Spannungsabfall an einer LED

[Blue]

Hallo zusammen,
ich bin Anfänger was Elektronik angeht und momentan möchte ich mich ein wenig näher mit LED's auseinandersetzen.
Darum habe ich mir so ein Experimentierset für LED's gekauft. Gerade bin ich beim Thema Vorwiderstand und wie ich diesen berechne weiß ich natürlich schon.
Bei der Arbeit mit meinem Experimentierset sind mir einige Kleinigkeiten aufgefallen, die ich mir einfach nicht erklären kann. Und zwar entspricht die Gesamtspannung meiner Reihenschaltung nicht der Quellenspannung an meiner 9V Batterie. Natürlich nur dann wenn mein Widerstand geringer als ausgerechnet ist. Das bei einer LED die Spannung konstant ist und der Strom nicht weiß ich auch. Somit verwundert mich nicht, das die Spannung an der LED immer 3V (grüne LED) beträgt, egal wie der Vorwiderstand dimensioniert ist.
Nun habe ich aus Neugierde einfach mal keinen Vorwiderstand benutzt und die LED einfach so an meine Batterie angeschlossen. (Ich weiß das sie dadurch kaputtgehen kann) Es fallen immer noch 3V ab. Das ist die Schwellenspannung meiner LED. Aber der LED-Strom wird immer kleiner statt größer. Sollte er nicht größer werden?
Ich hab jetzt also zwei Fragen:
Was ist mit der übrigen Spannung im Fall das kein Vorwiderstand angeschlossen ist oder dieser zu gering dimensioniert ist?
Und wieso wird mein Strom geringer und nicht höher?
Vielleicht sind meine Fragen für jemand fortgeschrittenen leichter zu beantworten als für mich selbst.
Leider kommen bei meinen Recherchen immer nur Anleitungen heraus wie man einen Vorwiderstand berechnet.
Ich freue mich also wenn mir jemand helfen mag.

Gruß
Blue

[anders]

Darum habe ich mir so ein Experimentierset für LED's gekauft

Woraus besteht der?
Das Vorhandensein eines Voltmeters wäre wichtig, sonst tappst du im Dustern.

das die Spannung an der LED immer 3V (grüne LED) beträgt

3V sind für grüne LEDs reichlich hoch. Eher sind das 2,5V.
Woher hast du diesen Wert?

ie LED einfach so an meine Batterie angeschlossen. (Ich weiß das sie dadurch kaputtgehen kann) Es fallen immer noch 3V ab.

Wenn das stimmt, ist die Batterie am Ende.
Eine gute 9V Batterie liefert genug Strom um die Bonddrähtchen der LED in weniger als 1 Sekunde zu schmelzen.

Generell aber tritt auch ein Spannungabfall am Innenwiderstand der Batterie auf.
Diesem Innenwiderstand kann man bestimmen, indem man den Zusammenhang zwischen Klemmenspannung und Laststrom misst.

[Blue]

Hi,
naja, alle diese Werte (sowohl Strom als auch Spannung) habe ich mit einem Multimeter gemessen. Es war auch richtig eingestellt. Sowohl was Messgröße als auch richtige Dimension betrifft. Es waren also auch wirklich Milliampere eingestellt.
Die Batterie ist tatsächlich schon etwas älter. Daran kann es durchaus liegen.
Würde das dann auch erklären warum der Strom sinkt ohne Vorwiderstand.
Und ich habe gerade noch einmal die Spannung direkt an der Batterie gemessen.
Es sind 8,55 Volt.
Soweit ich mich erinnern kann, ist dieser Wert nicht so das wahre.
Und die Spannung an der LED waren tatsächlich 3V . Ich habe mich auch gewundert.

Mein Experimentierkasten besteht aus einem Klemmbrett, Widerständen von 330-1000 Ohm und roten, grünen gelben LED's.

