Leuchtdioden in der Praxis

Leuchtdioden (kurz: LEDs) können heutzutage wegen ihrer Zuverlässigkeit, Lebensdauer und vielen anderen Vorzügen gegenüber Glühlampen mittlerweile nahezu überall eingesetzt werden.
Wenn ein paar einfache Spielregeln eingehalten werden, kann bei der Anwendung auch kaum etwas schiefgehen:
- LEDs werden mit Gleichstrom betrieben und können durch Verpolen zerstört werden!
- Aufgrund ihrer nichtlinearen Kennlinie müssen LEDs mit einem konstanten Betriebsstrom betrieben werden, bei Standard-LEDs 10 bis 20 mA, je nach gewünschter Helligkeit.
Die Hersteller geben oft einen maximal zulässigen Strom von 30 mA an, dieser ist aber nur kurzzeitig erlaubt (einige Minuten, dies wird z.B. bei LED-Taschenlampen ausgenutzt). Längerer Betrieb mit überhöhtem Betriebsstrom verringert die Lebenserwartung der Diode drastisch, da die Leuchtkraft der LED dann schnell nachlässt.
Noch höhere Ströme überlasten die LED und führen schnell zur Zerstörung der Diode. Die erforderliche Stromstärke wird im einfachsten Fall durch einen Vorwiderstand erreicht, mehr dazu weiter unten.
- Die Nennspannung einer roten, gelben oder grünen Standard-LED beträgt ungefähr 2 V.
Infrarot-LEDs brauchen nur ca. 1,5 V.
blaue und weiße und einige superhelle LEDs in anderen Farben brauchen 2,8 bis 3,5 V.
- LEDs sollten nicht direkt parallel geschaltet werden, da durch leicht unterschiedliche Durchlassspannungen bereits deutliche Helligkeitsunterschiede auftreten. Jede LED braucht einen eigenen Vorwiderstand!
Bei genügend hoher Betriebsspannung können allerdings problemlos mehrere LEDs in Reihe geschaltet werden, mehr dazu weiter unten.
- LEDs sind etwas hitzeempfindlich, weshalb man die Anschlussbeine nicht zu kurz abschneiden und die Lötzeiten kurz halten sollte.

Standard-Schaltung:
A = Anode (der längere Anschlussdraht)
K = Kathode (der kürzere Anschluss)		 LED Bild

Der Wert des Vorwiderstands Rv berechnet man wie folgt:

Rv = 
Ub - Ud
Id
 Ub  =  zur Verfügung stehende Betriebsspannung
Ud = Nennspannung der LED
Id = Strom durch die LED

Beispiel: Eine LED an 12 V:    Rv = 
12 V - 2 V
20 mA

Ergebnis: Rv = 500 Ω, der geeignete Wert aus der Normwert-Reihe wäre 560 Ω.


Einige Werte für die gängigsten Betriebsspannungen mit jeweils einer Standard-LED:

Spannung:Widerstandswert:
4,5 V150 Ω
5 V180 Ω
6 V220 Ω
9 V390 Ω
12 V560 Ω
15 V680 Ω

Mehrere LEDs in Reihenschaltung:
Bei genügend hoher Betriebsspannung können auch mehrere LEDs in Reihe geschaltet werden.
Die Gesamtspannung der LEDs muss aber immer einige Volt niedriger als die Betriebsspannung bleiben.
LEDs in Reihenschaltung
Hier addieren sich die Nennspannungen der LEDs (In diesem Beispiel: 3 x 2 V = 6 V)

Einige Vorwiderstandswerte für mehrere LEDs an einer Betriebsspannung von 12 V:
Anzahl der LEDs: Widerstandswert:
2470 Ω
3330 Ω
4220 Ω

Betrieb an Wechselspannung:
Steht nur eine Wechselspannung z.B. direkt aus einem Trafo zur Verfügung, so kann man folgende Schaltung verwenden:
LED an Wechselspannung
Die Diode D2 wird "antiparallel" also mit umgekehrter Polarität zur LED geschaltet. Sie schneidet die negative Halbwelle ab und verhindert somit, dass die LED durch zu hohe Sperrspannung zerstört wird. Geeignet dafür ist jede Universal-Diode, z.B. eine 1N4148.
Man kann statt der Universaldiode auch eine zweite LED einsetzen und so auch die negative Halbwelle ausnutzen.
Der Wert des Vorwiderstands berechnet man mit den gleichen Formeln wie oben mit dem Effektivwert der Wechselspannung.
Nachteil dieser Schaltung ist allerdings, dass die LED mit der Netzfrequenz flackert. Wenn dieses stört, kommt man nicht darum, die Wechselspannung gleichzurichten und zu sieben.

Super- und Ultrahelle LEDs:
Die Leuchtstärke von LEDs wird in mCd (millicandle) angegeben. 1000 mCd (= 1 Cd) entsprechen laut Definition der Helligkeit einer Kerze (engl: candle). Standard-LEDs haben eine Leuchtkraft von bis zu 100 mCd und eignen daher nur für Anzeigezwecke (Kontrollleuchten, Ziffernanzeigen u.ä.).
Vor einigen Jahren kammen wesentlich hellere Typen auf den Markt, die als superhelle LEDs bezeichnet werden. Diese haben zwischen ca. 500 und bis mittlerweile über 20.000 mCd. Dabei benötigen sie auch nur 20 mA Betriebsstrom.
LEDs mit Leuchtstärken über 10.000 mCd werden häufig auch als ultrahelle LEDs bezeichnet.
Ihre hohe Leuchtstärken wurde durch ständige Verbesserungen im internen Aufbau der LED erreicht.

Außerdem kamen als Neuheit weiße LEDs auf den Markt. Dies sind blaue LEDs mit einer Schicht Phosphor-Leuchtstoff, der, angeregt durch die blaue LED weißes Licht abgibt.
Mit diesen lassen sich z.B. Taschenlampen realisieren, der Vorteil ist der wesentlich höhere Wirkungsgrad, praktisch keine Wärmeverluste und extrem hohe Lebenserwartung des LED gegenüber Glühbirnen.
Superhelle rote LEDs werden inzwischen serienmäßig in Rückleuchten von Autos, Motorrädern und Fahrrädern eingesetzt und an der Realisierung von Frontscheinwerfern wird bereits gearbeitet.
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