Wir wollen uns hier ausschließlich mit der Frage der (als gleich empfundenen) Helligkeit der beiden Lichter befassen, und wie man am besten eine solche Helligkeit einstellt. Dabei sind ein Meßgerät und vielleicht ein Taschenrechner hilfreich.
Es kann hier kein Rezept vorgeschlagen werden, welche Widerstände eingesetzt werden müssen. Wir wollen das Prinzip darstellen, wie vorzugehen ist.
Nachdem feststeht, welche Versorgungsspannung verwendet werden soll (z.B. 3, 5 oder 15 Volt), sollten mit den
LEDs, die verwendet werden sollen, Versuche durchgeführt werden, um die Widerstände für die
gewünschte (gleiche) Helligkeit herauszubekommen. Der jeweils sich einstellende Strom wird gemessen und notiert
(irgendetwas zwischen 0,5 und 10 mA). Die Anordnung mit dem höheren Strom sollte den Schalter erhalten. Am
Beispiel rechts sieht man den deutlichen Unterschied der Spannungen an den beiden (verschiedenfarbigen) LEDs. Wir
haben mit voller Absicht keine Werte an die Widerstände geschrieben. Wie man diese ausrechnet, steht bei
Grundlagen: Auswahl von Widerständen.Falls die Spannung an der LED, die den Dauerstrom erhalten soll, nicht viel größer als die an der geschalteten LED, sollte man gleich hier abbrechen und mit der ersteren eine einfache Diode (z.B. 1N4148) in Reihe schalten. Diese Anordnung erfordert somit eine um ca. 0,7 Volt erhöhte Spannung, und es kann weiter geprüft und gemessen werden. Dieses Prinzip hatten wir schon einmal bei Einsparen von Leitungen bei Lichtsignalen beschrieben.
Zwischendurch etwas Theorie, wozu das alles gut sein soll:
Bei jeder der beiden Schaltungen stellt sich ein bestimmter Strom ein, der an dem Widerstand einen Spannungs(ab)fall
erzeugt, der genau so groß ist wie der Unterschied zwischen der Versorgungsspannung und dem Eigenbedarf der
jeweiligen LED. Wenn ich jetzt durch irgendeine Schaltung erreichen kann, daß die Spannung an der LED
verringert wird (also z.B. durch einen Bypass an der LED vorbei), dann kann diese nicht mehr leuchten. Im
einfachsten Fall kann dies durch einen Schalter geschehen, der parallel zur LED liegt.Wir wollen jedoch eine zweite LED zum Leuchten bringen. Da über den geschlossenen Schalter und den Widerstand Strom fließt, könnte man diesen ausnutzen, um die zweite LED zum Leuchten zu bringen. Dies funktioniert auch, aber nur unter einer Bedingung: Die Gesamtspannung an der 2. LED und an dem Schalter muß kleiner sein als die an der ersten LED. Ist sie dies nicht, leuchtet die erste LED munter weiter, während die zweite dunkel bleibt. Aber das haben wir ja gerade eben durch die Manipulation mit der 1N4148 ausgeschlossen.
In der Schaltung steht an der weißen LED zunächst die Spannung wie im Bild oben angegeben, 3 Volt. Wird der Schalter geschlossen, würde diese Spannung auch an der roten LED stehen. Dies ist aber viel zu viel für sie, und sie steigert den Strom so weit, bis an ihr nur noch 1,5 Volt stehen. Der Rest muß in dem gemeinsamen Widerstand 'flöten gehen'. Somit steht an der weißen LED nur noch 1,6 Volt (den Spannungsverlust am Schalter haben wir großzügig mit 0,1 Volt veranschlagt), und das ist zu wenig für sie: sie verlöscht.
Noch einmal: wichtig für das Funktionieren der Schaltung ist, daß die Spannung an dem 'Verteilerknoten' absinkt, wenn der Schalter geschlossen wird. Und automatisch erhöht sich der Strom, der durch die Anordnung fließt.
Danke, daß Sie so lange geduldig mitgelesen haben. Nach der überlangen Vorrede nun endlich zum Trick49:
In den anfänglichen Messungen haben wir für jede der LEDs einen eigenen Widerstand ausgemessen. Dieser muß natürlich in der endgültigen Schaltung wieder auftauchen.
Fall 1, der Widerstand von 'rot' muß größer sein als der von 'weiß':
Hier bietet sich die nebenstehende Schaltung an. R1 ist der Widerstand von 'weiß', die Summe von
R1 und R2 ist der ausgemessene Vorwiderstand der roten LED. Nur darf dieser nicht zu groß
werden, da dann evtl. der obige Grundsatz verletzt wird, daß die Spannung am Knoten absinken muß. Wir
haben die Spannung Urot in die Zeichnung eingetragen. Sie muß kleiner sein als die Spannung an der
weißen LED. Für diesen 'schweren' Fall schlagen wir das Folgende vor:
Fall 2: der Widerstand von 'rot' muß wesentlich größer sein als der von 'weiß':
Dies ist dann gegeben, wenn beim Einschalten der roten LED die weiße dunkler wird, aber nicht ganz 'aus' geht.
Hier wird zunächst genau wie im Fall 1 verfahren, nur wird parallel zum Zweig mit der roten LED ein weiterer
Stromverbraucher geschaltet, damit die Spannung am Knoten wieder absinkt. Da das Berechnen dieses dritten
Widerstands ausgesprochen umständlich ist, zudem auch noch die Helligkeit der 'roten' LED beeinflußt,
schlagen wir die Probierlösung vor. R1 ist wieder der Widerstand von 'weiß', die Summe von
R1 und R2 ist der Vorwiderstand der roten LED. R3 sollte zu Anfang etwa den
doppelten Wert haben wie R2. Sinkt beim Einschalten die Spannung am Knoten um etwa 0,5 Volt ab,
sind wir auf der sicheren Seite. Wenn es weniger Spannungseinbruch gibt, muß R3 so lange
verkleinert werden, bis die weiße LED sicher verlöscht. Nun wird die rote LED wahrscheinlich etwas zu
dunkel leuchten. Daher muß ihr Vorwiderstand (R2) etwas verkleinert werden; auch hier ist
Ausprobieren das Einfachste.Sollte die Spannung am Knoten zu stark absinken (also mehr als ca. 0,5 Volt), so ist R3 zu vergrößern.
Fall 3: der Widerstand von 'rot' muß kleiner sein als der von 'weiß':
Hier kommt die nebenstehende Schaltung zum Einsatz. Der Widerstand für 'weiß' ist die Summe von
R1 und R2, der Widerstand für 'rot' ist R1.Da dieser Fall sehr unwahrscheinlich ist, könnte man sich auch dadurch behelfen, sich eine heller leuchtende rote LED anzuschaffen und dann alles noch einmal auszumessen.
Für weitere Fragen stehen gern zur Verfügung:
- der MEC; Besichtigung und Fachsimpelei z.B. an unseren "Club-Abenden"
- der Autor: Hans Peter Kastner