Wie bringst du eine LED zum Leuchten, ohne einen zu großen Strom fließen zu lassen? Verstehe den Stromkreis, berechne den Vorwiderstand und prüfe anschließend Strom und Leistung.
Drei kurze Aufgaben helfen dir, deinen Startpunkt zu finden. Wenn du unsicher bist, wähle „Weiß ich noch nicht“.
Löse die Aufgaben ohne Nachschlagen. Bei Zahlen sind Dezimalkomma und Dezimalpunkt möglich. Verwende keine Tausenderpunkte.
Lernschritt 1
LED steht für Light Emitting Diode. In Durchlassrichtung gelangen Elektronen und Löcher in den aktiven Bereich des Halbleiters. Bei ihrer Rekombination kann Energie als Licht abgegeben werden. Welche Farbe entsteht, hängt vom Halbleitermaterial und seinem Energieabstand ab. Nicht die ganze aufgenommene Energie wird zu sichtbarem Licht; ein Teil wird zu Wärme.
Wie bei einer gewöhnlichen Diode ist die Polung wichtig: Die Anode zeigt zur positiven, die Kathode zur negativen Seite des Stromkreises. Im Schaltzeichen kennzeichnet der Querstrich die Kathode; zwei nach außen gerichtete Pfeile stehen für das ausgesandte Licht. Bei vielen bedrahteten LEDs helfen das längere Anodenbein und die abgeflachte Gehäuseseite an der Kathode. Nach dem Kürzen der Beine ist das aber kein zuverlässiges Merkmal mehr; die konkrete Anschlussbelegung zählt.
Als Grundlage hilft p-n-Übergang und Diode. Hier betrachten wir eine einzelne LED an einer Gleichspannungsquelle mit einem Widerstand in Reihe.
Zwei Pfeile nach außen bedeuten Lichtabgabe. Der Strich im Symbol ist die Kathode. Bei vielen ungekürzten bedrahteten LEDs ist das längere Bein die Anode; eine abgeflachte Gehäuseseite kennzeichnet häufig die Kathode.
Bauformen unterscheiden sich. Nach dem Kürzen der Beine ist die Länge kein sicheres Merkmal mehr; prüfe die konkrete Anschlussbelegung.
Lernschritt 2
Eine LED verhält sich nicht wie ein konstanter ohmscher Widerstand. In Durchlassrichtung kann eine kleine Erhöhung der Spannung einen großen Anstieg des Stroms auslösen. Direkt an einer ungeeigneten Spannungsquelle würde der Strom daher nicht sinnvoll begrenzt. Zu viel Strom führt zu Erwärmung und kann die LED beschädigen.
Der Reihenwiderstand wirkt dem Anstieg entgegen: Bei größerem Strom wächst sein Spannungsabfall UR = RI. Dadurch bleibt weniger Spannung für die LED. Eine dafür ausgelegte Konstantstromquelle kann diese Aufgabe ebenfalls übernehmen; bei unserer einfachen Schaltung übernimmt sie der Vorwiderstand.
Die Durchlassspannung UF ist kein universeller Wert. Sie hängt unter anderem von Farbe, Material, Strom und Temperatur ab. Für die folgende rote Beispiel-LED setzen wir näherungsweise UF = 2,0 V an. Das ist ein Rechenmodell, keine Kennlinie aller roten LEDs. Auch der zulässige Strom muss zum konkreten Bauteil passen.
Lernschritt 3
1. Derselbe Strom fließt durch beide Bauteile. LED und Widerstand liegen in Reihe. Der Widerstand „verbraucht“ also keinen Strom; an ihm wird elektrische Energie in Wärme umgewandelt.
UQuelle = UR + UF
2. Die Spannungen teilen sich auf. Liegen an der Quelle 5 V und an der leitenden LED 2 V, bleiben für den Widerstand 3 V.
UR = UQuelle − UF
3. Wende das ohmsche Gesetz nur auf den Widerstand an. Teile seine Spannung durch den gewünschten Strom. Verwende Ampere, dann ergibt sich R in Ohm.
