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Leistung eines Widerstandes in Watt berechnen?


Guest derKnut

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Hellmut Kohlsdorf

So kann man sich in Details verlieren. Wenn ich viele LEDs betreiben möchte und die Versorgungsspannung relativ hoch ist, dann wird viel Leistung verbraten. Ich will mal das Beispiel der vom Starter dieser Diskussion ins Spiel gebrachten 8 LEDs und eine Spannung von 12VDC, nominal sei die von den LEDs benötigte Durchlassspannung 3,3VDC und ein Maximalstrom von 20mA. Setze ich ausschliesslich Widerstände ein, so verbrate ich maximal überschlägig 8 * (12-3,3)VDC * 20mA = 1,20W.

Setze ich statt dessen ein Modul mit Schaltreglerfunktion ein der aus den 12VDC 5VDC mit einer Efffektivität von 90% erzeugt ein, so werden hier nur (12-5)VDC *0,02 *8 mA * 0,1 = 1,28 * 0,1 (10%) = 0,128W, also grob nur 1/10 in Wärme um. Setze ich jetzt einen Widerstand, oder 8 Widerstände, einer pro LED ein, so wird nur noch hinzukommen 1,7VDC * 0,16A = 0,272W, oder insgesamt 0,4W. Ich spare viel Strom und die Bedeutung wächst je mehr LEDs ich betreiben werde.

 

Was die Variabilität der Prozeßparameter auf die tatsächlichen Werte von Licht der LED und Strom durch den Widerstand und LED angeht, da kommt es auf die Bedeutung an die der Benutzer der gleichen wahrgenommen Intensität der LED Lichtabgabe gibt, an. Ist sie hoch, so kann man selektieren und somit die Variabilität ausgleichen. Ich arbeite mehr mit Kohlewiderständen als mit Metallwiderstände, sind billiger, und die haben eine Variabilität von +-10%.

 

Da hilft es einfach vorher messen und probieren.

 

Man baut sich auf einen Experimentiersteckboard ein Poti mit einem LED ein und eine LED mit einem festen Widerstand. Der dient als Referenz für die Versuche zur Selektion.

Jetzt nehme ich eine 2. LED und ersetze damit die am Poti. Jetzt verändere ich die Poti-Einstellung bis die LED genauso hell leuchtet wie die am festen Widerstand. Jetzt messe ich den Widerstand am Poti und selektiere einen Widerstand mit einem möglichst nahe liegenden Wert. So gehe ich mit allen weiteren LEDs vor und erfasse so den exakten Widerstandswert um die jeweilds gleiche LED-Lichtstärke zu erzielen. ACHTUNG: Das Pot1 darf nie einen geringeren Widerstandswert haben als jener der den Strom unterhalb der zulässigen 20mA begrenzt! Sinnvoll ist es auch festzustellen an welchen minimalen Stromwert die Helligkeit der LED hinreichend ist. Häufig ist bei einer mit 20mA spezifizierten LED ein Strom von 5-8mA bereits OK. Auch hier kann man also viel Leistung sparen!

Edited by Hellmut Kohlsdorf
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Bei 12V Eingangsspannung ist es oft sinnvoll, einfach ein paar LEDs in Reihe zu schalten. Reihenschaltung ist im Gegensatz zu Paralellschaltung kein Problem :)

Bei LEDs mit 2 Volt Flußspannung können so z.B. 4 oder 5 in Reihe geschaltet werden, am Vorwiderstand müssen dann nur noch 2 oder 4V verbraten werden. Der Widerstand muß dann entsprechend ausgelegt werden, das bei 2V der gewünschte Strom fließt.

 

viele Grüße,

Hermann

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Soooo..dann will ich mich auch nochmal melden! Zunächste vielen Dank für eure umfangreichen Tipps und Beiträge. Wollte hier keine Grundsatzdiskussion los treten. Beim Durchlesen der Beiträge bin ich aber doch über einen gestolpert wo ich vermutete, dass da ein Denkfehler drin steckt (der möglicherweise Hintergrund auch für andere sein könnte):

 

 

Kurze Rechnung, um diese nette Diskussion mal mit Fakten abzukürzen...

zur Vereinfachung mal mit 2 LEDs:

LED1: 3,4V Flußspannung

LED2: 3,2V Flußspannung

Sollstrom 20mA pro LED

Betriebsspannung 12V

-> Widerstand: 12V - 3,3V / (2 * 20mA) = 217,5Ohm -> 220Ohm

 

Genauer gesagt gehts mir um das

(2 * 20mA)
Ich denke nicht, dass in dieser Rechnung der fließende Strom mit der Anzahl der verwendeten Led multiplizeirt werden darf!

 

Ich habe bei mir so gerechnet bei 8 Led 3,3V 30mA und 6V Stromquelle

 

6V - 3,3V = 2,7 V -> 2,7V / 0,03 = 90 Ohm für den Widerstand

 

Da ich ein Praktiker bin kann ich sagen: mit den 90 Ohm sieht das gut aus beim Betrieb.

Nach der zitierten Logik müsste ich aber rechnen:

 

2,7V / (8*0,03) also 2,7V / 0,24 = 11,25 Ohm für den Widerstand

 

DAS möchte ich ehrlich gesagt nicht ausprobieren in der Praixis weil ich schwer vermute, dass mir dann wirklich die Led abrauchen.

 

Um das mal durch Versuch zu belegen habe ich mal nachgemessen:

 

Die acht Led ziehen parallel geschaltet laut meinem Meßgerät 40mA. Gut, das ist mehr als angenommen, vielleicht aber auch im Toleranzbereich des Meßgerätes...? Entscheidend aber: sie ziehen nicht irgendwas um die 240 mA! Und: wenn ich zwei oder vier Led abklemme, fließen immer noch genau gleich die 40 mA!

