Warum eine LED einen Widerstand braucht
An einer LED fällt eine fast feste Spannung ab, die Durchlassspannung, und darüber steigt der Strom sehr steil an. Ohne Strombegrenzung wird sie zu heiß und fällt aus. Ein Widerstand in Reihe legt den Strom fest.
Die Formel
R = (Versorgungsspannung − Durchlassspannung der LED) ÷ Strom
Eine rote LED mit 2,0 V Durchlassspannung bei 20 mA an 5 V braucht (5 − 2) ÷ 0,020 = 150 Ω. Eine weiße LED mit 3,2 V an 12 V braucht (12 − 3,2) ÷ 0,020 = 440 Ω; den nächsthöheren Normwert nehmen, 470 Ω.
Typische Durchlassspannungen liegen bei etwa 1,8 bis 2,2 V für rote, gelbe und orange LEDs und bei etwa 2,8 bis 3,4 V für blaue, weiße und die meisten grünen. Das Datenblatt nennt den genauen Wert.
Belastbarkeit
Der Widerstand verwandelt die überschüssige Spannung in Wärme: P = I² × R. Im Beispiel mit 150 Ω sind das 0,02² × 150 = 0,06 W, ein üblicher Widerstand mit 0,25 W reicht also. Eine Belastbarkeit von mindestens dem Doppelten der berechneten Leistung wählen.
Mehrere LEDs
In Reihe die Durchlassspannungen addieren und einen Widerstand verwenden, solange die Summe unter der Versorgungsspannung bleibt. Parallel bekommt jede LED einen eigenen Widerstand, weil kleine Unterschiede zwischen LEDs den Strom sonst ungleich verteilen.
Rechner
Der LED-Vorwiderstand-Rechner liefert den genauen Wert, den nächsten Normwert und die Leistung. Für andere Schaltungen erledigen der Rechner für das Ohmsche Gesetz und der Reihen- und Parallelschaltungs-Rechner den Rest.
Drei LEDs in Reihe
Drei weiße LEDs mit je 3,2 V an 12 V bei 20 mA: die LEDs nehmen 9,6 V, für den Widerstand bleiben 2,4 V. R = 2,4 ÷ 0,020 = 120 Ω, und die Leistung darin ist 0,02² × 120 = 0,048 W, also klar innerhalb eines 0,25-W-Bauteils.
Eine vierte LED bräuchte 12,8 V, mehr als die Versorgung, und würde nicht leuchten. Halte die Summe der Flussspannungen unter etwa 80 % der Versorgungsspannung, damit dem Widerstand noch etwas bleibt.
Eine LED dunkler betreiben
Die meisten Anzeige-LEDs sind bei 5 mA gut zu sehen, moderne schon bei 1 bis 2 mA. Bei 5 mA an 5 V mit einer roten LED mit 2,0 V: R = 3 ÷ 0,005 = 600 Ω, also nimm 620 Ω. Das ist ein Viertel des Stroms und der Wärme von 20 mA, was bei Batteriegeräten und bei einer Front voller Anzeigen zählt.
Häufige Probleme
- Die LED ist an 3 V dunkel oder bleibt aus. Eine blaue oder weiße LED braucht allein etwa 3 V, an zwei AA-Zellen bleibt für den Widerstand also nichts. Nimm einen Aufwärtswandler oder eine rote LED.
- LEDs parallel ohne eigene Widerstände. Die mit der niedrigsten Flussspannung zieht den meisten Strom, wird heiß und fällt zuerst aus. Gib jeder ihren eigenen Widerstand.
- Eine LED direkt an einen Pin hängen. Pins eines Mikrocontrollers erlauben oft höchstens 20 mA, und die Summe über alle Pins ist ebenfalls begrenzt. Für mehr Helligkeit nimm einen Transistor.
- Der Widerstand wird heiß. Vergleich P = I² × R mit der Belastbarkeit des Widerstands und wähl ein Bauteil mit mindestens dem Doppelten.