Schaltplan

Technik Elektronik & Elektrotechnik
#1

Hallo!

Um es gleich zu sagen, ich hatte das letzte Mal in der 9. Klasse mit Schaltplänen zu tun – und das ist Jahrzehnte her…

Nun möchte ich Folgendes tun:
10 LEDs (2,2V / 20mA) sollen an eine 9V Batterie angeschlossen werden.
Nun dachte ich mir mit meinem Physik Basiswissen folgendes:
Ich schalte 5 LEDs parallel (20mA*5=100mA) und das vier Mal hintereinander. Also brauche ich 400mAh um die Dinger eine Stunde leuchten zu lassen?!
Pro Parallelschaltung müssen 2,2 Volt abfallen. Also 2,2*4=8,8 Volt.
Die 0,2 Differenz zu 9 muss ich über nen Widerstand wegnehmen?!
R=U/I macht 0,2/0,4=0,5 Ohm (nicht 5 wie in der Grafik, sorry)

Und (soweit das da nicht schon vollkommener Unisnn ist) da hört mein Wissen endgültig auf. Klappt das denn so für LEDs? Ich les immer mal wieder was von einer Konstantstromquelle. Wie ich das da aber einbaue… Und überhaupt, mir dem Widerstand das kommt mir auch komisch vor.
Na ja vielleicht kann jemand mal dazu was sagen. Ich verlinke noch mal einen Laienschaltplan
http://www.abload.de/image.php?img=schaltungbvct.jpg

vielen Dank und:
Ich bin gespannt :smile:

#2

Moin,

Ich schalte 5 LEDs parallel (20mA*5=100mA) und das vier Mal
hintereinander.

Soweit richtig, ich lasse mal die Diskussion aus, ob man Dioden „einfach“ parallel schalten darf, es kann durchaus Probleme geben.

Also brauche ich 400mAh um die Dinger eine
Stunde leuchten zu lassen?!

Warum? Du hast letztlich eine Serienschaltung durch die 100 mA fließt, d.h. Du benötigst 100 mAh.

Pro Parallelschaltung müssen 2,2 Volt abfallen. Also 2,2*4=8,8
Volt.

Ok.

Die 0,2 Differenz zu 9 muss ich über nen Widerstand
wegnehmen?!
R=U/I macht 0,2/0,4=0,5 Ohm (nicht 5 wie in der Grafik, sorry)

Mit dem korrigierten Stromfluß ergibt sich 2 Ohm.

http://www.abload.de/image.php?img=schaltungbvct.jpg

Konnte ich leider nicht öffnen, immer Timeout.

Gruß Volker

#3

Nun möchte ich Folgendes tun:
10 LEDs (2,2V / 20mA) sollen an eine 9V Batterie angeschlossen
werden.
Nun dachte ich mir mit meinem Physik Basiswissen folgendes:
Ich schalte 5 LEDs parallel (20mA*5=100mA) und das vier Mal
hintereinander.

Da sehe ich zwei Probleme:

  1. Vier mal fünft ist nicht zehn, sondern zwanzig.
  2. Dioden sollte man nicht parallel schalten.

Ich würde jeweils vier Dioden in Reihe und das Ganze dann fünf mal parallel schalten. Über die 0,2 V Differenz mache ich mir keine Sorgen. So stabil ist die Spannung der Batterie sowieso nicht.

#4

Okay, vielen Danke an euch beide erstmal.
Zur nicht konstanten Spannung der Batterie. Da lese ich Unterschiedliches. Sollte man auf das Problem mittels, ich sage es mal einfach so, „irgendeiner Konstruktion“ eingehen oder spielen die Spannungsschwankungen der Batterie keine Rolle?

Ich wundere mich nur, weil quasi überall wo ich reingelesen habe über das Thema diskutiert wurde.

vg

#5

Hallo,
eine Konstantstromquelle ist nicht unbedingt nötig,
aber zwingend ist ein Vorwiderstand für jeden Einzelzweig deiner Parallelschaltung.
Der Grund ist die durchaus unterschiedliche Stromaufnahme der LED und somit das Problem der „falschen Spannungshöhe“ an einen oder mehreren Zweigen der Schaltung.
Also: Unabhängig ob es nun 10 oder 20 LED werden.
Ich würde immer 2 LED in Reihe (bei 4 LED kommst du schon zu nahe an die Batteriespannung und die Spannung reicht bald nicht mehr aus, wenn die Batterie sich entleert)und einen Widerstand von 220 OHM in Reihe dazu.
Das Ganze dann entsprechend oft parallel…Fertig .