R = UQuelle − UFI
Voraussetzung ist UQuelle > UF und eine passend gepolte LED. Liegt die Quelle darunter, liefert dieses einfache Modell keinen positiven Durchlassstrom. Eine reale LED hat keinen mathematisch scharfen Einschaltpunkt.
Bestimme Polung, Durchlassspannung und gewünschten Betriebsstrom. Die Werte müssen zur konkreten LED passen.
UR = UQuelle − UF. Wandle mA in A um, bevor du R berechnest.
R = UR/I. Ein größerer verfügbarer Wert senkt den Modellstrom. Berechne I mit dem tatsächlich gewählten R erneut.
Berechne PR = UR²/R. Prüfe außerdem hohe Quellenspannung, kleines UF und den kleinsten Widerstand innerhalb der Toleranz.
Die Spannung teilt sich auf – der Strom nicht. Vom Pluspol zur LED und zurück zum 0-V-Anschluss fließt überall derselbe Reihenstrom. Quelle und Rückleitung sind hier durch die beschrifteten Anschlüsse dargestellt.
Im Beispiel gilt 5,0 V = 3,0 V + 2,0 V. Der Widerstand kann in dieser unverzweigten Reihe auch hinter der LED liegen.
Lernschritt 4
Verändere immer zuerst nur eine Größe. Die Rechnung hält UF bei 2,0 V fest und zeigt den resultierenden Strom. Als beispielhafte Obergrenze sind 20 mA gewählt; für eine echte LED gelten ihre eigenen Datenblattwerte. Ein Überschreiten wird ausdrücklich angezeigt, nicht als besonders gutes Leuchten dargestellt.
Starte bei 5 V und 300 Ω. Verdopple R auf 600 Ω: I halbiert sich von 10 auf 5 mA. Stelle R zurück und erhöhe die Quelle auf 8 V: Die Widerstandsspannung wächst von 3 auf 6 V; I verdoppelt sich auf 20 mA. Eine Verdopplung der Quellenspannung wäre dafür nicht nötig.
Lernschritt 5
Beispiel · Schritt für Schritt
Eine rote Beispiel-LED soll an 5,0 V mit ungefähr 10 mA betrieben werden.
UQuelle = 5,0 V · UF = 2,0 V · I = 10 mA
| Rechnung | Erklärung zum Schritt |
|---|---|
| I = 10 mA = 0,010 A |
1Strom umrechnen
Milli bedeutet ein Tausendstel. 10 A wäre tausendmal zu groß. |
| UR = 5,0 V − 2,0 V = 3,0 V |
2Spannung am Widerstand bestimmen
Die LED übernimmt im Modell 2,0 V; für den Widerstand bleibt der Rest. |
| R = 3,0 V0,010 A = 300 Ω |
3Widerstand berechnen
Das ohmsche Gesetz wird auf den Widerstand angewendet, nicht auf die LED. |
Beispiel · Schritt für Schritt
Du verwendest stattdessen einen verfügbaren Widerstand mit 330 Ω. Wie groß sind Strom und Verlustleistung?
UR = 3,0 V · R = 330 Ω
| Rechnung | Erklärung zum Schritt |
|---|---|
| I = 3,0 V330 Ω ≈ 0,00909 A = 9,09 mA |
1Tatsächlichen Strom berechnen
Der etwas größere Widerstand verringert den Strom gegenüber 10 mA. |
| PR = (3,0 V)²330 Ω ≈ 0,0273 W |
2Belastung des Widerstands berechnen
Die Spannung wird quadriert: 3,0² = 9,0. Das Ergebnis ist die umgesetzte Leistung. |
| 0,0273 W < 0,25 W |
3Mit der Nennleistung vergleichen
Ein 0,25-W-Widerstand liegt am berechneten Betriebspunkt deutlich darüber. Herstellerangaben zur Umgebungstemperatur bleiben relevant. |
Lernschritt 6
Der größte Strom entsteht bei hoher Quellenspannung, kleiner LED-Durchlassspannung und kleinem tatsächlichem Widerstand. Ein typischer Datenblattwert ist keine garantierte Grenze.
Beispiel · Schritt für Schritt
Wie groß kann I bei den angegebenen Grenzwerten werden?
