Berechnung LED Vorwiderstand

OK, offensichtlich gibt es Bedarf… ;-)

Grüne LED

Vorweg, eine LED sollte IMMER einen Vorwiderstand haben! Ich weiß, das es auch z.B. Fernbedienungen gibt, in denen die Sende IR-LED direkt über einen FET an der Betriebsspannung hängt. In diesen Fällen ist einfach der Innenwiderstand der Batterie ausgenutzt worden oder der RDSon des FET’s. Trotzdem keine ‘saubere’ Lösung…

Also gehen wir mal von folgendem Schaltbild aus:
Einfache LED Schaltung mit VorwiderstandEinfacher LED Anschluss mit Vorwiderstand

 

 

 

Hat man keine eindeutigen Daten zur LED zur Hand, kann man von folgenden Kerndaten ausgehen:

  • Blau Weiß:         3V, max. 20mA
  • Rot, Grün,Gelb:  2V, max.20mA

Mir ist klar, das es nicht immer genau 2V oder 3V sind, aber da man ohnehin meist auf einen Standardwiderstand einer E-Reihe zurückgreifen muss und diesen immer eine Stufe über dem berechneten Wert nehmen sollte wird, kommt das auf ‘nen Schnapps’ nicht an! Ich empfehle ohnehin, nur mit 10-15 mA zu rechnen, das schont die Stromquelle (spart Energie! ;-) ) und man ist eben auf der sicheren Seite!

Ebenso sind moderne LEDs hell genug, man muss sie nicht immer am Limit betreiben. Wenn man wirklich alles herausholen möchte, ist das Datenblatt zur LED Pflicht! Hier im Beispiel gehe ich aber von normalen 3 bzw. 5mm LEDs aus!

Wobei ich für den schnellen Einsatz mit folgenden Werten immer klar gekommen bin:

  • -5V    220R
  • -12V  560R
  • -24V 1500R

OK, zum Rechnen :-)

Man nimmt die Betriebsspannung, zieht den zu erwartenden Spanungsabfall der LED ab und Teilt das Ergebnis durch den max. Strom -> U=R*I

Darauf achten, das man richtig mit den Kommastellen umgeht! 1Ampere = 1000mA.

Beispiel mit 12V, 2V LED Spannung und 15mA LED Strom:

12V-2V = 10V (Die sollen am Vorwiderstand abfallen!)

10V:15mA = 666,6 Ohm

Im Taschenrechner ist aber 10:0,015 einzugeben, die 0,015 sind 15mA (in Ampere!)

nächstliegender Wert in z.B. der E12 Reihe wären 680 Ohm.

 


Elektor Elektronik-News – Modernes Treiber-Array Elektor

Elektronik-A002Ein Tipp für alle, die eine Alternative zum ULN2003 suchen:

Elektor Elektronik-News – Modernes Treiber-Array Elektor.

 

 

Der TPL7407L ist Inhalt des Artikels, laut Datenblatt für Mikrocontroller mit 1,5 – 5V Betriebsspannung geeignet. Die 4V-Angabe im Artikel scheint ein Schreibfehler zu sein.

 



 

Elektronische Lasten am Mikrocontroller / Offener Kollektor / Transistor als Schalter

Foto-AmpelImmer wenn ich einen Beitrag zum Mikrocontroller (wenn der eine größere Last schalten muss) schreibe, kommen Anfragen zum ‘womit und wie?’. Im Prinzip bediene ich mich aber immer der gleichen Schaltung, nur mit angepassten Bauteilen.

 

Die meisten Controller arbeiten irgendwo zwischen 2,5 und 5V. Pro Pin sind meist weniger als 20mA maximaler Strom möglich, induktive Lasten sind auch so eine Sache. Wird ein ganzer Port benutzt, kann es noch enger sein. Meist kann dieser, i. d. R. 8 Ausgänge, nur mit max. 40mA belastet werden, diese müssen auf die einzelnen Pins verteilt werden. Einige LEDs kann man so vielleicht noch direkt über einen Vorwiderstand ansteuern, spätestens bei Motoren oder zahlreicheren Leuchtdioden ist aber Schluss. Hilft also alles nichts, es muss ein Verstärker eingesetzt werden, im einfachsten Fall ein Transistor. Um es nicht unnötig kompliziert zu gestalten halte ich mich in diesem Beitrag an die einfachsten Formen, sicherlich sind noch etliche Verfeinerungen möglich.