Gruß Jörg

#6

Hallo !

Wie @Jörg Paulsen schon anmerkte,man braucht Vorwiderstände zum Schutz der LEDs und muss auch einen andere Anordnung wählen.

Vergiss mal alles,was so im Netz über LEDs steht. Man kann sie nicht wie kleine Glühlämpchen betrachten und anschließen !
Der Stromfluss muss begrenzt werden,das darf man nur in Ausnahmefällen anders lösen,etwa wenn der Innenwiderstand einer sehr kleinen Batterie quasi den Widerstand bildet oder bei Konstantstromquellen. !

Und die Angabe 2,2 V ist auch nicht vergleichbar mit der Nennspannung eines Lämpchens. Das ist ein Mittelwert aus den technischen Daten der LED, da steht dann auch etwas von z.B. 1,8 - 2,4 V Durchlaßspannung bei einem Nennstrom von z.B. 20 mA.

Der Stromwert ist der wichtigere Teil. Ist der eingestellt,dann ergibt sich eine Spannung an der LED im Bereich von ca. 2,2 V (+/-).

Um mit 9 V eine ausreichende Versorgung zu gewähren,kann man nicht 4 LED in Reihe schalten. Die Batteriespannung sinkt ja schnell ab,dann fällt auch sehr schnell der Strom und die Leuchtstärke der LEDs.

Bei 9 V würde ich mit 3 LEDs in Reihe arbeiten plus ein Widerstand .

3 x 2,2 V = 6,6 V. 9 V -6,6 V = 2,4 V am Widerstand.

R = U abf : I = 2,4 V : 0,02 A = 120 Ohm

Man kann 3 solcher LED-Ketten parallel legen an 9 V.

Dann wird man 3 x 20 mA = 60 mA Strom aus der Batterie ziehen.

Ist die 10. LED nötig,dann kann man sie einzeln anschließen,also dann am Extra-Widerstand 340 Ohm,gewählt 330 oder 390 Ohm.

Macht man es so, dann muss die Batterie eben 4 x 20 mA = 80 mA liefern,das kann auch eine 9 V-Kompaktzelle eine zeitlang bringen.

MfG
duck313

#7

Hallo auch von mir,

würde man die 3x3+1-Schaltung so bauen, muss man aber wissen, dass die einzeln „bewiderstandete“ LED sich relativ zur Batteriespannung anders verhält als die restlichen. Bei 7 V würde die einzelne noch fast mit voller Helligkeit strahlen, während die anderen schon nur noch schwach „glimmen“ würden.

MfG Marius

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#8

Hallo !

Ja,das stimmt und muss bedacht werden,wenn es in der Anwendung auf Gleichmässigkeit der LED-Helligkeit ankommen sollte.
Danke für den Einwand!

MfG
duck313

#9

Hallo,

Nun möchte ich Folgendes tun:
10 LEDs (2,2V / 20mA) sollen an eine 9V Batterie angeschlossen werden.

Was soll das ganze werden?
Warum müssen es 10 LED sein? Warum sollen es 20mA sein?

2,2V deutet auf grün hin? Soll es grün sein?
Da gibt es aber auch grüne LED mit höherer Flußspannung,
die aber richtig sauhell sind und auch mit 3mA schon
heller leuchten leuchten, als die alten klassischen grünen LED.

Nun dachte ich mir mit meinem Physik Basiswissen folgendes:
Ich schalte 5 LEDs parallel (20mA*5=100mA) und das vier Mal
hintereinander. Also brauche ich 400mAh um die Dinger eine
Stunde leuchten zu lassen?!

Besser ist die Reihenschaltung und für jeden Zweig dann ein
extra Vorwiderstand.

