Bitte um Hilfe bei Widerstandsberechnung

Hallo

Ich bitte, dass mir einer eine Kleinigkeit beibringen könnte.
Es geht um einen Schaltplan, den ich unter http://www.bader-frankfurt.de/elek/rgbansteuer.gif gefunden habe.

Ich habe das gleich mal nachgezeichnet mit Eagle
1. damit ich den Umgang mit dem Programm mehr übe und
2. weil ich genau das auch als Platine machen möchte.

Die Widerständen auf der linken Seite der npn Transitoren sind diejenigen, die dann am Port eines AVR angeschlossen werden und sollten mind. 1 k haben. Das weiß ich bereits.

Aber wie berechnet man die Widerstände, welche jeweils die einzelnen Farben ansteuern?

Sagen wir mal, ich brauche bei einer LED einen 75 Ohm Widerstand.

Wie groß muss er sein, wenn 3 LED´s angeschlossen werden? Nehmen wir 20mA und 3,5 Volt für eine der LED´s. Bei 5 Volt die zur Verfügung stehen.

Vermutlich eine Frage für einen Lehrling im ersten Semester... Aber ich habe nie Elektronik gelernt. Könnte mir jemand da unter die Arme greifen ?

Danke im Vorraus.

Hi,

korrigiert mich, falls ich falsch liegen sollte, aber ich stelle mir das so vor:

Bei einer Led müssen am Vorwiderstand 1,5V abfallen, damit die LED bei 20mA nicht überlastet wird. Bei 3 LEDs macht der Gesamtstrom aber 60mA aus, am Vorwiderstand müssen aber weiterhin 1,5V abfallen, damit die LEDs die gewünschte Betriebsspannung erhalten. Das macht bei mir 25 Ohm.


Viele Grüße
ikarus_177

Hi,
du willst ja 3 LED'S parallel, bedeutet die Spannung bleibt gleich und für den Strom gilt Iges=I1+I2+In
R = Spannung (am Vorwiderstand)/Strom I
U=5v-3,5V
U=1,5V
I =0,02A+0,02A+0,02A
I =0,06A
R=1,5V/0,06A
R=25Ohm
Ich bin Schüler, kann also auch total falsch sein. ;-)
Edit: Uh mein 1000 Beitrag 8-[

ich würde die leds nicht parallel an einem widerstand betreiben. durch bauteiltoleranzen werden die ströme nicht schön gleichmässig auf die led's verteilt werden.
das heisst durch irgendeine led wird mehr strom fliessen --> led wird wärmer --> led leitet besser --> led zieht noch mehr strom --> noch heisser --> led kaputt --> die anderen leds ziehen auch mehr strom --> alle led's kaputt...

ich würde also jeder led einen seperaten widerstand spendieren....

gruss bluesmash

Zitat:

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Bluesmash:
ich würde die leds nicht parallel an einem widerstand betreiben. durch bauteiltoleranzen werden die ströme nicht schön gleichmässig auf die led's verteilt werden.
das heisst durch irgendeine led wird mehr strom fliessen --> led wird wärmer --> led leitet besser --> led zieht noch mehr strom --> noch heisser --> led kaputt --> die anderen leds ziehen auch mehr strom --> alle led's kaputt...

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Das hab ich mir auch schon mal gedacht... an anderer Stelle sagen lassen.

Aber warum wird das dann hier: http://www.bader-frankfurt.de/elek/rgbansteuer.gif
so angeboten?

Mir gehts darum, dass ich nicht Unmengen an Widerständen löten möchte, weil ich ein paar SMD-RGB-LEDs mehr verwenden will.

Zitat:

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ikarus_177
korrigiert mich, falls ich falsch liegen sollte, aber ich stelle mir das so vor:

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Der war echt gut... Ich hab fast gar keine Ahnung :)

Zitat:

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Christopher1
Ich bin Schüler, kann also auch total falsch sein

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Immerhin hört es sich gut an :)

hallo pmaler,

Zitat:

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Zitat von Bluesmash

... ich würde .. jeder led einen seperaten widerstand spendieren....

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also ich neige auch zu der Philosophie - ein Widerstand je LED.

................................Bild hier  

Das habe ich so aufgebaut (ok ok ok, DU machst in SMD - da spart man gern so viel Platz wie es geht) und es funktioniert total problemlos (irLED´s an 36 kHz PWM) obwohl ich testweise auch schon mal ne LED gegen einen anderen Typ wechsle.