Hier und hier habe ich ja schon ein paar Worte zum Transistor auf das virtuelle Papier gebracht, die dort beschriebenen Vorgänge sind Grundvoraussetzung zum Einsetzen der folgenden Schaltungsform.


Ich nehme mal folgendes als gegeben an:

  • Betriebsspannung 12V DC.
  • zu versorgender 12V / 0,5A Motor, nur in eine Richtung laufend.
  • Ein beliebiger Mikrocontroller, der mit 5V versorgt wird, welche angenommen bereits vorhanden sind.
  • Maximaler Ausgangsstrom des Controller 20mA.
  • Ein NPN-Transistor mit B=100 und max. 1,5A Belastbarkeit (BD139 o. ä.).

Realisiert werden soll eine Schaltung, die bei einem ‘H’-Pegel am Kontrollerausgang den Motor startet, bei ‘L’ soll er eben einfach wieder stehen bleiben.
µC-Treiber--Im Bild die Prinzipschaltung.

+12V zum Motor, diese werden bei ‘H’ am Controllerausgang (und somit der Basis des Tranistors) über den Motor nach GND durchgeschaltet – der Motor dreht sich. Die Freilaufdiode (rot) dient dazu, induzierte Spannungen vom Motor kurzzuschließen. Bei rein ohmschen Lasten wie LEDs oder ähnlichem braucht man sie nicht. Es genügt in diesem Falle übrigens eine Standard 1N400X oder ähnliches, bei höheren Strömen/Spannungen/Frequenzen kann etwas spezielleres erforderlich werden.

Besonderes Augenmerk liegt auf R1 bzw. R2.

R1

Ich habe die Erfahrung gemacht, dass es Umstände gibt, unter denen es besser ist, die Basis eines Transistors sicher auf Masse bzw. GND zu legen. Der Wert ist nicht kritisch, es soll ja auch nicht unnötig viel Strom vom Controller geliefert werden müssen. Es geht eben darum, das im ‘L’-Zustand des Controllerausganges die Basis vom Transistor auf GND liegt damit er nicht durchschalten kann. Im Alltagsgebrauch bin ich mit 10-100k gut ausgekommen.

R2

Sein Wert ist  abhängig vom B (Verstärkungsfaktor) des Transistors. Ist ‘B’ im Datenblatt nicht zu finden, auch mal nach ‘hFE’ sehen. Sinnvollerweise sollte der Transistor so weit aufgesteuert werden wie möglich. Man möchte ja die Energie optimal im Motor umsetzen, nicht in der Schaltung. Ausgehend von +5V am Controllerausgang bei “H” und einer UBE von 0,7V stehen 4,3V an der Basis des Transitors zur Verfügung. Der Motor will 500mA an Strom, dies ist also das Minimum, was fließen soll. Es wäre allerdings Unsinn, jetzt den Stromfluss auf den Motorstrom zu begrenzen, die Spannung UCE würde ja auch wieder unnötig ansteigen und der Motor als Verbraucher bestimmt in diesem Fall sowieso den maximalen Strom. Um nun den minimalen Basisstrom zu errechnen, muss der Strom den der Controller liefern soll mit dem Verstärkungsfaktor multipliziert werden.

Soll also heißen:

Ich will min. 500mA für den Motor, besser ohne Begrenzung.

Der Transistor verstärkt x100, also müssen min. 5mA vom Controller kommen.

