Thema: LED länger leuchten Lassen

Guten Abend,
ich komme aus der Programmierung und habe mich nun mit Mikrocontrollern beschäftigt. Allerdings fehlen mir die Grundlagen im Löten und von elektischen Bauteilen habe ich, abgesehen von den Info's im Physikunterricht keine Ahnung.

Ziel meiner Schaltung ist es mit einem 5V-Adapter und einer entsprechenden Buchse Strom an die Platine zu bekommen, das klappt auch alles schon super. Dann habe ich eine LED mit Vorwiederstand über zwei Kabel an die Buchse gelötet. Mit dem Einstecken des Adapters beginnt die LED zu leuchten.
Doch wie groß ist der Vorwiederstand der LED? Im Datenblatt finde ich dazu absolut keine Angaben, habe jetzt mal nach Ohm gesucht. :/

Nun habe ich einen Taster dazu gebaut, zwischen LED und Buchse gesetzt. Ob nun vor oder hinter der LED, aus Sicht der Stromfluss ist doch praktisch egal?


Was ich jetzt vorhabe ist, dass die LED nach dem los lassen des Tasters noch kurz durch einen Kondensator weiter leuchtet. Theoretisch ist das ja kein Problem, aber ich hätte gerne eine sichtbare Zeitspanne.


Also packe ich jetzt mal meine Schulphysikkenntnisse aus:

Die Kapazität (C) ist die Proportionalitätskonstante zwischen der auf dem Kondensator vorhandenen Ladung (Q) und der angelegten Spannung (U).

Q = C * U

Weiterhin ist die Spannung, bzw. die Spannungsdifferenz die Energie die eine Ladung abgibt, wenn sie vom einen Potential in das andere gelangt.

U = W / Q

Lege ich also nun eine Spannung an den Kondensator an, so steigt die Ladung in diesem an. Dadurch wird auch mehr Arbeit benötigt um weitere Ladungen auf diesem zu platzieren. Diese Arbeit steht den einzellnen Ladungen nach dem Aufladen natürlich zu verfügung.

Die Arbeit (W) ist somit gegeben durch:

W = 1/2 * Q * U

Sofern also nun keine Wiederstände, bzw nur vernachlässigbar kleine Wiederstände bestehen ist der Kondensator sofort aufgeladen, bzw. direkt entladen.

Sollte der Kondensator jedoch über einen Wiederstand (R) entladen oder geladen werden, so gibt tau die sogenannte Zeitkonstante an.

τ = R * C

In einem Zeitraum von 5τ ist der Kondensator praktisch vollkommen geladen/entladen.


Der Wiederstand ist gegeben durch
U = R * I =>
R = U / I

Frage ist nun, wie viel Ampere die LED braucht um zu leuchten.
Angenommen ich würde mir eine 2mA LED besorgen. So lange der Taster gedrückt ist und 5V anliegen brauche ich einen Wiederstand von

R = U / I
R = 5V / 0.002A
R = 2500Ω

Soweit ist es doch noch richtig oder?

Wenn nun der Taster losgelassen wird, so entläd sich der zuvor losgelassene Taster.

Die Entladung erfolgt über die Exponentialfunktion (Lösung der Differentialgleichung)

U_c(t) = U₀ * e ^ ( - t / τ )

I_c(t) = - U₀ / R * e ^ ( - t / τ ) ; Das - stellt die andere Fließrichtung dar, ist aber praktisch zu vernachlässigen.

Ziel ist es jetzt natürlich den Stromfluss durch geeignete Wahl von der Kapazität und dem Wiederstand und somit von τ, solange über 2mA zu halten die LED nachleuchten soll, z.B. 1s.

Nehmen wir z.B. folgende LED. Ich denke mal nicht, dass ich die Stromstärke beliebig hoch setzen kann oder die Spannung über alle Grenzen wachsen darf, wo kann ich das z.B. ablesen?

Zunächst gucke ich welche Kondensatoren es denn gibt. Da sehe ich welche mit 340µF.

Wenn also nun I_c(1s) > 0.002A sein soll muss man mit U₀ = 5V R entsprechend wählen.

Da bei

I_c(t) = 5V / R * e ^ ( - 1s / ( 340µF * R ) )

R aber sowohl in der Basis als auc im Exponenten liegt, ist die Gleichung nur Numerisch lösbar.

Mein Taschenrechner schlägt mir einen Wiederstand von 222.34Ω vor. Also kann ich auch mehr nehmen, da sich der Kondensator dadurch nur noch langsamer entläd.