Die 0,2 Differenz zu 9 muss ich über nen Widerstand
wegnehmen?!

Das die LED nicht exakt 2,2V haben, wurde schon geschrieben.

Noch viel schlimmer aber ist, dass auch ein 9V-Block nicht
konstant 9V abgibt.
Ein richtig volle Primärzelle hat ca. 1,65…1,7V Leerlaufspanung.
-> Macht bei 9V-Block ca. 10V.
Unter Belastung geht das aber schnell runter.

Wo die Entladeschlusspannung liegt, hängt von der Anwendung ab.
Wen du eine Schaltung bis unter 6V noch betreiben kannst, nutzt du
die Ladung recht gut aus.
Wenn du die Schaltung z.B knapp unter 1,5V Zellenspannung schon nicht
mehr funktioniert, wird der größte Teil der Ladung verschenkt.

Dazu kommt ein noch größeres Problem.
9V-Block als Primärzelle hat eine eher geringe Kapazität und meist
einen mieserablen Innenwiderstand.
Für Belastung von paar hundert mA bricht die Spannung ratzbatz zusammen.
Nur sauteure Spezialelemente für Hochstromanwendungen wären
überhaupt geeigent.
Besser sieht es mit Akkus aus. Die haben Systembedingt einen viel
niedrigeren Innenwiderstand, aber dafür eher noch geringere Ladung
(ca. 150mAh bei NiMH). Lithiumzellen wären leistungsfähiger, aber
umso teurer und nur mit spezieller Ladetechnik zu laden.
Bei Akkus im 9V-Blockformat muß man aber beachten, dass es auch
welche gibt, deren Nennspannung unter 9V liegt (8,4V=7x1,2V)
und welche mit 9,6V (8x1,2V).

Alternaiv würde ich eher einen Packen Akkus im Format R6/Mignon/AA
empfehlen. Die haben ca. 2000mA.

Ein Pack kann man leicht z.B, durch so was zusammenhalten:
http://www.reichelt.de/Batteriehalter-fuer-Mignon/HA…
Für 4 Akkus gibt es auch günstige Ladegeräte.
Dann hat man eine recht stabile Zellenspannung von ca. 1,25…1,20V.
Eine kleine Stromquellenschaltung mit Poti für die Helligkeit
kann man z.B. so machen (linke Schaltung):
http://uwiatwerweisswas.dyndns.org/Uwi/LED_LAMPEN/LE…

Die Diode D1 ist hier als weiße LED mit ca. 3,5V Flussspannung gedacht.
Da könnte man auch 2 LED mit 2,2V in Reihe schalten.
Die Widerstände R1+R2 dienen zum Einstellen des Stromes.
Wenn man eine Anzahl LED parallel schaltet, sollten diese evtl.
durch einen kleinen Reihenwiderstand ergänzt werden, um gleichmäßige
Stromverteilung zu erreichen.

Man kann natürlich auch einfach nur einen Vorwiderstand nehmen,
die Helligkeitsänderung infolge Absinken der Spannung wird bei
Akkus nicht so kritisch sein.
Gruß Uwi

#10

Jup, so wirds gemacht.
Danke an alle
Ich mach mich mal ans Werk :smile:

#11

Hallo,

Nun möchte ich Folgendes tun:
10 LEDs (2,2V / 20mA) sollen an eine 9V Batterie angeschlossen werden.

Was soll das ganze werden?

Um nicht zu ausschweifend zu werden, ich will 10 Plexiglaskuben von unten beleuchten.

Warum müssen es 10 LED sein? Warum sollen es 20mA sein?

weil es 10 Kuben sind. Ob nun 10 oder 20, da war ich mir noch nicht ganz einig, aber die ganzen Antworten hier haben schon sehr geholfen mein Physik Weltbild zurechtzurücken und geben sowohl konkret Hilfe also auch Hilfe zur Selbsthilfe.

2,2V deutet auf grün hin? Soll es grün sein?

Rot. Ich hatte mir einfach mal eine beliebige rote LED ergooglet und die gefundenen Angaben verwendet. War das zu naiv? Was die Helligkeit angeht, brauche ich kaum etwas. Die Kuben sind 3x3x7cm (LBH) und befinden sich in einem abgedunkelten Umfeld.