U=R*I -> die oben errechneten 4,3V / 5mA = 860 Ohm

Die ist also der maximale Wert, den der Widerstand R1 haben darf. Da aber der Transistor voll offen sein soll, muss der Basistrom noch höher sein. In diesem Falle spricht man im Allgemeinen vom Übersteuern, es wird mehr Basisstrom zugeführt, als für ein komplettes öffnen nötig wäre, z. B. +200%, also das Doppelte. Hier ist ein Blick ins Datenblatt des Transistors unerlässlich! Einmal für den Verstärkungsfaktor, zum anderen für den maximal zulässigen Basisstrom, ruinieren will man das Bauteil ja auch nicht. In der Praxis nehme ich immer einen Wert zwischen 220 und 470 Ohm, hat bisher funktioniert. Wichtig ist auch, dass der Transistor bei Übersteuerung langsamer wird. Das kann man aber getrost vernachlässigen, wenn man sich nicht im MHz Bereich bewegt. Bei allem, was das Auge erfassen kann allemal.

Ist (bei kleineren Strömen) der maximale Stromfluss erreicht, kann es sogar möglich sein, den Transistor ohne zusätzliche Kühlung zu betreiben. Bei den Universaltypen liegt die UCE übersteuert so um die 300mV. Fließen nun wirklich nur 500mA Motorstrom, sind das nach P=U*I 500mA*300mV= 150mW.

Dieser Schaltungstyp (Open Collector) eignet sich für sehr viele Anwendungen, in denen mit kleinem Steuersignal eine größere Last geschaltet werden soll. Man kann das ganze noch verbessern, indem statt des Transistors ein FET eingesetzt wird oder mit einer Brückenschaltung auch eine Umpolung ermöglicht oder ein Special-IC einsetzt oder, oder, oder… Die Frage ist einfach, wie viel Aufwand man für ein bestimmtes Ziel treiben möchte. Um ein paar LEDs blinken zu lassen, würde ich so simpel wie möglich planen, wenn Geschwindigkeit oder Präzision gefragt ist, entsprechend aufwändiger.

Fazit:

So ganz einfach kann ich das alles auch nicht beschreiben. Aber wenn man sich in den üblichen Hobbyanwendungen bewegt, führen ein BD139 oder BC548 (bei kleinen Strömen), R1=10k, R2=220 Ohm und bei Motoren eine 1N4007 als Freilaufdiode eigentlich immer zum Ziel. Bezogen auf 5V am Controller und 12V Versorgungsspannung für die Last. Evtl. möchte ein Motor auch noch einen Kondensator an seinen Anschlüssen sehen. Sollen LEDs angesteuert werden, die entsprechenden Vorwiderstände nicht vergessen, wie überhaupt natürlich darauf achten, dass Bauteile immer innerhalb ihrer Spezifikationen eingesetzt werden. Und wie immer VORSICHT bei elektrischen Basteleien bzw. wenn man experimentiert! ;.-)


reichelt elektronik – Elektronik und PC-Technik

Akkulaufzeit verlängern: So hält das Smartphone länger durch – AndroidPIT

Akku leer und keine Steckdose in Sicht, dies kennt wohl jeder Smartphone und Tablet Benutzer. ‘AndroidPIT’ hat ein paar Tipps zusammengefasst, die sich um diese Probleme drehen:

Akkulaufzeit verlängern: So hält das Smartphone länger durch – AndroidPIT.

Klar, den meisten Usern werden zumindest einige dieser Punkte bekannt sein, aber wer weiß, vielleicht ist ja doch noch etwas dabei, was noch unbekannt war ;-)

 


reichelt elektronik – Elektronik und PC-Technik


 

SCHUKO – Steckdose und USB-Ladestation in einem – Gadget | TecChannel.de

Das ist mal eine sinnvolle Idee:

SCHUKO – Steckdose und USB-Ladestation in einem – Gadget | TecChannel.de.

Leider ist ja die aktuelle Entwicklung der Technik oft wesentlich schneller, als das die klassische Elektroinstallation in Wohnungen und Häusern wirklich folgen könnte, einen Neubau würde ich nicht bei jeder Steckdose damit versehen wollen.