Bluemash hat schon recht. Aber man kann dieses Prinzip verwenden, wenn man die LEDs von vornherein niedriger belastet. ZB nur mit 70-80% der des Nennstroms. Wenn eine dann 20 oder 30% mehr bekommt ist das nicht schlimm und da heutige LEDs eh' recht hell sind, macht das manchmal Sinn. Natürlich gibt es dann einen Helligkeitsunterschied zwischen den LEDs.

ich denke ich persönlich würde es auf einen versuch ankommen lassen :) ich sehe das auch nicht so kritisch... wollte dich nur mal darauf aufmerksam machen.... und wie Gock geschrieben hat währe es empfehlenswert die leds nicht am limit zu betreiben...

gruss bluesmash

http://forum.electronicwerkstatt.de/phpBB/faq/led/

Bei kleinen Strömen wird das mit der Stromverteilung nicht unbedingt besser. Wenn schon sollte man die LEDs gepulst betreiben, dann hilft der internen Serienwiderstand dabei den Strom etwas gleichmäßiger zu verteilen und die LEDs erwärmen sich noch nicht so viel von selbst. Die blauen LEDs und einige grüne LEDs haben einen recht hohen sereienwiderstand, da könnte es gehen. Bei den roten wird es wahrscheinlich Probleme geben.

Ich würde es nicht darauf ankommen lasssen und lieber extra Widerstände spendieren.

Zitat:

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dremler
http://forum.electronicwerkstatt.de/phpBB/faq/led/

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Oh Ahh. merci
Genau das, was ich nicht gefunden habe.

Zitat:

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Gock
Bluemash hat schon recht. Aber man kann dieses Prinzip verwenden, wenn man die LEDs von vornherein niedriger belastet.

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Das ist genau das, was ich mache.

Die Led´s werden per PWM gepulst. Also niemals voll Stoff belastet.

In einem Plastik-Ei habe ich 8 von den 10mm LEDs als Ersatz für eine Gartenbeleuchtung geschnitzt und da bekommt jede LED seinen eigenen Widerstand, weil da 12 Volt dauerhaft draufgehen. Und so nebenbei anscheinend sehr warm werden...

Aber bei den RGB-LED´s soll eben per PWM ein Farbwechsel erreicht werden.

Zitat:

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oberallgeier
Das habe ich so aufgebaut (ok ok ok, DU machst in SMD - da spart man gern so viel Platz wie es geht)

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Das "unter der Lupe löten" ist mir lieber als 500 Löcher bohren.
Hab zwar eine CNC im Keller, aber bis ich das so professionell hingeschnitzt habe... Ich arbeite im Moment auch noch an einem Reflow Ofen

Zitat:

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Besserwessi
Ich würde es nicht darauf ankommen lasssen und lieber extra Widerstände spendieren.

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ich bin der Typ, der eine Schaltung oder etwas was ich aus der Hand gebe, mind. 24 Stunden im Dauerbetrieb laufen lasse.
Also auf Vorsicht gehe.
Die Dinger, die ich baue, werden mir gerne von anderen abgenommen. Sei es als Geschenk oder wie bei meiner Verwandschaft, die es bereits richtig geordert haben.

Ich würde mich krank ärgern, wenn da was schiefgeht. Also wird es vermutlich auf 3 Widerstände pro RGB-LED rauslaufen.

Die Tendenz hier, geht sowieso zum Einzelwiderstand und da werde ich mich anschliessen.
Auch wenn ich zum testen, die Sparvariante ausprobieren will.

Vielen Dank auf alle Fälle.

Also.

Ich habe mir die folgenden Links "gegeben"
http://forum.electronicwerkstatt.de/...1_bz0_bs0.html

http://forum.electronicwerkstatt.de/phpBB/faq/led/

Und bin zur Einsicht gekommen, dass es immer einen Murphy geben wird, der eine LED in einer RGB-Led ein wenig "anders" sein lässt (Laut Quantendynamik muss es sogar so sein)

Und somit würde ich garantiert irgendwann mal auf die Nase fallen, wenn ich nicht jeder LED ihren eigenen Widerstand gönne.

Ergo werde ich mich dem hier anschliessen:

Zitat:

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also ich neige auch zu der Philosophie - ein Widerstand je LED.

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Merci Danke an Alle.

Bei Batterieanwendungen kann es natürlich Sinn machen, die Spannung so nah wie möglich an die benötigte zu bringen, damit am Vorwiderstand nicht so viel abfällt.
Dazu könntest entweder mehrere gleiche Farben in REIHE schalten (sofern sie immer ale gleichzeitig und gleichhell leuchten sollen), oder einen StepDownKonverter benutzen. Es gibt solche auch speziell für LEDs, teilweise auch mit PWM Eingang.
Viel Spass

Hallo,

ich habe die Beiträge hier mal überflogen. Als ausgebildeter Elektroniker möchte ich hier noch etwas anfügen:

Die hier verwendeten LED's sind RGB-LED's. Das bedeutet konkret, dass 3 LED's mit verschiedenen Farben in einem Gehäuse zusammengefasst sind.