 

Was sich tatsächlich mit der Anzahl der Led leicht ändert ist die Spannung. Bei 8 Led ist die tatsächliche Spannung 2,97V. Klemme ich 4 ab, ist die Spannung an den verbleibenden 4 Led 3,09V. Das sind für mich Schwankungen, mit denen ich prima leben kann, wenn ich insgesamt so kalkuliere, dass die Spannung auch im Fall wenn mal zwei Led ausfallen noch unter dem Nennwert der Led bleibt. Damit wird meinem Projekt, denke ich, ein langes Leben beschieden sein...

 

...mal ehrlich...wir reden hier über eine Lampe auf einem von mehreren Booten...das ich, wenns hoch kommt, in der Saison mal alle 3-4 Wochen für ein paar Stunden mit an den Teich nehme.... was ich sagen will....

 

Meine Frage wäre dann mittlerweile dann beantwortet :D

 

Over and Out....

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Schifferlfahrer

Vorsicht: Der von dir zitierte Beitrag ist absolut richtig, auch und insbesondere hinsichtlich des berechneten Stroms!

 

Wenn du mehrere LEDs parallel schaltest, dann addieren sich sämtliche Ströme der LED auf - bei den zwei Stück ergäbe das dann ca. 40mA, bei deinen 8 Stück dann eben 240mA. Auch der damit berechnete Widerstand ist völlig richtig und deiner, streng genommen, falsch.

Ganz algemein addieren sich in Parallelschaltungen sämtliche Ströme der einzelnen Verbraucher.

Als Beispiel stell dir dein ganzes Schiff vor: Aus dem Akku kommt doch der ganze Strom, den deine ganzen Lämpchen, Motoren, Elektronik etc. "verbraucht". Sprich, du summierst sämtliche Ströme auf und erhältst somit den Strom, den der Akku liefern muss. Konkret: Ein Motor zieht 2A aus dem Akku. Jetzt hast du aber zwei Motoren als Antrieb verbaut. Damit verbraucht dein ganzer Antrieb 4A - eben weil die Motoren parallel am Akku angeschlossen sind. (Gut, da ist noch ein Regler dazwischen, aber das macht hier nicht weiter etwas aus).

 

Deine Rechnung müsste, wenn du alle LED parallel schaltest, also lauten:

6V - 3,3V = 2,7 V -> 2,7V / (8*0,03) = 11,25 Ohm für den Widerstand

 

So und jetzt zur Praxis, oder auch, warum deine LED "schön" leuchten:

Die Vorgänge in einer LED sind ausgesprochen komplex, sie würden hier den Rahmen total sprengen, eigentlich liefert das Stroff für mehrere Vorlesungen Festkörperphysik. Tatsache ist nun: Je höher der Strom durch die LED ist, umso mehr Verluste treten auch auf. Das äußerst sich dann beispielsweise daran, dass angeregte Elektronen im Leuchtmaterial sich nicht durch Emission von Licht abregen, sondern durch Stöße mit anderen Elektronen.

Insofern ist es wenig hilfreich, den Strom durch eine LED zu erhöhen, aber ca. 10mA merkst du kaum mehr, dass sie heller wird - die überschüssige Leistung wird mehr und mehr in Wärme "verbraten.

Da eine LED ausgesprochen effizient arbeitet merkst du schon bei wenigen mA eine schne Helligkeit, den Strom weiter zu erhöhen wird dir immer wenige rzusätzliches Licht bringen. Da läuchten deine LEds auch recht schön: Es fließen zwar nur ca. 5mA durch sie hindurch, das reicht aber locker aus, damit sie schön leuchten.

Du könntest jetzt den Strom durchaus noch erhöhen, der 11Ohm Widerstand würde dir die LED sicherlich nicht töten, aber sie werden dadurch nur unwesentlich heller. Insofern, wenn du mit dem Ergebnis zufrieden bist, dann lass es wie es ist, das kann nicht schaden.

 

So, jetzt nochmal zu dem Problem mit dem Widerstand und der Parallelschaltung der LEDs: Eine LED hat als Halbleiter eine seltsame Eigenschaft: Je wärmer sie wird, umso besser wird ihre Leitfähigkeit, umso mehr Strom fließt also bei gegebener Spannung durch sie hindurch. (Miss mal den Strom, wenn du die LED mit den Fingern etwas erwärmst und dann wieder abkühlen lässt!) Wird nun eine LED etwas wärmer, fließt durch sie mehr Strom. Normalerweise würde dies jetzt zu einem deutlichen Spannungsabfall am Widerstand führen, die Spannung sinkt und der Strom damit auch wieder - somit wird der steigende Strom sofort kompensiert.

Es ist nun offensichtlich, dass an einem kleineren Widerstand weniger Spannung bei einer leichten Stromerhöhung abfällt, als an einem größeren. (In unserem Beispiel mit den 90 und 11 Ohm ca. um den Faktro 9!) Somit fällt die Kompensationswirkung des steigenden Stroms bei kleinem Widerstand schwächer aus, als bei einem großen und somit wird die LED wesentlich stärker belastet, denn es fließt solange immer mehr Strom, bis ausreichend viel Strom fließt um die Spannung entsprechend zu kompensieren. (Mal etwas salopp formuliert)

 

So, ich hoffe ich konnte ein bisschen mehr Licht ins Dunkel bringen und vielleicht trägt die Disskusion wieder ein Stückchen dazu bei, die Geheimnisse um LEDs zu lüften.

(Und, ja, ich studiere seit 4 Semestern Physik und, ja, es macht mir immernoch Spaß:mrgreen::mrgreen:)

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