Da gibt es aber auch grüne LED mit höherer Flußspannung,
die aber richtig sauhell sind und auch mit 3mA schon
heller leuchten leuchten, als die alten klassischen grünen
LED.

Nun dachte ich mir mit meinem Physik Basiswissen folgendes:
Ich schalte 5 LEDs parallel (20mA*5=100mA) und das vier Mal
hintereinander. Also brauche ich 400mAh um die Dinger eine
Stunde leuchten zu lassen?!

Besser ist die Reihenschaltung und für jeden Zweig dann ein
extra Vorwiderstand.

Die 0,2 Differenz zu 9 muss ich über nen Widerstand
wegnehmen?!

Das die LED nicht exakt 2,2V haben, wurde schon geschrieben.

Noch viel schlimmer aber ist, dass auch ein 9V-Block nicht
konstant 9V abgibt.
Ein richtig volle Primärzelle hat ca. 1,65…1,7V
Leerlaufspanung.
-> Macht bei 9V-Block ca. 10V.
Unter Belastung geht das aber schnell runter.

Wo die Entladeschlusspannung liegt, hängt von der Anwendung
ab.
Wen du eine Schaltung bis unter 6V noch betreiben kannst,
nutzt du
die Ladung recht gut aus.
Wenn du die Schaltung z.B knapp unter 1,5V Zellenspannung
schon nicht
mehr funktioniert, wird der größte Teil der Ladung verschenkt.

Dazu kommt ein noch größeres Problem.
9V-Block als Primärzelle hat eine eher geringe Kapazität und
meist
einen mieserablen Innenwiderstand.
Für Belastung von paar hundert mA bricht die Spannung ratzbatz
zusammen.
Nur sauteure Spezialelemente für Hochstromanwendungen wären
überhaupt geeigent.
Besser sieht es mit Akkus aus. Die haben Systembedingt einen
viel
niedrigeren Innenwiderstand, aber dafür eher noch geringere
Ladung
(ca. 150mAh bei NiMH). Lithiumzellen wären leistungsfähiger,
aber
umso teurer und nur mit spezieller Ladetechnik zu laden.
Bei Akkus im 9V-Blockformat muß man aber beachten, dass es
auch
welche gibt, deren Nennspannung unter 9V liegt (8,4V=7x1,2V)
und welche mit 9,6V (8x1,2V).

Alternaiv würde ich eher einen Packen Akkus im Format
R6/Mignon/AA
empfehlen. Die haben ca. 2000mA.

Ein Pack kann man leicht z.B, durch so was zusammenhalten:
http://www.reichelt.de/Batteriehalter-fuer-Mignon/HA…
Für 4 Akkus gibt es auch günstige Ladegeräte.
Dann hat man eine recht stabile Zellenspannung von ca.
1,25…1,20V.
Eine kleine Stromquellenschaltung mit Poti für die Helligkeit
kann man z.B. so machen (linke Schaltung):
http://uwiatwerweisswas.dyndns.org/Uwi/LED_LAMPEN/LE…

Die Diode D1 ist hier als weiße LED mit ca. 3,5V Flussspannung
gedacht.
Da könnte man auch 2 LED mit 2,2V in Reihe schalten.
Die Widerstände R1+R2 dienen zum Einstellen des Stromes.
Wenn man eine Anzahl LED parallel schaltet, sollten diese
evtl.
durch einen kleinen Reihenwiderstand ergänzt werden, um
gleichmäßige
Stromverteilung zu erreichen.

