Vieles, was wir schon einmal bei 'Einsparen von Leitungen bei Lichtsignalen' geschrieben hatten, müßten wir hier unter anderem Titel wiederholen, was wir natürlich nicht vorhaben. Bitte lesen Sie also dort nach, was Sie hier vielleicht vermissen.
Falls Sie mit LEDs nicht so vertraut sind, wie Sie es vielleicht wünschen, lesen Sie bei uns bitte nach bei 'Grundlagen 6: Was ist eine Diode?'. Vielleicht werden dort einige Fragen geklärt.
Wir gehen jetzt davon aus, daß Sie Folgendes wissen:
Normale Diode (z.B. 1N4148, max. 100mA):
Spannung in Durchlaßrichtung: ca. 0,7 Volt, in Sperrichtung: mindestens 70 Volt.
LED:
Spannung in Durchlaßrichtung ist abhängig von der Lichtfarbe: rot: ca. 1,4 Volt, gelb, grün: ca. 1,9 Volt, weiß: ca. 3,6 Volt
Sperrspannung bei allen Typen: max. 5 Volt.
Gerade das Letzte ist wichtig! Es stirbt kaum einmal eine LED, wenn dieser Wert überschritten wird, aber es könnte sein, weil sie nicht dafür konstruiert worden ist. Und wenn Sie irgendetwas Wertvolles gebaut haben, wo LEDs eingeklebt worden sind, die Sie nicht austauschen können (z.B. eine DKW-Laterne), dann ist es schon mehr als ärgerlich, wenn durch solch ein Unwissen das ganze Teil weggeworfen werden müßte.
LEDs müssen immer mit einem Vorwiderstand betrieben werden.
Die Helligkeit einer LED hängt von dem Strom ab, der durch sie hindurch fließt; und das sind normalerweise ca. 10 bis 20 mA. Bei einer Betriebsspannung der Schaltung von ca. 10 bis 15 Volt ist als erster Testwert 1 kΩ immer richtig. Vielleicht lesen Sie einmal nach bei 'Grundlagen 3: Was ist elektrischer Widerstand?' und 'Grundlagen 4: Auswahl von Widerständen'. Sicherlich werden dort einige Fragen geklärt.
1.: zwei LEDs parallelZwei LEDs können auch an einem gemeinsamen Vorwiderstand betrieben werden, wenn sie gleiche Eigenschaften haben. Dazu sollten sie aus derselben Produktionsreihe stammen (also z.B. gleichzeitig gekauft worden sein), damit sie beide auch gleich hell leuchten. Durch den Vorwiderstand fließt (natürlich!) der Strom beider LEDs, der zufolge wärmer wird als bei nur einer LED. Der Wert dieses Widerstandes muß (natürlich!) nur halb so groß sein wie bei einer LED, damit dieser doppelte Strom überhaupt fließen kann.
2.: zwei LEDs anti-parallel bei umpolbarer GleichspannungDiese Schaltung ist sinnvoll, wenn durch Strom-Umkehr eine andere Lichtfarbe erzeugt werden soll. Dies haben wir schon vorgeschlagen beim Tip 'Einsparen von Leitungen bei Lichtsignalen'. Eine weitere Anwendung wäre der Weiß-Rot-Lichtwechsel in einer Lok-Laterne. Bei den Lichtsignalen ging es hauptsächlich um die Anzahl der Leitungen; hier mehr theoretisch darum, wie eine LED die andere vor Überspannung schützen kann. Wenn Strom durch die Schaltung fließt (egal, in welche Richtung), dann wird eine LED leuchten, die andere nicht. An der leuchtenden liegt eine Spannung von maximal 3,6 Volt (weiß, s. ganz oben), an der nicht leuchtenden ebenfalls, aber für sie in 'falscher' Richtung (also in Sperr-Richtung). Dieser Wert ist wesentlich geringer als der erlaubte von 5 Volt; also schützt die eine LED ihre Partnerin vor zu hoher Spannung. Zusätzliche Dioden zur Absicherung erübrigen sich also. Ein kleiner Nachteil soll nicht verschwiegen werden: stirbt die eine LED, so stirbt die andere mit, jedenfalls theoretisch.
Leuchten die beiden LEDs unterschiedlich hell, so muß zum Ausgleich jede einen eigenen Vorwiderstand (mit unterschiedlichem Wert) erhalten. Dann funktioniert unsere Schaltung hier nicht mehr. Dazu verweisen wir noch einmal auf die Schaltungen bei 'Einsparen von Leitungen bei Lichtsignalen'.