Gruß
Blue

[der mit den kurzen Armen]

Besorge dir ein Netzteil mit 9V oder 12V und werfe die 9V Blockbatterien auf den Müll! Gerade wenn die Batterien schwach sind und du denen einen ordentlichen Strom abverlangst gehen die in die Knie. Wie Anders schon schrieb würde deine Led die 9V ohne Vorwiderstand nicht lange überleben. Nebenbei den Strom kann man auch ausrechnen wenn der Wert des Widerstandes bekannt ist und man die Spannung über dem Widerstand misst. Da sind 2 Messungen sehr schnell gemacht, einmal direkt die Batteriespannung messen und danach die Spannung über dem R

[Blue]

Okay, die Idee ist gut. Das werde ich machen. Aber wie ist das denn jetzt mit Strom und Spannung bei der LED?
Der Strom ist veränderlich, das ist mir klar. Und die Spannung?
Stellt sich (egal unter welchen Umständen) immer die Durchbruchspannung ein und der Rest fällt am Vorwiderstand ab oder ist auch die Spannung an der LED veränderlich?
Ich meine, wenn es keinen Vorwiderstand gibt sollte meiner Überlegung nach die gesamte Spannung an der LED anliegen und diese über den Jordan befördern. Sonst wären ja die Strom/Spannungs-Kennlinien für die Katz.
Aber mit Widerstand?
Nehme ich zwei ganz Unterschiedliche Widerstände (also erst den einen, dann den anderen) ändert sich dann nur der Strom durch die Reihenschaltung. Oder der Strom und die Spannung an der LED auch?

[anders]

Und ich habe gerade noch einmal die Spannung direkt an der Batterie gemessen.
Es sind 8,55 Volt.

Unter Last, oder im Leerlauf?
Nach meiner Erfahrung sind Alkalizellem mit einer Leerlaufspannung von 1,35V ganz am Ende.
In einer 9V Batterie sind 6 Stück davon drin, das entspräche also 8,1V.

Die Flußspannung einer LED ist nicht völlig konstant, sondern hängt auch von der Temperatur ab.
Dir Abhängigkeit vom Strom siehst du z.B. hier: https://de.wikipedia.org/wiki/Leuchtdio ... _Anschluss

[der mit den kurzen Armen]

Eine LED hat eine Flussspannung und diese ist relativ unabhängig vom Strom! Der Vorwiderstand begrenzt den möglichen Strom. Beispiel deine LED ist spezifiziert mit 2 V und max 20mA du möchtest diese nun an 12 V betreiben. Ohne Vorwiderstand würde die 12V Spannungsquelle durch die LED einen unheimlichen Strom treiben denn an ihr fallen nur 3 V ab aber du versorgst die mit 12V. Nun soll das aber nicht passieren deshalb der Vorwiderstand. Mit den oben angegebenen Werten mal gerechnet ergibt das12V-2V= 10 V diese10 v sollen am Vorwiderstand abfallen und durch die Reihenschaltung der LED mit dem Vorwiderstand soll ein Strom von 0,02A (20mA) fließen.
Also rechnen wir Weiter 10V: 0,02A = 500V:A = 500 Ohm. Was passiert nun wenn die Versorgung von 12V auf zb 6V reduziert wird ? Selbe Rechnung wie oben 6V-2V= 4V und 4V:500Ohm = 8mA du siehst also der Strom verringert sich !
So kommen wir nun zu dem Innenwiderstand einer Batterie, den du dir als Widerstand in der Batterie vorstellen kannst. Dieser beeinflusst abhängig vom Strom auch die Quellenspannung. Im Leerlauf misst du zB 9V und im Kurzschlussfall fließt im Beispiel ein Strom von 9A. Dann ergibt sich ein Innenwiderstand von 9V:9A=1 Ohm. So nun hast du zB bei einer leeren Batterie ohne Last immer noch 9V und im Kurzschlussfall fließt da nur noch ein Kurzschlussstrom von 0,09A . Dann ist der Innenwiderstand auf 9V : 0,09A = 100 Ohm angestiegen. Jetzt kommt noch dazu das die Batterie im Kurzschlussfall den Strom nicht lange liefern kann, deshalb sinkt der Weiter und geht sehr schnell in Richtung Null. Das bedeutet aber der Innenwiderstand steigt! Da aber wie gesagt der Innenwiderstand im Inneren der Batterie liegt, fällt auch da eine Spannung ab und im Endeffekt misst du an den Batterieklemmen eine immer kleiner werdende Spannung! Zu Deutsch die Batterie geht in die Knie! Weiter im Text bei angenommenem Innenwiderstand von 1 OHM einer Vollen Batterie mit 12V haben wir 12 V-2V = 10 V die über den Innenwiderstand abfallen müssen und das ergibt nach Ohm 10V*1V:A=10 A die durch die Led müssen! Bissel viel für eine die für 0,02A ausgelegt ist !!! Beachte aber der Innenwiderstand ist kein Bauelement. Er beschreibt nur das Verhalten der Spannungsquelle.

