Digitalbetrieb, Elektronik
LED-Vorwiderstand für Gleichstrom manuell oder per Android-App berechnen

Für den Anschluss von Leuchtdioden an eine Gleichstrom-Spannungsquelle benötigen Sie einen Vorwiderstand. Wie dessen Widerstandswert zu berechnen ist, lesen Sie hier. Und wenn Sie ein Android-Smartphone einsetzen, wird es noch einfacher.

Den LED-Vorwiderstandswert berechnen Sie ganz komfortabel mit der Android-App "ElectroDroid"

Den LED-Vorwiderstandswert berechnen Sie ganz komfortabel mit der Android-App "ElectroDroid"

Beleuchtungseffekte bei der Modelleisenbahn werden heute fast ausschließlich mittels LED (Leuchtdioden, light-emitting diode) und SMD-LED (miniaturisierte LED) erzeugt. Mit einem bisschen Knowhow ist es gar nicht schwierig, solche optischen Effekte beruhend auf LEDs selbst zu erzeugen. Dazu ist es gar nicht notwendig, sich komplette Modelle mit integrierten Beleuchtungseinrichtungen zu kaufen, wie sie zunehmend angeboten werden. Es reicht vielfach vollkommen aus, selbst ein paar LED geschickt zu platzieren und anzuschließen.

Die einfachste Form des Anschlusses ist hierbei, eine Gleichspannungsquelle zu benutzen. Als Gleichspannungsquelle eigenen sich die meisten klassischen "Modellbahn-Trafos", Regler und -Netzteile, denn diese sind für einen Gleichstrombetrieb der Modelleisenbahn ausgelegt. Vorsicht! Das trifft nicht auf Märklin-Trafos sowie Netzteile und Booster zu Digitalsystemen zu, die Wechselstrom bzw. "Digitalstrom" (eine gepulste Rechteckspannung) abgeben.

Warum Vorwiderstand?

Im modernen Modellbau haben Leuchtdioden (LED) auf ganzer Linie die alten "Glühbirnchen" abgelöst. Allerdings hat die Verwendung von LEDs einen Haken: Man kann sie nicht einfach direkt an die Spannungsquelle anschließen, sondern muss grundsätzlich immer einen Vorwiderstand zwischen Spannungsquelle und LED schalten. Der Vorwiderstand ist nötig, um die Versorgungsspannung unabhängig von der LED-Spannung und dem Strom, den die LED aufnimmt, auf den gewünschten Wert zu begrenzen.

[Anmerkung für Star Trek-Fans: Nein, Widerstand ist nicht zwecklos ("resistance is futile") ;-) ]

Bezogen auf den Einsatz bei Modellbahn und Modellbau ist es zunächst einmal so, dass diese Systeme mit ungefährlichen Niederspannungen arbeiten. Typisch sind 12 Volt Gleichstrom, 16 Volt Wechselstrom und 24 Volt "Digitalstrom". In diesem Artikel bleiben wir bei den 12 Volt Gleichstrom. Aber auch diese Spannung ist für eine LED viel zu hoch, denn die tatsächliche LED-Betriebsspannung (Flussspannung) beträgt rund 3 Volt. Würden also 12 Volt angelegt, leuchtet die LED sehr hell, allerdings nur für Millisekunden, dann ist sie durchgebrannt. Damit das nicht geschieht, ist der Vorwiderstand nötig.

Der Vorwiderstand dient also dazu, die Reduzierung der Versorgungsspannung der LED durchzuführen und ist unverzichtbar. Faustregel: Abgesehen von Tests mit passenden Batterien oder Akkus ist ein Betrieb von LEDs und SMD-LEDs grundsätzlich nur mit Vorwiderstand möglich, da sich LEDs im Betrieb elektrisch nicht wie ein ohmscher Widerstand oder gar eine Glühbirne verhalten.

Wichtig: Einzelne LEDs haben nur eine geringe Betriebsspannung von 1,2 Volt bis 4 Volt. Die aber ist von der LED-Farbe abhängig. Wenn Sie also den Widerstandswert für eine rote LED berechnet haben, sieht der für eine blaue oder eine UV-LED ganz anders aus.

Ergänzung: Inzwischen werden auch LEDs mit integriertem Vorwiderstand angeboten, die also keinen zusätzlichen Vorwiderstand mehr benötigen. Beachten Sie bei solchen Produkten aber, für welche Betriebsspannungen sie ausgelegt sind, meist ist es 12 Volt Gleichstrom.

So geht’s: Vorwiderstand an Gleichstrom-Spannungsquelle berechnen

Im Folgenden geht es an die Berechnung des Vorwiderstands. Dabei berücksichtigt die Beschreibung die konkrete Situation, dass eine LED und ein Widerstand in Reihe (in Serie), also hintereinander angeschlossen werden. Für eine Gleichstrom-Spannungsquelle berechnen Sie den Wert für den Vorwiderstand R (Resistor) folgendermaßen, wenn es sich um eine Standard-LED mit 3 Volt, 20 Milliampere handelt:

Formel:  R = (Spannungsversorgung - Spannung der LED) / LED-Strom

Beispiel: R = (12 Volt – 3 Volt) / 0,020 Ampere

Die Spannungsversorgung ist der Wert der Spannungsquelle, also im Beispiel 12 Volt von einem Gleichstrom-Transformator. Die Spannung (Durchbruchspannung in Volt) der LED wie auch die Stromaufnahme der LED (in Milliampere) entnehmen Sie den Daten, die Sie in der Beschreibung der LED finden, z.B. im Katalog oder Online-Shop. Das Ergebnis ist 450, der Vorwiderstand sollte also 450 Ohm haben. In der Praxis wird der Wert dann einfach aufgerundet und ein 0,5-Kiloohm-Widerstand eingesetzt.

Vorwiderstand online oder per Android-App sicher identifizieren

Um den richtigen Widerstand zu identifizieren, sind Standardwiderstände mit einem Farbcode versehen. Eine Tabelle mit den Widerstandsfarbcodes finden Sie zum Beispiel hier.

Der Vorwiderstand kann aber auch ganz einfach per Farbtabelle mit der Android-App "ElectroDroid" bestimmt werden. Die Android-App ElectroDroid ist eine leichtverständliche Sammlung von Berechnungs- und Informationsmöglichkeiten, die auch den "Resistor Color Code" enthält.

Neben der kostenlosen App-Version wird auch für eine geringe Registrierungsgebühr eine erweitere Pro-Version angeboten. Alles in allem für jeden fortgeschrittenen Modellbahner und Elektrik- oder Elektro-Interessierten uneingeschränkt empfehlenswert. Weiterführende Informationen und den Link zur Installation finden Sie auf der Webseite der Entwickler an der nachfolgenden Adresse. Der ElectroDroid wird dort auch in Versionen für Windows Phone und iOS (iPhone) angeboten.

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Von: Rudolf Ring
 
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