UQuelle,max = 5,25 V · UF,min = 1,8 V
R = 330 Ω mit ±5 % Toleranz
| Rechnung | Erklärung zum Schritt |
|---|---|
| Rmin = 330 Ω · 0,95 = 313,5 Ω |
1Kleinsten Widerstand bestimmen
5 % unter dem Nennwert bedeutet 95 % des Nennwerts. |
| UR,max = 5,25 V − 1,8 V = 3,45 V |
2Größte Restspannung bilden
Hohe Versorgung und niedrige LED-Spannung wirken hier gemeinsam stromerhöhend. |
| Imax ≈ 3,45 V313,5 Ω ≈ 0,0110 A = 11,0 mA |
3Ungünstige Werte kombinieren
Vergleiche dieses Ergebnis mit dem zulässigen Betriebsstrom der konkreten LED. |
Lernschritt 7
Mit 10 statt 0,010 A rechnen: Das ergibt einen um den Faktor 1000 falschen Widerstand.
Die volle Quellenspannung durch I teilen: Ziehe zuerst UF ab.
20 mA für jede LED annehmen: Der Beispielwert ersetzt kein Datenblatt.
Den Widerstand zwingend vor die Anode setzen: In dieser unverzweigten Reihenschaltung begrenzt er den Strom auch zwischen Kathode und Minuspol.
Falsche Polung mit höherer Spannung beheben: Das kann die zulässige Sperrspannung überschreiten; korrigiere die Polung.
Selbst ausprobieren
Mit Tipps lernen oder ohne Hilfe testen – du entscheidest.
Wähle deine Stufe. Du löst jeweils sechs Aufgaben mit direkter Rückmeldung, Tipps und Rechenwegen.
Optional: Dein Fortschritt wird nur in diesem Browser gespeichert.
Bearbeite drei weitere Aufgaben ohne Nachschlagen. Nutze die Rückmeldung, um gezielt weiterzulernen.
Löse die Aufgaben ohne Nachschlagen. Bei Zahlen sind Dezimalkomma und Dezimalpunkt möglich. Verwende keine Tausenderpunkte.
Die Aufgaben sind unterschiedlich. Die Ergebnisse geben dir eine kurze Orientierung zu deinem Lernstand.
Physikhelfer
Berechne Vorwiderstand, Strom oder Versorgungsspannung bei vorgegebener LED-Durchlassspannung sowie die Leistung am Widerstand. Normwertwahl und Toleranzbetrachtung bleiben Teil der Aufgabe. Wähle deine gesuchte Größe und lass dir den Rechenweg Schritt für Schritt zeigen.
Kostenlos und ohne Anmeldung. Ein Rücklink führt dich wieder zu dieser Erklärung.
Erst vorhersagen oder selbst rechnen, dann die Lösung öffnen.
Am Widerstand bleiben 7 V. 10 mA = 0,010 A; R = 700 Ω.
I = 3 V geteilt durch 600 Ω = 0,005 A = 5 mA.
Nein. In der unverzweigten Reihenschaltung fließt derselbe Strom; Energie wird am Widerstand in Wärme umgewandelt.
P = 3 V · 0,010 A = 0,030 W.
Kleinere UF. Dann bleibt bei gleicher Quelle mehr Spannung am Widerstand.
Die Durchlassspannung hängt vom Bauteil, Material, Strom und der Temperatur ab. 2 V ist nur unser Modellwert.
Fachlicher Abgleich der Grundlagen: OpenStax · University Physics.
Passende Materialien zum Thema „LED und Vorwiderstand“. Wähle aus, was dir beim Üben und Wiederholen hilft.
Diese Materialien ergänzen die Erklärung und unterstützen dich beim Üben und Nachschlagen.
Elektrizitätslehre und weitere physikalische Grundlagen im Zusammenhang wiederholen. Das Nachschlagewerk richtet sich an Klasse 5–10.
5. Klasse · 6. Klasse · 7. Klasse · 8. Klasse · 9. Klasse · 10. Klasse
Produkt genauer ansehen →Preise inkl. MwSt. Downloads erhältst du per E-Mail, gedruckte Materialien per Post. Ggf. zzgl. Versandkosten.