Man kann natürlich auch einfach nur einen Vorwiderstand
nehmen,
die Helligkeitsänderung infolge Absinken der Spannung wird bei
Akkus nicht so kritisch sein.
Gruß Uwi

Ok…das lasse ich mal auf mich wirken :wink:

#12

Hallo,
ich setze für solche Aufgaben immer dieses Teilchen ein. da kannst Du bis zu 10 grüne LED’s (in Reihe) anklemmen! Der Vorteil ist das breite Spektrum der Versorgungsspannung. Da ist es egal ob Du einen 9V-Block oder unterschiedliche Kombinationen anderer Batterien/Akku’s verwenden.
Gruß
BN

http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/1750…

#13

Der Stromfluss muss begrenzt werden

Wird der hier nicht durch die Spannung begrenzt? Mit steigendem Strom fällt doch auch eine größere Spannung ab. Die Gesamtspannung kann aber nicht größer werden als die Versorgungsspannung. Wenn über einer Diode 2,2 V bei 20 mA abfallen, dann sind es beim selben Strom über vier halbwegs baugleichen in Reihe geschalteten LEDs 8,8 V. Viel mehr kann die Batterie gar nicht liefern. Also wird auch die Stromstärke nicht viel weiter an der Kennline hochklettern. Daran ändert sich auch nichts, wenn ich fünf solcher Reihen parallel schalte.

Übersehe ich hier irgend etwas wesentliches?

Tiefentladungsschutz für Block Akku
#14

Hallo,

ich will 10 Plexiglaskuben von unten beleuchten.

ok.

2,2V deutet auf grün hin? Soll es grün sein?

Rot.

Rote LED haben eher um. 1,9…2.0V Flusspannung.
Da gibt es auch einige Varianten zw. 620nm bis 650nm.
Schön hell erscheinen die im Bereich 625…630nm.

Was die Helligkeit angeht, brauche ich kaum etwas. Die
Kuben sind 3x3x7cm (LBH) und befinden sich in einem
abgedunkelten Umfeld.

Dann besorge dir LED mit sehr hoher Helligkeit,. Die kannst du
auch mit 3…5mA betreiben und sind trotzdem schon recht hell.

Ok…das lasse ich mal auf mich wirken :wink:

Mach das mal.

Ich habe kürzlich auch so was gemacht.
Ein von unten beleuchteter Acrylblock als Statusanzeige.
Da habe ich die Oberfläche satinieren lassen (Glaskugelstrahlen),
damit man das Licht auch sieht.
Gruß Uwi

#15

Hallo Fragewurm,

Übersehe ich hier irgend etwas wesentliches?

Ja.

Deine Schaltung arbeitet mit dem Bahnwiderstand der LED und dem Innenwiderstand der Spannungsquelle.
Hauptsächlich sind die Bahnwiderstände zwischen den einzelnen Exemplaren recht unterschiedlich, besonders wenn die Dioden auch noch von unterschiedlichen Wafern stammen.

Wenn du nun mehrere Zweige parallel schaltest, verteilt sich der Strom nicht gleichmässig auf die verschiedenen Zweige.
Hinzu kommt noch, dass die Vorwärtsspannung mit der Temperatur ab nimmt. Die LEDs im Zweig mit dem höchsten Strom haben auch die höchste Verlustleistung, dadurch sinkt die Durchlassspannung und der Strom nimmt in diesem Zweig weiter zu. Dadurch werden diese LEDs noch wärmer …

MfG Peter(TOO)

#16

Hauptsächlich sind die Bahnwiderstände zwischen den einzelnen
Exemplaren recht unterschiedlich, besonders wenn die Dioden
auch noch von unterschiedlichen Wafern stammen.

Das ist mir bekannt, aber ich sehe nicht, wie das hier zum Problem werden kann.

Wenn du nun mehrere Zweige parallel schaltest, verteilt sich
der Strom nicht gleichmässig auf die verschiedenen Zweige.

Das ist zwar richtig, aber wie dabei mehr Strom fließen kann, als die Kennlinie bei der anliegenden Spannung angibt, kann ich nicht erkennen.

Hinzu kommt noch, dass die Vorwärtsspannung mit der Temperatur
ab nimmt. Die LEDs im Zweig mit dem höchsten Strom haben auch
die höchste Verlustleistung, dadurch sinkt die
Durchlassspannung und der Strom nimmt in diesem Zweig weiter
zu. Dadurch werden diese LEDs noch wärmer …

Das Problem hast Du im Prinzip auch bei Verwendung eines Vorwiderstandes. Ohne Vorwiderstand wirkt es sich zwar stärker aus, aber wenn man die Dioden nicht von vorn herein überlastet und keinen Wärmestau provoziert, sollte sich das in Grenzen halten.