Frage 16

Vorwiderstand

Zur Frage gehört ein Schaltbild, das eine LED mit einem in Reihe geschalteten Vorwiderstand zeigt. Beide Bauelemente werden über Pin 1 mit 3,3 V gegen GND (Pin 25) versorgt. Gefragt ist die erforderliche Größe des Vorwiderstands.

Um den Vorwiderstand für eine LED zu berechnen, benötigt man aus dem Datenblatt der LED die Durchlassspannung und den Betriebsstrom.

Die Rechnung wird hier und hier und hier erklärt.

Die Frage ist aber eine Trickfrage: Es ist bekannt, dass die blau leuchtenden LEDs Durchlassspannungen um 3,2 V haben. Wenn eine solche Diode über den Raspberry mit 3,3 V versorgt wird, müsste der Vorwiderstand also einen Spannungsabfall von 0,1 V verursachen. In der Praxis verträgt eine LED eine Überspannung von 0,1 V aber problemlos; es ist deshalb kein Vorwiderstand erforderlich.

Anmerkungen

• Wenn eine blaue LED über einen Pin versorgt wird, der 5 V abgibt, ist selbstverständlich ein Vorwiderstand erforderlich.
• LEDs für rotes und infrarotes Licht haben meist eine sehr niedrige Durchlassspannung und benötigen einen Vorwiderstand, wenn sie über einen 3,3 V-Pin versorgt werden.

Nachtrag:

Ein Datenblatt für eine blaue LED auf GaN-Basis findet sich hier: High Efficiency Blue LED TLHB580. Für diese LED wird eine typische Vorwärtsspannung U_f von 3,9 V angegeben!

Ein anderes Datenblatt für eine blaue LED auf GaN-Basis findet sich hier: High Efficiency Blue LED TLHB510. Für diese LED wird eine typische Vorwärtsspannung U_f von 3,9 V angegeben!

Physikalischer Hintergrund

Blaues Licht ist kurzwelliger und hat eine höhere Strahlungsleistung als rotes Licht, das wiederum eine höhere Strahlungsleistung hat als infrarotes Licht. Es verwundert daher nicht, dass eine blau leuchtende LED eine höhere Leistungsaufnahme hat als eine LED, die rotes oder infrarotes Licht aussendet.

Eine Leuchtdiode wandelt elektrische Leistung in Strahlungsleistung um. Eine höhere Strahlungsleistung verlangt also zunächst eine höhere elektrische Leistung. Die elektrische Leistung ist definiert als das Produkt aus Spannung und Strom. Für eine höhere elektrische Leistung muss also entweder die Spannung oder der Strom oder Spannung und Strom erhöht werden.

Die Strahlungsleistung einfarbigen Lichts nimmt in der Folge der Regenbogenfarben von Infrarot nach Ultraviolett zu:

infrarot - rot - gelb - grün - blaugrün - blau - violett - ultraviolett

Da der Durchlassstrom der meisten LEDs unabhängig von der Lichtfarbe bei 20 mA liegt, nehmen also die Durchlassspannungen in der Folge der Regenbogenfarben zu.

Auf der Seite www.mikrocontroller.net fasst der Beitrag LED die wesentlichen Fakten zusammen.