[Blue]

So, ich hab das ganze jetzt mal für meinen Fall nachgerechnet und auch noch einmal aufgebaut und nachgemessen.
Siehe da: stimmt genau.
Meine Batterie hat etwa einen Innenwiderstand von 207 Ohm. Somit kann ohne Vorwiderstand ein Strom von ungefähr 25 mA fließen und deswegen wird auch meine LED nicht gegrillt.
Ich spekuliere jetzt einfach mal, das bei einer neuen Batterie meine LED hinüber wäre.
Gleiches gilt für ein Netzgerät?
Wie ist das mit der Spannung wenn ich ein Netzgerät nutze. Ich meine, da kann sich ja schließlich kein Innenwiderstand wie bei einer Batterie einstellen.
Liegt dann die volle Ausgangsspannung an meiner LED an?
Übrigens vielen Dank für eure Hilfe.
Ich bin dafür sehr dankbar!

[anders]

Wie ist das mit der Spannung wenn ich ein Netzgerät nutze. Ich meine, da kann sich ja schließlich kein Innenwiderstand wie bei einer Batterie einstellen.

Kommt darauf an.
Auch Netzteile haben einen Innenwiderstand, denn die Spannung sinkt ja bei Belastung gewöhnlich *), aber meist ist der Innenwiderstand von Netzteilen ziemlich gering.
Das hängt aber auch von der Konstruktion ab.
Alkalizellen können in halbwegs frischem Zustand kurzzeitig etliche Ampere liefern, jedenfalls deutlich mehr als viele Steckernetzteile.
Andererseits kann man einem schlappen Steckernetzteil, das vielleicht nur für 200mA spezifiziert ist, mit einer einfachen elektronischen Regelung einen Innenwiderstand von weniger als 0,1 Ohm verleihen.

Es gibt Festspannungsnetzteile, die z.B. 12V und einige Ampere für den Betrieb von CB-Funkgeräten liefern, es gibt Ladegeräte, bei denen man die Ausgangsspannung in Stufen einstellen kann, und es gibt so genannte Labornetzteile, bei denen man die Spannung von 0 bis z.B. 40V kontinuierlich einstellen kann.
Die Labornetzteile haben meist auch eine von 0 an stufenlos einstellbare Strombegrenzung, und sind i.d.R. auch mit Anzeigeinstrumenten für die tatsächlich vorhandenen Spannungen und Ströme ausgerüstet.
Daddurch ist diese Sorte von Netzteile auch am teuersten. Ihr Innenwiderstand ist regelmäßig sehr gering.

Manche Labornetzteile besitzen an den Ausgangsklemmen aber noch einen relativ großen Elektrolytkondensator, der das Lastwechselverhalten verbessern soll.
Wenn du keine Last angeschlossen hast, wird dieser Kondensator auf die volle eingestellte Ausgangsspannung, z.B. 12V, aufgeladen, und wenn du dann eine nackte LED anschliesst, kann es passieren, dass die in dem Kondensator gespeicherte Energie ausreicht um die LED auszubrennen, obwohl du vorher die Strombegrenzung auf z.B. 5mA eingestellt hattest.
Ein solches Verhalten steht nicht immer in der Gebrauchsanleitung, und deshalb sollte man ruhig mal einen Blick in den Schaltplan werfen und sein Equipment kennen.