Im Zeitpunkt t=0 ist

I_c(0) = U₀/R
I_c(0) = 5V / 250Ω = 20mA

ist das nicht zu viel für die kleine 2mA LED?

Ich hoffe ihr versteht meine Fragen und könnt mir helfen,
noch eine gute Nacht euch allen

Die Berechnung des Vorwiderstandes der LED ist ja keine Hexerei: Vorwiderstand für LED berechnen


Wie genau jetzt deine Schaltung aussieht kann ich mir aber bei der Beschreibung nicht so recht vorstellen.
Du willst wohl den Kondensator Parallel zu Speisung legen. Dieser lädt sich dann auf die Betriebsspannung auf. Geht die Spannung weg wird er entladen. Dann kannst du in der Tat ueber den Strom der in der LED und Vorwiderstand fliesst berechnen wie lange die Entladung dauert.
Bei einer LED die 2mA zieht ergibt das bei den 5V den von dir genannten Widerstand. Deine Berechnung ist zwar schoen und gut, aber leider nutzlos, da die LED sowiso schon viel frueher aus geht und nicht erst nach den 5 Tau. Ausserdem ist der Widerstand einer LED nicht konstant. Schau dir mal eine LED Kennlinie an. Sinkt die Spannung an der LED, sperrt sie irrgendwann. Deshalb wuerde ich der einfachheit halber annehmen das der Widerstand der LED/Vorwiderstand konstant bleibt bis einem Tau. Nach einem Tau geht sie dann aus. Alles andere Probierst du dann am besten in der Praxis aus.

Solche Schaltungen baut man aber eigentlich nicht so, weil wie du siehst alles etwas unpraktisch ist.

gruss

Moin,

Fangen wir erstmal bei Adam und Eva an - Grundlagen...

LEDs - damit die Dinger innerhalb ihrer Parameter betrieben werden müssen gewisse Vorkehrungen getroffen werden.
Wichtigste Vorkehrung: Strom auf einen bestimmten Wert begrenzen. Dazu dient der Vorwiderstand.
Man kann in den Datenblättern herauslesen, wie groß das der Nennstrom durch eine LED sein soll. Normalerweise wird hier ein Wert von 20mA genannt. Unter bestimmten Voraussetzungen kann der Strom auch andere Werte annehmen: zB extrem kurze Lichtblitze (im ms-bereich) - auch das wird in den Datenblättern spezifiziert.

Aus dieser Überlegung heraus, kannst Du den Vorwiderstand für eine LED zunächst einmal für den statischen Betrieb berechnen.
Urv = UB - ULED
- wobei ULED aus der Kennlinie der LED herauszulesen ist. Bei roten LEDs beträgt er meist 1,7V, bei grünen und gelben 2,4V bei blauen und weißen um die 3-3,5V.
Trotzdem: UNBEDINGT im Datenblatt nachschauen.

Nach Adam Riese und Gustav Zwerg gilt dann:
ILED = Irv
RV = Urv /Irv

Beispiel: UB = 5V; ILED = Irv = 20mA (=0,02A); ULED (nach Datenblatt) beträgt 1,7V

das ergibt URV= UB - ULED = 5V - 1,7V = =3,3V
RV = Urv / Irv = 3,3V / 0,02A = 165 Ohm - ich würde 180Ohm aus der Normreihe E24 wählen.
Belastbarkeit des Vorwiderstands sollte auch noch ermittelt werden:

Prv = Urv * Irv = 3,3V * 0,02A = 0,066W
also genügt ein 1/4W Widerstand.

Bei deinem Projekt solltest Du beachten, dass die Lichtstärke der LED vom Strom ILED abhängig ist (siehe Datenblatt).
Es gibt also zwei Möglichkeiten:
a) entweder hinnehmen, dass die LED dunkler wird um dann irgendwann abrupt zu erlöschen (deutlich von 5 Tau) oder
b) die LED mit einer Konstantstromquelle speisen.
bei b) wird die LED zwar auch irgendwann dunkler werden - aber sie wird zunächst einmal konstant hell leuchten bis zu dem Zeitpunkt (auch deutlich vor 5 Tau), wo die Regelmöglichkeiten der Konstantstromquelle erschöpft ist.

Gruß

Ralf

Vielen danke für euere Hilfe, ich habe hier die entsprechende Schaltung zusammen gelötet und es funktioniert so, wie ich es gerne hätte.

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