T1 wird der Basisstrom von T2 verringert und T2 lässt weniger Strom durch die LED und R2 fließen. Letztlich regelt T1 den T2 so, dass immer 18mA fließen.

Wir benötigen eine minimale Spannung, damit die Schaltung läuft:

Umin = Uled + Ube
Umin = 1,7V + 0,6V
Umin = 2,3V

Die Konstantstromquelle ist natürlich nicht perfekt.

Wir messen den Strom durch die LED bei verschiedenen Versorgungsspannungen und tragen die Werte in eine Tabelle ein.

Uv Iled
1,5V
3V
5V
9V

Ein Änderung der Helligkeit einer LED wird meistens erst wahrgenommen, wenn

  • der Strom durch die LED verdoppelt oder
  • halbiert wird.

Mehrere LEDs

Was passiert, wenn wir mehrere LEDs in Reihe schalten?

Wir verwenden rote LEDs mit einer Flussspannung von 1,7V.

Bei 5V muss der Vorwiderstand für eine LED etwa 180Ω sein. Dann fließen auch 18mA durch die LED.

Anzahl LEDs Iled
1 18mA
2 14mA
3 ?

Versuchen wir das Gleiche bei 9V mit dem Vorwiderstand von 390Ω:

Anzahl LEDs Iled bei 390Ω Iled konstant
1 20mA
2 15mA
3 10mA
4 5mA
5 1mA

Wir messen und tragen die Werte in die Tabelle ein.

Mit unserer Konstantstromquelle haben wir auch bei fünf LEDs noch einen Strom, der nur wenig von unseren vorgegebenen 18mA abweicht.

Regeln

Mit einer einfachen Konstantstromquelle (Bild 1) kann ein Strom durch LEDs erzeugt werden, der

  • nur wenig von der Versorgungsspannung abhängt,
  • sich nur wenig ändert, wenn mehrere LEDs in Reihe geschaltet werden.
  • Für minimale Versorgungsspannung muss die Flussspannung aller LEDs und noch die 0,6V für die Basis-Emitter-Spannung eines Transistors addiert werden.
t_green Farbe Anzahl minimale Spannung
rot, gelb, grün 1 3V
rot, gelb 2 4,5V
rot, gelb, grün 2 5V
rot, gelb, grün 3 9V
blau, weiß 1 4,5V
blau, weiß 2 9V
blau, weiß 3 12V
  • Der Strom durch die LED wird über den Widerstand R2 eingestellt:
  R2 = 0,6V / Iled
t_green Strom R2
2mA 300Ω
5mA 120Ω
10mA 62Ω
20mA 30Ω
  • Die meisten LEDs dürfen mit maximal 20mA belastet werden.
  • Bei einer Versorgungsspannung über 20V kann der Transistor T2 überlastet werden.
  • Die Konstantstromquelle ist nicht für parallel geschaltete LEDs geeignet.
  • Die Konstantstromquelle darf nicht verpolt werden:
    I+ muss Richtung Plus und T- Richtung Minus angeschlossen werden.
  • Die LEDs dürfen zwischen
    I+ und Plus und/oder zwischen I- und Minus angeschlossen werden.
  • Es gibt auch andere Schaltungen für Konstantstromquellen für LEDs.
  • Die Schaltung in Bild 1 hat den Vorteil, einfach zu sein und mit lediglich 0,6V Spannungsabfall auszukommen.

Im Projekt Konstantstromquelle für LEDs wird der Aufbau beschrieben.