Für rund 35€ ist aber der Ordnung halber vielleicht die Anschaffung von 2-3 Dosen eine Überlegung wert. Im Bad oder hinter dem Kühlschrank wird man ja wahrscheinlich eher keinen USB Anschluss benötigen ;-) Allerdings wären 700 mA max. Strom für mein Tablett zu wenig, um gleichzeitig laden und arbeiten zu können. Für viele MP3 Player oder Telefone sollte das aber ausreichen.

Die Idee finde ich jedenfalls gut.

 

 


Repairmyphone.de


 

Akkus kontaktlos laden bis 1,2 cm

Ich habe mich ja hier schon für den LTC4120 interessiert, jetzt ist bei ‘Elektronik Praxis’ ein weiterer Artikel zum Chip erschienen:

Akkus kontaktlos laden bis 1,2 cm - Elektronik Praxis.

Bin leider noch nicht in den Genuss gekommen das Teil mal auf dem Tisch zu haben, alleine schon weil nach unserem Fürth-Umzug meine Werkstatt immer noch in Kartons verpackt ist ;-) und ich bisher nicht wirklich Mühe in das Beschaffen eines Exemplares investiert habe. Oft ist es für Privatleute ja nicht unbedingt einfach, frühzeitig an neu erschienene Halbleiter und Co zu gelangen, ich bleibe an dem Thema aber dran!

 

 


Schnäppchen bei reichelt elektronik!

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LTC4120: Drahtloser 400-mA-Energieempfänger – ELEKTOR.de | Elektronik

Interessantes Bauteil:

LTC4120: Drahtloser 400-mA-Energieempfänger – ELEKTOR.de | Elektronik

Habe mich mit dieser Thematik auch noch nicht umfassend beschäftigt, aber gerade im Hinblick auf die Akkuladung z.B. beim Car-System der Modellbahn vielleicht eine guter Ansatz.

Hier noch der Link direkt zum Bauteil bei “linear.com”.

 


reichelt elektronik – Elektronik und PC-Technik


 

Was Sie schon immer über Lithium-Ionen-Akkus wissen wollten – Elektronikpraxis

akku_lithium_nimh_artikelbildDie Themen Akkutyp und Ladung können Bücher füllen. Neben dem Anwendungsbereich entscheiden auch die Lademöglichkeiten und der zur Verfügung stehende Platz maßgeblich über den zu verwendenden Akkutyp. Ich selber nutze bislang immer noch NiMH Akkus für meine Car System Autos. Dies hat aber eher den Grund in der Tatsache, dass ich für die klassischen Antriebstechniken nur 1,2V brauche und bei brauchbarer Zellengröße mehr Kapazität zur Verfügung steht, bisher jedenfalls. Ein Spannungswandler ist eben meist besser in ein Modell einzubauen als ein größerer Akkupack. Nebenbei sind NiMH Zellen aktuell doch teilweise wesentlich preiswerter.

Jedenfalls gibt es bei ‘Elektronikpraxis’ einen lesenswerten Artikel, der sich mit dem Thema Lithium-Ionen Technologie auseinandersetzt:

Was Sie schon immer über Lithium-Ionen-Akkus wissen wollten - Elektronikpraxis

Zugegeben, schon beim Einbau weißer LEDs in ein Modell, kann der Einsatz von Lithium-Ionen Akkus sinnvoll sein, immerhin wollen diese Leuchtdioden rund 3V Betriebsspannung sehen. Kommen dann noch blaue LEDs (die ja im selben Spannungsbereich werkeln) dazu, weil irgendwelche Lichteffekte realisiert werden sollen, ist der Lithium Akku schon fast Pflicht.


Westfalia - das Spezialversandhaus

LEDs dimmen – welche Techniken gibt es? – Elektronik Praxis

ledhellstromvergleich008LEDs sind aus dem heutigen Alltag nicht mehr wegzudenken. Egal ob zur Beleuchtung oder als Signalleuchte – überall sind sie zu finden.

Manchmal ist es aber notwendig, die Helligkeit an die Anforderungen anzupassen. Hier gibt es verschiedene Möglichkeiten, die bei ‘Elektronik Praxis’ mal näher betrachtet werden:

LEDs dimmen – welche Techniken gibt es?.