*) Das muss nicht sein. Mit elektronischen Regelungen kann man den Spannungsabfall auch überkompensieren, so daß die Klemmenpannung bei Belastung steigt. Das entspricht dann einem negativen Widerstand und neigt zu Schwingungen.
Man macht das trotzdem gelegentlich um z.B. den Spannungsabfall auf den Leitungen zwischen Netzteil und Last zu kompensieren.

[Blue]

Hallo noch einmal zusammen,

ich hatte die letzten Tage ein wenig zu tun, deswegen konnte ich mich nicht mehr zurückmelden.
Aber ich hatte die Gelegenheit mir ein Netzteil zu besorgen an dem man verschiedene Ausgangsspannungen einstellen kann.
Nun habe ich folgende Beobachtung gemacht:
Kann es sein, dass bei verschiedenen Ausgangsspannungen verschiedene Innenwiderstände gegeben sind?
Bei 12V kann ich einen Innenwiderstand von 0,8 Ohm ( bei 1000 Ohm Prüfwiderstand ) ermitteln und bei 6V kommt ein Widerstand von 2.3 Ohm ( bei 470 Ohm Prüfwiderstand) raus.
Nehme ich bei 6V einen Prüfwiderstand von 220 Ohm, liegt der Innenwiderstand plötzlich bei 2,5 Ohm.
Kann das sein oder mache ich etwas falsch?
Sicher gibt s einige hier die beruflich mit dem Thema Elektronik viel zu tun haben. Kann mir denn jemand ein richtig gutes Buch empfehlen in dem ich mir all diese Dinge anlesen kann?
Auch wenn ich mich hier ganz gut aufgehoben fühle , auf Dauer möchte ich eigentlich nicht ständig um Hilfe und Erklärungen bitten müssen.

Gruß
Blue

[anders]

Kann das sein oder mache ich etwas falsch?

Das kann sein, aber mit einer so geringen Belastung bekommst du keine zuverlässigen Werte.
Du hast ja wahrscheinlich keine zwei Meßgeräte, so dass du Strom und Spannung nicht gleichzeitig messen kannst.
Eine Spannungsänderung von nur wenigen Millivolt kann auch durch Netzspannungschwankungen oder Temperaturunterschiede des Prüflings verursacht werden.

P.S.:
Man sollte Bauteile möglichst in der Nähe ihres vorgesehenen Arbeitspunktes messen.
Ein Netzteil also z.B. beim 0,1 bis 0,7-fachen Nennstrom.
Die Leerlaufspannung ist natürlich auch wichtig, weil die erheblich über der Sollspannung liegen kann.
Eine Überprüfung, ob das Teil denn Nenstrom liefern kann, sollte ebenfalls möglich sein, ohne dass das Teil dabei abraucht, aber die Prüfung des Kurzschlußstromes sollte man sich verkneifen, wenn man nicht sicher ist, dass das Gerät -oder das Amperemeter(!)- , danach noch lebt.

[Blue]

Okay.
Eine Frage:
Was ist hier mit Belastung gemeint.
Der Strom oder der Widerstand.
Ist also mein Widerstand oder mein Strom der fließen kann zu klein gewesen?

Gruß
Blue

[anders]

Was ist hier mit Belastung gemeint.
Der Strom oder der Widerstand.

Der Strom.
Die Last muß nicht unbedingt ein ohmscher Widerstand sein.
Z.B sind einstellbare Widerstände (Potis), die ein paar Watt aushalten schon relativ teuer und deshalb nimmt man statt ihrer oft einen billigen Leistungstransistor, den man mit einem billigen Kleinleistungspoti ansteuert.
Der Steuerstrom wird von dem Transistor z.B. um das 100-fache verstärkt und belastet das Netzteil entsprechend.
Mit zwei Transistoren in Darlingtonschaltung erreicht man leicht Stromverstärkungsfaktoren von etlichen tausend, und ein Leistungs-MOSFET braucht sogar überhaupt keinen Steuerstrom um z.B ein 20A-Netzteil in die Knie zu zwingen.