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Leuchtdiode - LED

Grundlegendes

Die Leuchtdiode besitzt, wie auch ihre nicht leuchtenden Verwandten, eine Sperrrichtung. Daher muss beim Anschließen auf die richtige Polarität geachtet werden. Dabei liegt Plus (+) an der Anode und Masse (−) an der Kathode. Die Anode erkennt man an dem etwas längeren Anschlussbeinchen, beziehungsweise die Kathode an der Abflachung des umlaufenden Bundes am eigentlichen LED-Körper (siehe Bild).

Die Abbildung rechts zeigt das Schaltzeichen einer Diode wie diese auf Schaltplänen zu finden ist.

Leuchtkraft

Bei Weißlicht-LEDs bzw. allgemein bei hell leuchtenden LEDs wird die Leuchtkraft oft in mcd (Millicandela) angegeben. Die Einheit Candela gibt Auskunft über die Strahlstärke einer Lichtquelle in eine bestimmte Raumrichtung; es wird dabei angenommen, dass die Abstrahlung – wie bei einer Kerze – in alle anderen Raumrichtungen gleich ist. LEDs besitzen jedoch verschiedene Abstrahlwinkel, weshalb der mcd-Wert bei LEDs nicht als direkter Vergleich für die wahrgenommene Leuchtleistung geeignet ist. Eine 6.000-mcd-LED mit 120° Abstrahlwinkel leuchtet zum Beispiel heller (in der Wahrnehmung) als eine 18.000-mcd-LED mit nur 15° Abstrahlwinkel. Für einen Vergleich sollte man statt des mcd-Werts besser den Lichtstrom (Lumen) heranziehen. Die Angabe in Lumen gibt Auskunft über den in alle Raumrichtungen gleichmäßig verteilten Lichtstrom. Dadurch wird auch der Bereich außerhalb des Abstrahlwinkels berücksichtigt und somit die wahrgenommene Gesamtausleuchtung besser vergleichbar. Letztlich kommt es allerdings immer auf den speziellen Anwendungsfall an.
Um den Lumen Wert auf Basis mcd + Abstrahlwinkel zu ermitteln kann der hier verlinkte Onlinerechner verwendet werden.

Vorwiderstand berechnen

Für Eilige die keine Lust auf Details haben hier direkt der link zum Onlinerechner
Ergänzend auch ein Tool zum Bestimmen des nächstgelegenen Standardwiderstand
Und wer dann sein Sortiment durchstöbern muss, hier noch ein Tool zum entschlüsseln der Farbcodierung 4 und 5 Ringe

Da Standard-Leuchtdioden je nach Leuchtfarbe eine Spannung von 1,6 bis etwa 3,5 Volt besitzen, kommt man in den seltensten Anwendungsfällen ohne einen Vorwiderstand aus. Der Vorwiderstand hat die Aufgabe, die vorhandene Spannung auf den für die LED passenden Wert zu bringen und somit letztlich den Strom zu begrenzen, der durch die LED fließt. Die Standardtypen beginnen bereits ab 5 mA zu leuchten, bei 15 mA besitzen die meisten ihre stärkste Leuchtkraft. Um das Ganze praxisnah zu halten, folgt nun nicht seitenweise Algebra wie auf vielen anderen Seiten, sondern wie immer nur das Nötigste.

rot
orange
grün
gelb
blau

=
=
=
=
=

1,6V
1,8V
2,1V
2,2V
2,9V

Beispiel: Eine rote LED, als Signalleuchte im PKW [ rot = 1,6V, LED-Strom = 0,015 A, PKW-Bordspannung 13,4V ]

Zunächst rechnet man aus, wie hoch der Spannungsabfall am Vorwiderstand sein muss

Dann den Widerstand mit dem Ohmschen Gesetz

Den berechneten Wert wird man allerdings so nicht als Widerstand bekommen, daher nimmt man den nächstgelegenen Wert, zum Beispiel 750 Ohm, welcher über das oben verlinkte Tool für Standardwiderstände ermittelt werden kann.

Bei diesem Beispiel sollte man noch mit einem günstigen 1/4-Watt-Kohleschichtwiderstand auskommen. Der Sicherheit bzw. der Vollständigkeit halber rechnen wir aber noch schnell die Verlustleistung nach.
Zunächst mit dem Ohmschen Gesetz den Ist-Strom durch den angepassten Widerstand:

Dann die Leistung, die der Widerstand aufnehmen muss:

Das Ergebnis liegt noch unter den 0,250 Watt die ein Standard Kohleschicht-Widerstand abhaben kann und somit ist der 750 Ohm 1/4 Watt Kohleschicht-Widerstand bestätigt

Das Ergebnis liegt noch unter den 0,250 Watt, die ein Standard-Kohleschichtwiderstand verkraften kann. Somit ist der 750-Ohm-1/4-Watt-Kohleschichtwiderstand geeignet und bestätigt.

Wem das nun doch alles zu viel ist, der kann auch den Onlinerechner benutzen :-)