LED

Aus Arduino Hannover
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Die LED ist das wohl meistgenutzte aktive Bauteil. Durch inzwischen erschwingliche Preise sind sie fast überall verbaut – sofern es leuchten soll.

Beliebte Bauart ist das gegossene 5mm Gehäuse mit Drähten, gängige Varianten gibt es auch in 3 oder 10mm. Einfarbige LEDs haben zwei Anschlüsse: die Anode für die positive Versorgungsspannung und die Kathode für die negative Versorgungsspannung. Die Kathode ist das kürzere Bein, am Gehäuse ist ihre Seite abgeflacht. Beim seitlichen Blick auf die LED erkennt man sie auch durch den "Kelch", in dem der Kristall liegt. Aus dem Inneren geht ein feiner Draht zur Anode, dem langen Bein.

Beschaltung

LEDs, ausgeschrieben Licht emittierende Dioden funktionieren in beschränkter Weise wie eine normale Diode. Schaltet man sie entgegen ihrer Durchlassrichtung, also der normalen Beschaltung von positiv an Anode und negativ an Kathode, so sperren sie den Stromfluss. Allerdings gilt diese Funktionsweise nur für geringe Ströme (im Datenblatt unter Reverse Voltage angegeben, etwa 10µA bei 5V). Legt man eine Spannung in Durchlassrichtung an, so leuchtet die LED auf. Dabei muss man darauf achten, dass der maximale Strom für die LED nicht überschritten wird, sie aber genügend bekommt, um zu leuchten. Mehrfarbige LEDs haben entweder eine gemeinsame Anode, Kathode oder komplett getrennte Schaltkreise. Die genaue Beschaltung ist dem Datenblatt zu entnehmen. Zweifarbige LEDs mit nur zwei Beinen bilden eine Ausnahme. Je nach Flussrichtung des Stroms leuchten sie in entsprechender Farbe (meist rot/grün). Somit ist jedes Bein sowohl Anode, als auch für die andere Anode die Kathode. Sie eignen sich etwa, um auf Verpolungen hinzuweisen oder auf geringem Platz mit einer LED zwei Farben zu schalten (z.B. Logik-Pegel zwischen 0V und 5V, konstante Versorgung an einem Bein mit 2.5V).

Darüber hinaus sind LEDs mit integrierten Schaltkreisen verfügbar. Etwa blinkende LEDs, welche, die sich erst bei Unterschreitung einer bestimmten Spannung einschalten oder individuell steuerbare RGB-LEDs, wie die WS2812.

Strombegrenzung

Jede LED hat ihre individuellen Kenndaten. Diese stehen im Datenblatt oder auf der Produktseite des Händlers. Für die Strombegrenzung mittels Widerstand sind dazu die Angaben Forward Current (IF), also Stromfluss in Durchlassrichtung und Forward Voltage (UF oder VF interessant. Sofern es eine empfohlenen Strom gibt (Suggested Current) so sollte dieser Wert IF bevorzugt werden, so wird die Lebensdauer der LED verlängert und meist die Leuchtkraft nicht sichtbar beeinträchtigt. Im allgemeinen kann gesagt werden, dass man lieber einen größeren Widerstand wählen sollte. Bei mehrfarbigen LEDs sind meist mehrere verschiedene Widerstände für die jeweiligen Farben zu wählen.

Die Spannung, die wir anlegen bezeichnen wir als Eingangsspannung Uin:

Differenz der Spannungen (zu vernichtende Spannung): Udiff = Uin - (UF × AnzahlLEDs in Reihe)

Vorwiderstand: Udiff / IF

Dabei wird auch Energie am Widerstand in Wärme umgewandelt: PR = Udiff × IF

Beim Berechnen sollte auf die Einheiten geachtet werden. Ansonsten bietet sich auch Google als hilfreiches Tool an. Bei der suche nach 3,2V/10mA antwortet die Suchmaschine mit 320 Ohm, auf 3,2V*10mA in mW mit 32mW. Die Energie und die damit erzeugte Wärme sollte möglichst gering gehalten werden, auch in Anbetracht der maximalen Leistung des Widerstands selbst (1/4W bzw. 250mW reizt man mit diesem Beispiel keineswegs aus).