LED-Vorwiderstand

Eine LED braucht fast immer einen Widerstand in Reihe, der ihren Strom begrenzt. Ohne ihn steigt der Strom oberhalb der Flussspannung so steil an, dass die LED nach kurzer Zeit überlastet ist. Der Rechner bestimmt diesen Vorwiderstand aus Betriebsspannung, Flussspannung und gewünschtem Strom. Er wählt den passenden Normwert, rechnet nach, welcher Strom damit wirklich fließt, und sagt dir, welche Belastbarkeit der Widerstand braucht. Die Hintergründe erklärt der Artikel LED-Vorwiderstand berechnen, das allgemeine Prinzip steht unter Vorwiderstand.

So rechnet der Rechner

Nach der Maschenregel teilt sich die Betriebsspannung U_B auf LED und Widerstand auf. An der LED liegt ihre Flussspannung U_F, am Widerstand der Rest. Durch beide fließt derselbe Strom I_F:

Dieser Wert passt selten genau auf einen erhältlichen Widerstand. Der Rechner nimmt deshalb den nächstgrößeren Wert aus der E-Reihe E12. So fließt eher etwas weniger Strom als geplant, nie mehr. Mit diesem Normwert R_N rechnet er Strom und Leistung neu:

Für die Belastbarkeit nimmt er die doppelte Leistung als Reserve und schlägt die kleinste übliche Klasse vor, die das schafft: 1/8 W, 1/4 W, 1/2 W, 1 W oder 2 W.

So benutzt du ihn

• Betriebsspannung: die Spannung, an der LED und Widerstand zusammen hängen, etwa „5 V“, „12“ oder „3,3 V“.
• LED-Farbe: setzt eine typische Flussspannung ein, zum Beispiel 2 V für Rot oder 3,1 V für Blau und Weiß. Das sind Richtwerte aus der Praxis.
• Flussspannung U_F: hier trägst du den Wert aus dem Datenblatt ein, wenn du ihn kennst. Er überschreibt die Vorgabe der Farbwahl.
• LED-Strom: zum Beispiel „15 mA“, „2mA“ oder „0,02“ (in Ampere).

Warum Farbe und Flussspannung zusammenhängen, erklärt die Optoelektronik. Liegt die Betriebsspannung nicht über der Flussspannung, meldet der Rechner das statt eines Ergebnisses: Dann leuchtet die LED gar nicht oder nur schwach, und ein Vorwiderstand hilft nicht.

Beispiel

Voreingestellt ist eine rote LED mit U_F = 2 V an U_B = 5 V und einem Strom von 15 mA:

Die knapp 10 % weniger Strom siehst du an der Helligkeit kaum. Wer genau 15 mA braucht, nimmt einen Wert aus einer feineren Reihe, etwa 200 Ω aus E24. Den nächsten Wert in jeder Reihe findest du mit dem Rechner Normwert finden.

Praxis und typische Fehler

• Mit der falschen Spannung gerechnet. Ein Kfz-Bordnetz hat bei laufendem Motor bis zu 14,4 V, ein frisch geladener Akku liegt über seiner Nennspannung. Rechne mit der höchsten Spannung, die vorkommt.
• Wenig Spannung am Widerstand. Je knapper U_B über U_F liegt, desto stärker schwankt der Strom mit der Versorgung und mit der Temperatur der LED. Ein Volt oder mehr am Widerstand ist ein guter Anhaltspunkt.
• LEDs parallel an einem Widerstand. Die Flussspannungen streuen von Exemplar zu Exemplar. Die LED mit der kleinsten Flussspannung zieht dann den größten Teil des Stroms. Gib jeder LED einen eigenen Widerstand oder schalte sie in Reihe.
• Mehrere LEDs in Reihe. Das geht mit diesem Rechner auch: Addiere die Flussspannungen und trage die Summe als U_F ein. Drei weiße LEDs mit je 3,1 V ergeben 9,3 V.
• Hohe Spannung, viel Wärme. An 24 V mit 20 mA verheizt der Widerstand bei einer roten LED rund 0,44 W, die LED wird dadurch kein bisschen heller. Bei hoher Betriebsspannung oder großen Strömen lohnt sich eine Konstantstromquelle oder ein LED-Treiber.
• Mikrocontroller-Pins. Viele Pins vertragen nur wenige Milliampere. Moderne LEDs leuchten mit 2 bis 5 mA schon gut sichtbar.

Den Vorwiderstand einer Glühlampe rechnest du ähnlich, nur mit Nennspannung und Nennstrom der Lampe, siehe Vorwiderstand für Lampen. Für die reine Umrechnung zwischen Spannung, Strom und Widerstand gibt es den Rechner für das Ohmsche Gesetz.

Häufige Fragen

• Warum nicht einfach den nächstkleineren Normwert? Dann fließt mehr Strom als geplant. Bei einer LED, die schon am Nennstrom betrieben wird, verkürzt das die Lebensdauer.
• Muss der Widerstand vor oder hinter die LED? Das ist egal. In einer Reihenschaltung fließt überall derselbe Strom, die Reihenfolge ändert nichts.
• Woher kenne ich die Flussspannung? Aus dem Datenblatt, angegeben bei einem bestimmten Strom. Ohne Datenblatt misst du sie mit dem Diodentest des Multimeters oder nimmst die Richtwerte der Farbwahl.
• Warum schlägt der Rechner 1/8 W vor, obwohl nur 41 mW anfallen? Er rechnet mit doppelter Reserve. Ein Widerstand an seiner Nennlast wird sehr heiß und altert schneller.