Eine rote LED (2,1V) hat beispielsweise eine andere Schleusen-Spannung als eine grüne (1,7V). Wenn alle LED's mit nur einem Vorwiderstand betrieben werden, besteht die Gefahr, dass eine LED viel Strom aufnimmt und stark leuchtet (Überlast), während die anderen gerade beginnen zu leuchten (zu wenig Strom). Das sollte man vermeiden!

Ich empfehle daher, wie oben schon beschrieben, pro RGB-LED 3 Vorwiderstände (220Ohm bei 5V).

So ergeben sich für eine
rote LED 5V - 2,1V / 220 Ohm = 13mA und
grüne LED 5V - 1,7V /220 Ohm = 15mA

Beim Durchlaß-Strom einer LED geht man bei der Berechnung nie vom Maximum aus. 15mA ist bei Standard-LED's üblich und liegt im Mittelfeld.

Dies bezieht sich natürlich auf LED's, wenn sie dauernd bestromt sind.

Wenn LED's gepulst angesteuert werden, sollte man in der Tat im Datenblatt nachsehen, für welche Dauer welcher maximale Strom zulässig ist. Dieser Wert darf unter keinen Umständen überschritten werden, denn dann ist die LED hin. Deshalb unter den zulässigen Werten bleiben.

Bei RGB-LED's würde ich zur Ansteuerung der LED's PWM verwenden. Also 3 PWM-Kanäle für 3 Farben. Dadurch lassen sich die einzelnen Farben schön mischen.

PWM bedeutet, dass bezogen auf eine Zeiteinheit 0% bis 100% dieser Zeit die Spannung an der LED anliegt. Im Extremfall sind alle LED's zu 100% angesteuert, was der Dauerbestromung gleich kommt. Der Widerstand wird in diesem Fall also bei 220 Ohm bleiben.

Zu den Transistoren kurz:
Der Vorwiderstand ergibt sich aus dem Kollektorstrom, der zu schalten ist und dem Verstärkungsfaktor des Transistors (Datenblatt). Wenn wir also alle 3 Farben einer LED gleichzeitig leichten lassen wollen, beträgt der Kollektror-Strom etwa 3x15mA = 45mA. Und wenn der Transistor beispielsweise ein Beta (Verstärkungsfaktor) von 100 hat, muß ein Basisstrom von 45mA / 100 = 0,45mA fließen.

In der Praxis nimmt man nun den 5- bis 10-fachen Basis-Strom, um den Transistor sicher (bis in die Sättigung) durchzuschalten. Bei einem 5-fachen Basisstrom wären das 2,25mA.

Der Vorwiderstand berechnet sich dann wie folgt: 5V - 0,7V / 0,0025A
Das ergibt ein Vorwiderstand von 1,72kOhm. Ein Basis-Vorwiderstand von 1kOhm bis 1,5kOhm wäre hier eine gute Wahl. 0,7V ist übrigens die Schleusenspannung U BE, die zwischen Basis und Emitter abfällt.

Ich hoffe, ich konnte etwas helfen und ein bischen Licht ins Dunkel bringen.

Mitch.

Hallo Mitch, das ist ja ein sehr hübsches und ausführliches Tutorial. Eine Frage hab ich nun:

. . . . . . . . . . . . .Bild hier  

macht es Sinn, dass ich (m)einen Widerstand R4 gegen GND vor den Transistor setze um mit dem beim schnellen Schalten - PWM, 36 kHz - die LED´s wieder schnell und sicher abzuschalten - oder ist das in nutzloses Gimmik das unnötig Strom frisst?

Wenn der Controller läuft ist der Widerstand sinnlos, denn dann zieht der Controller den Eingang aktiv auf GND.
Der Widerstand macht nur sinn für die Einschaltphase. Da braucht es ein paar ms bis der Controller loslegt und solange sind die Eingänge hochohmig. Für LEDs braucht man den Widerstand nicht, denn was tuts wenn die LEDs beim Einschalten eventuell man für ein paar µs (oder weniger) aufblitzen. Bei einer Motorbrücke macht so ein Widerstand gegen GND aber Sinn.

Ja die Sache sieht so aus:

Der R4 gegen Masse ist Sinnvoll, solange der Ausgang des Controlers keinen definierten Pegel hat. Dies ist der Fall, wenn der Controler in der Initialisierungs-Phase ist, aber auch, wenn du VCC für die LED-Versorgung von wo anders her beziehst (nicht gleich VCC des Controllers ist).

Den Widerstand würdi ch drin lassen, allerdings auf 22k erhöhen. Das reicht aus.