3.: eine oder zwei LEDs anti-parallel mit einer Diode bei umpolbarer Gleichspannung
Dies ist ein Spezialfall der vorherigen Anordnung, verwendbar z.B. bei einem Schlußlicht mit Lichtwechsel
rot-dunkel. Die ganz einfache Version, wie sie oben unter Punkt 1 behandelt wurde, sollte hier verboten sein, da die
LEDs bei Rückwärtsfahrt sterben könnten. Die danebenstehende Version, eine Diode in Reihe mit den
LEDs zu schalten, ist erlaubt; jedoch benötigt die Diode 0,7 Volt der Fahrspannung, was bei langsamer Fahrt
stören könnte, weil die LEDs nur sehr dunkel leuchten. Eine Diode anti-parallel zu den LEDs (Bild ganz
rechts) vermeidet diesen Nachteil, 'frißt' jedoch auch bei Rückwärtsfahrt Strom (was aber zu
verkraften ist).
4.: zwei LEDs anti-parallel bei WechselspannungDies ist eine einfache Schaltung für Betrieb an einer Misch-Spannung aus Fahr-Gleichspannung und Beleuchtungs-Wechselspannung (NF, ca. 20 kHz). Der Kondensator (ca. 100 nF) trennt die Gleichspannung ab, so daß nur die Wechselspannung durchkommt. Die LEDs (beide rot) leuchten abwechselnd im Takt der Wechselspannung, was aber wegen der hohen Frequenz nicht wahrgenommen werden kann. Außerdem schützt die eine wieder die andere vor zu hoher Rückwärtsspannung.
5.: LEDs bei der Weichen-RückmeldungIn der linken Zeichnung sehen Sie die Standard-Schaltung mit je einem Widerstand für die Leuchtdioden; daneben eine Schaltung, in der ein Widerstand eingespart wurde. Daß dies lebensgefährlich für die LEDs ist, soll das Bild rechts verdeutlichen. Hier wurde gerade die rechte Taste gedrückt, und der Weichenantrieb ist in die gezeichnete Stellung gelaufen. Zur Verdeutlichung der Spannungsverhältnisse wurden die '+'-Spannung führenden Leitungen rot gezeichnet, die anderen blau. Man sieht gut, daß die linke LED fast die volle Spannung 'abbekommt', aber mit '+' an der Kathode, also als Sperrspannung (wofür sie nicht konstruiert ist). Also auch hier werden die LEDs mit zu hoher Rückwärtsspannung betrieben, was man im ersten Moment nicht für möglich gehalten hätte.
6.: Testgerät für LEDs
Ein Testgerät kann man z.B. dazu verwenden um festzustellen, ob eine LED noch intakt ist, aber auch, um
mehrere LEDs zu vergleichen, ob sie gleich hell oder mit der gleichen Farbe leuchten. (Merke: 'rot' ist nicht
unbedingt gleich 'rot'.)Das einfachste Testgerät besteht aus einem einzigen Widerstand, den man in den Stromkreis in Reihe mit einer LED schaltet. Ist die treibende Spannung maximal 5 Volt (z.B. wenn man eine 4,5-V-Flachbatterie benutzt), ist alles in Ordnung;
wenn aber eine Gleichspannung von, wie im Eisenbahnbetrieb normal, etwa 15 V benutzt, kann man u.U. die zu testende
LED zerstören, wenn man sie 'falschherum' anschließt. Dann bekommt sie ja, wie bekannt, in Sperr-Richtung
die volle Spannung; und das kann, wie wir hier gelernt haben, tödlich sein. Also schließen wir für
diesen Fall noch eine Z-Diode an, die die Spannung auf höchstens 5 V begrenzt. Der Nachteil ist, daß
ständig ein Strom durch die Z-Diode fließt, wenn keine LED angeklemmt ist. Beim Einfach-Tester braucht
noch nicht einmal ein Ausschalter vorgesehen zu werden.
Bei dem batteriebetriebenen Testgerät kann man, um LEDs auf gleiche Helligkeit zu testen, auch zwei in Reihe schalten. Sie brennen dann etwas dunkler. Die Schaltung an 15 Volt 'verträgt' etwa 3 LEDs in Reihe. Man kann natürlich auch mehrere LEDs parallel schalten, aber dann wird's doch recht dunkel. Oder man schließt jede LED über einen eigenen Widerstand an die Spannungsquelle an.
Ach, noch etwas: die Bezeichnung 'LUT' in den Zeichnungen bedeutet 'LED under Test' und ist dem Sprachgebrauch der Zeitschrift 'elektor' angepaßt...
Für weitere Fragen stehen gern zur Verfügung:
- der MEC; Besichtigung und Fachsimpelei z.B. an unseren "Club-Abenden"
- der Autor: Hans Peter Kastner