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Komplexe Schaltungen mit LEDs: Spannungsprüfer, Beleuchtung, Konstantstromquelle


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Komplexe Schaltungen mit LEDs

Einfacher Spannungsprüfer

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Keine Leistungs-LEDs

Wir beschäftigen uns hier nur mit kleinen LEDs geringer Leistung. Sie haben eine Leistung von 0,06W. Sie haben eine Spannung zwischen 1,8V und 3,2V und müssen mit einem Vorwiderstand betreiben werden.

LED-Cent.png
Unsere LED sind 3mm groß
  • LEDs mit höherer Leistung von 1W und mehr
  • oder für höhere Spannungen von z.B. 12V
  • oder für höhere Ströme von z.B. 350mA
  • sind hiermit nicht gemeint.

Sie werden meistens nicht mit einem Vorwiderstand betrieben.

Oft müssen sie mit speziellen Netzgeräten betreiben werden.

Die folgende Schaltung ist ein wenig komplexer.

Spannungspruefer_OK.png
Bild 1: Einfacher Spannungsprüfer

Einen Teil der Schaltung kennen wir schon. R1, LED1 und LED2 bilden eine antiparallele LED-Schaltung. Damit können wir die Polarität einer Spannungsquelle feststellen. R2, LED3 und LED4 bilden ebenfalls eine antiparallele LED-Schaltung, die aber parallel zum Widerstand R1 geschaltet ist.

Diese Schaltung macht Sinn:

  • Wir können damit nicht nur die Polarität einer Spannungsquelle feststellen,
  • sondern auch etwas über die Höhe der Spannung aussagen.
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  • Bei 1,5V leuchtet keine LED.
  • Bei 3V leuchtet die grüne LED.
  • Bei 4,5V leuchtet die grüne LED und die blaue glimmt.
  • Ab 5V leuchten die blaue und die grüne LED.
  • Bei falscher Polarität leuchten die roten LEDs.
  • Wenn keine LED leuchtet, ist die Spannung zu gering. Es kann keine Polarität bestimmt werden.
Spannungspruefer-brd.png
Bild 2: Spannungsprüfer auf Steckboard an 4,5V

Farben der Widerstände (Siehe Farbcode für Widerstände):

  • 4,7kΩ: gelb-violett-schwarz-braun-braun oder gelb-violett-rot-gold
  • 1,0kΩ: braun-schwarz-schwarz-braun-braun oder braun-schwarz-rot-gold

Die Schaltung wird im Praktikum Komplexe Schaltungen beschrieben. Meistens ist es dagegen besser, das Praktikum Grundschaltungen durchzuführen, das das Praktikum Komplexe Schaltungen enthält.

Im Projekt Spannungs-Tester wird beschrieben, wie der Spannungs-Tester als einfaches Prüfgerät aufgebaut wird.

Attention attention

Hinweis:

Der Spannungsprüfer darf nicht für Netzspannung (z.B. 230V) verwendet werden:

Lebensgefahr

Er ist nur für Elektronikschaltungen mit bis zu 24V geeignet.

Viele LEDs

Wenn wir LEDs für Beleuchtung einsetzen wollen, ist es oft sinnvoll, mehrere LEDs gleichzeitig zu betreiben.

Eine größere Zahl LEDs können wir anschließen, indem wir einfach mehrere in Reihe geschaltete Gruppen parallel anschließen. Das ist die übliche Schaltung in LED-Streifen, die überall angeboten werden. Sie werden meistens mit 12V betreiben. Die LED-Streifen enthalten keine 3mm-LEDs, sondern solche in SMD-Gehäusen. Es werden auch SMD-Widerstände verwendet. Vielfach kann man die LED-Streifen nach 3 LEDs kürzen.

Viele_LED.png
Bild 3: Schaltung mit 9 weißen LED

Die obige Schaltung verbraucht 0,72W.

Drei weiße LEDs im 3mm-Gehäuse an 12V haben eine Leistung von etwa 200mW = 0,2W. Die gesamte Leistung ist 0,24W. Die 0,04W verbraucht der Vorwiderstand. Der Strom für einen Strang ist 20mA. Werden mehrere Stränge mit jeweils 3 LEDs parallel geschaltet, muss für jeden Strang 20mA oder 0,24W von der Stromversorgung geliefert werden.

Unsere Erkenntnisse werden im Bau einer LED-Schreibtischleuchte angewandt.

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Leistungs-LEDs

LED-Module für Beleuchtungszwecke

sind nichts für Anfänger.

  • LEDs mit höherer Leistung von 1W und mehr
  • oder für höhere Spannungen von z.B. 12V
  • oder für höhere Ströme von z.B. 350mA
  • Sie erfordern eine Kühlung. Bei Betrieb ohne Kühlung sind sie nach einigen Sekunden zerstört.
  • Sie werden meistens nicht mit einem Vorwiderstand betrieben,
  • sondern mit speziellen Netzgeräten.

LEDs an Konstantstromquelle

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Mehr Elektronik

Die Konstantstromquelle für LEDs ist ein Beispiel, wie wir mit wenigen Bauelementen eine Schaltung aufbauen können, die uns das Betreiben von LEDs erleichtern kann.

Wie wir im Praktikum Eigenschaften von LEDs gesehen haben, hängt der Vorwiderstand für eine oder mehrere LEDs nicht nur von der Versorgungsspannung ab, sondern auch vom Typ (Farbe) der LED. Eigentlich wollen wir immer den gleichen Strom durch die LEDs fließen lassen, egal welche Versorgungsspannung anliegt oder wie viele LEDs angeschlossen sind.

  • Wir brauchen eine Schaltung durch die immer der gleiche Strom fließt.
    Wir brauchen eine Konstantstromquelle.

Für LEDs gibt es eine relativ einfache Schaltung. Sie ist nicht sehr präzise, aber wir wissen ja, dass kleine Abweichungen im Strom durch LEDs nicht wahrgenommen werden.

Die Schaltung wird im Praktikum Konstantstromquelle für LED behandelt.

Konstantstrom_2_Transistor.png
Bild 4: Konstantstromquelle für LEDs

Anstelle der LED1 können mehrere LEDs in Reihe, hintereinander geschaltet werden.

Wir benötigen natürlich eine Spannungsquelle, die mindestens so hoch ist wie die Flussspannung aller LEDs. Außerdem braucht die Schaltung noch ein wenig, nämlich 0,6V.

Bei 5V können wir eine oder zwei rote, gelbe oder grüne LEDs anschließen, auch gemischt. Leider kann nur eine blaue oder weiße LED angeschlossen werden.

Bei 12V können bis zu fünf rote, gelbe oder grüne LEDs anschlossen werden und bis zu drei blaue oder weiße.

Den Strom durch die LEDs können wir einfach einstellen, indem wir den Widerstand R2 anpassen.

Strom R2
2mA 300Ω
5mA 120Ω
10mA 62Ω
20mA 30Ω

Für den Betrieb mit LEDs ist eine minimale Versorgungsspannung notwendig.

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 4V
blau, weiß 2 9V
blau, weiß 3 12V

Die obige Tabelle gibt an, wie viele LED welcher Farbe an gängigen Spannungsquellen betreiben werden können.

  • Es dürfen keine LEDs parallel geschaltet werden.
  • Die Konstantstromquelle darf nicht verpolt werden:
    I+ muss Richtung Plus und I- Richtung Minus angeschlossen werden.
  • Die LEDs dürfen zwischen
    I+ und Plus und/oder zwischen I- und Minus angeschlossen werden.
  • Die Konstantstromquelle darf mit maximal 24V betrieben werden.