Regeln & Tips:
Spannung liegt an, Strom fließt durch!
Folgende Regeln gelten für den idealisierten Fall, das mit dem Sie meistens rechnen:
Über eine Diodenstrecke fließt erst Strom, wenn die Durchlasspannung überschritten wird:
Bei einer Leuchtdiode (LED) mit den Daten 2V / 20mA fließt erst Strom, wenn die Spannung zwischen Anode und Kathode größer als 2V werden kann, eine Ideale Diode begrenzt die Spannung dann auf die Durchlasspannung, hier 2V, egal welcher Strom durch sie fließt.
Bei der Dimensionierung von Widerständen muss auch die Leistungsklasse (1/8 W; 1/4 W; 1/2 W; 1 W) der Widerstände berücksichtigt werden, der Widerstand muss für die auftretende Leistung auch ausgelegt sein.
Ein bipolarer Transistor (NPN) hat zwischen Basis und Emitter eine Diodenstrecke, die Durchlasspannung wird hier oft mit UBE angegeben. Liegt zwischen Basis und Emitter eine geringere Spannung als diese UBE an, fließt kein Basisstrom, folglich kann auch kein Strom zwischen Collector und Emitter fließen, der Transistor sperrt. Andererseits wird die Spannung zwischen Basis und Emitter auf diese UBE begrenzt, egal welcher Basisstrom IB fließt.
[Leuchtdiode mit Vorwiderstand
Ermitteln Sie den Vorwiderstand R1 um die LED bei UG = 5V mit Nenndaten betreiben zu können und bestimmen Sie die Leistungsklasse des Vorwiderstands (1/8 W; 1/4 W; 1/2 W; 1 W).
Lösung
Bei Nenndaten soll an der LED 2V anliegen,
dabei fließt der Nennstrom 20mA.
U1 = UG - 2V = 3V
I1 = 20mA
R1 = U1 / I1 = 150 Ohm
P1 = 3V * 20mA = 60mW -> 1/8 W Widerstand genügt.
Leuchtdiode mit Vorwiderstand
Ermitteln Sie den Vorwiderstand R1 um die LED bei UG = 5V und R2 = 47Ω mit Nenndaten betreiben zu können!
Lösung
Bei Nenndaten soll an der LED 2V anliegen,
dabei fließt der Nennstrom 20mA.
Nun liegt aber noch R2 parallel zu der LED, der Strom durch R2 bei 2V kommt zu dem Nennstrom der LED hinzu:
U1 = UG - 2V = 3V
I2 = 2V / R2 = 42,6 mA
I1 = 20mA + I2 = 62,6 mA
R1 = U1 / I1 = 48 Ohm
Leuchtdiode mit Vorwiderstand
UG = 10V, R1 = 1kΩ, R2 = 100Ω. Wie groß ist der Strom, der durch die LED fließt?
Lösung
Hier wird von einer idealen Kennlinie der LED ausgegangen, d.h. unterhalb einer Spannung von 2V ist ihr Widerstand unendlich, sonst ist ihr Widerstand 0 Ohm. Folge: Ist die Spannung unter 2V kann man so tun als wäre die LED gar nicht da, sonst begrenzt die LED die Spannung auf 2V.
Erst mal nachschauen, ob die Spannung an der LED grösser als 2V werden kann, dazu so tun als ob sie nicht da wäre:
U2 = UG* R2 / (R1 + R2) = UG * 1/11 = 0.9 V
Aha, die LED leitet nicht, da 0.9V < 2V somit ist der Strom 0A
Leuchtdiode mit Vorwiderstand
UG = 10V, R1 = 1kΩ, R2 = 500Ω. Wie groß ist der Strom, der durch die LED fließt?
Lösung
Erst mal nachschauen, ob die Spannung an der LED grösser als 2V werden kann, dazu so tun als ob LED nicht da wäre:
U2 = UG* R2 / (R1 + R2) = UG * 1/3 = 3,3 V
Aha, die LED leitet, da 3,3V > 2V somit fließt ein Strom durch sie und wir müssen anders rechnen:
U2 = 2V, weil die LED die Spannung auf 2V begrenzt!
I2 = 2V / R2 = 4mA
U1 = UG - 2V = 8V
I1 = U1 / R1 = 8mA
ILED = I1 - I2 = 4mA