Die Anpassung über den Strom halte ich für problematischer, eben weil eine kleine Änderung des Stromes schon eine starke Wirkung haben kann. Kommen dann noch Exemplarstreuungen hinzu, kann es zu sichtbaren Unterschieden kommen. Dafür ist eine getaktete Lösung meist etwas aufwändiger bei der Umsetzung, allerdings dank Mikrocontrollern & Co auch flexibler in der Anwendung.


Westfalia.de

USB 3 – Strom, Probleme, Geschwindigkeit

usb_3_kitIm letzten Beitrag erwähnte ich ja, dass ich mich um mein Datenchaos kümmern will. Nebenbei ist dies die Gelegenheit, mal mein selbst zusammengestelltes ‘USB 3 Kit’ in Betrieb zu nehmen.

So nach und nach habe ich mir alles mögliche an USB 3 Zubehör angeschafft. Nachdem nun auch noch günstig eine 500 GB SATA 2.5 Zoll Festplatte ergattert werden konnte will ich mal sehen, wie schnell das alles im Gegensatz zu USB 2 funktioniert.


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Logolink USB 3 PCI Express Karte

Leider gibt es gleich beim Start die erste Hürde:

Am USB 2 Port meines Lenovo wird die Platte erkannt, am USB 3 Port des Logilink USB 3 PCI Express-Adapters nicht. Windows will angeblich einen Treiber haben, den gibt es aber nicht. Das Spielchen kenne ich schon, der Strom aus dem USB Port reicht einfach nicht.

Logolink USB 3 PCI Express KarteBeim Kauf der Karte habe ich damals aber darauf geachtet, dass diese einen Anschluss für eine externe Stromversorgung bietet. Blöderweise habe ich irgendwie gerade kein Netzteil zur Hand… Aber man ist ja Elektroniker ;-)

 

Logolink USB 3 PCI Express KarteIch habe noch ein altes 5V/700 mA Netzteil von irgendeinem Telefon herumliegen, das sollte es schaffen, die HDD zu versorgen. Noch eben den passenden Stecker anlöten – fertig!

Also nun Karte wieder in’s Notebook stecken, Netzteil in die dafür vorgesehene Buchse und Voila: Die Platte wird problemlos erkannt.

usb_3_power_kabelIch erinnere mich aber dunkel, dass damals bei der PCI-Express Karte auch ein USB-Hohlsteckerkabel mitgeliefert wurde. Diese sollte wohl den fehlenden Strom aus den ‘on board’ USB Buchsen des Notebooks an die USB 3 Karte liefern. So eine Strippe habe ich auf jeden Fall auch noch von einem anderen Gerät in der Schublade, vielleicht reicht das ja auch aus. Ich bin da immer skeptisch, mein Lenovo 3000n200 ist etwas zickig, was den maximalen USB Strom angeht. Ist aber alles völlig unspektakulär, auch mit diesem Adapter wird die Festplatte erkannt, wahrscheinlich ist nur der Anlaufstrom zu überwinden.

Verwendete Hardware:

  • Notebook: Lenovo 3000n200 bng
  • Festplatte: WD 5000 Scorpio Blue
  • HDD USB 3 Gehäuse: Logilink UA0106A
  • PCI Express USB 3 Karte: Logilink PC 055

Messwerte USB 2/USB 3 mit 40 GB .tib Datei aus Acronis Backup, kopiert mit Total Commander:

USB 2: ~ 29.000 kbytes/s

USB 3: ~ 79.000 kbytes/s

Kopiert jeweils von der im Notebook eingebauten SSD direkt auf die USB-HDD, die jeweils als einziges USB Gerät am entsprechenden Anschluss hing.

Sicherlich mal wieder nicht der wissenschaftlich belastbarste Test mit der besten Hardware, welche zu bekommen ist. Für mich aber ausreichend. Im Großen und Ganzen wird mir die USB 3 Schnittstelle bei meinen Kopierarbeiten doch einiges an Zeit sparen.



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