Um den Schaltvorgang der PWM zu verbessern würde ich einen Kondensator parallel zum R5 verwenden. Das verbessert die Schaltflanken.

Der Wert für dieses C läßt sich aber nicht einfach ausrechnen, da hier verschiedene interne Kapazitäten des Controler-Ausgangs, Leitungskapazitäten und die Transistor-Kapazität mit rein spielen.

Hier solltest du ein Oszi verwenden und das Signal mal anschauen. Ist das Signal verschliffen, mußt du eine größere Kapazität verwenden. Hast du einen Peak, ist die Kapazität zu groß. Ein Wert mit 10nF bis 22nF würde ich hier mal ansetzen. Kann natürlich sein, dass 100pF oder so bereits ausreichen.

Das C kann aber normalerweise entfallen, da die LED's ja sowieso gedimmt werden sollen. Pei PWM=100% liegt praktisch sowieso Gleichspannung an. Ich denke man kann darauf verzichten.

Wenn du mir den verwendeten Transistor nennst, die Vorsiderstände usw, kann ich hier mal eben mit meinem Osi nachschauen, ob sich ein C überhaupt lohnt.

(Ich benötoge die von dir verwendete Beschaltung einschließlich Dimensionierung den Bauteile.) Also welcher Widerstand usw welcher Wert.

Mitch.

Hallo Besserwessi, hallo Mitch64,

danke Euch Beiden für die schnellen Antworten.

Zitat:

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Zitat von Mitch64

... Das C kann aber normalerweise entfallen, da die LED's ja sowieso gedimmt werden ...

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Alles was entfallen kann freut mich, weil ich (noch?) kein SMD kann, und trotzdem möglichst klein bleiben wollte. Deshalb vielen Dank für Dein Angebot, ich glaube, die Funktion ist so befriedigend:

Das Datenblatt der SFH415 nennt eine Schaltzeit von 0,5 µs von 10% auf 90% bei IF = 100 mA. Ich verwende die LED zur Entfernungsmessung zusammen mit dem SFH5110 und fahre sie bei 36 kHz mit einer PWM mit 256 Schritten. Daher bräuchte ich theoretisch sowieso weniger als 0,1 µs Anstiegszeit, um die Pulse bei kleinen Werten unter 5 noch korrekt rauszukriegen ( 36 000 * 256 = 9,2 Mio => 0,1 µs ). Mein Oskar (alter ABB M6003, 60 MHz) zeigte für die dargestellte Schaltung vorhin rund 1 µs bei 5 mA bei einer Messung zwischen GND und C des BC337. Das ist zwar halb so schnell wie es lt. Datenblatt sein könnte, aber ich glaub, damit sollte ich leben (die Funktion als EINZELNE L E D ist recht gut, auch die jetzige Schaltung mit den 3 parallelen LED´s arbeitet zufriedenstellend). Die Abfallzeit messe ich mit < 0,3 µS.

Zitat:

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Zitat von Besserwessi

... Bei einer Motorbrücke macht so ein Widerstand gegen GND aber Sinn ...

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Danke für die Hinweise und die ergänzende Bemerkung zur Motorbrücke. Beim Motortreiber habe ich Murks gebaut, das weiß ich schon: Bei meinem L293D habe ich den Pin7=2Y=IN2 simpel mit dem Controller PB4/M168 und MISO verbunden. Beim Flashen fährt dann der Motor an diesem Strang mehr oder weniger langsam . . . . Da die Schaltung aber sowieso schon eine Spaghettiverdrahtung hat, werd ich wohl erstmal damit leben.

Anmerkung: die LED´s in Serie habe ich nicht realisiert, weil ich in der Testphase des kleinen, simplen Roboters noch die Option auf andere LEDs offen halten möchte.

Wenn ich die Profis hier schon mal an der Leitung habe...

Ich habe mir einen Ersatz für meine Laterne im Garten gebastelt. Anstelle einer Kerzenförmigen 220V Lampe kommen 8 10mm LED´s zum Einsatz an einem 12 Volt Netzteil, welches explizit für Ledleisten konzipiert ist.

Mit den Widerständen an den LED´s funktionierts auch wunderbar.

Aber es wird heftig Wärme produziert. Ist mir auch klar, weil ich an den Widerständen zig Volt verbraten muss.

Jetzt dachte ich schon daran einen 7805 oder LM317 vorzuschalten um den Verlust zu vermindern.

Oder gibt es da einen kleinen Bauteil, am besten in SMD, den ich da verwenden kann. Die Jungs aus der LED-Leisten Produktion müssen ja auch sowas in der Richtung machen.

Hat jemand einen Tip für mich ?

Danke

Wenn du einen 7805 oder einen LM317 verwendest, wird der heiß, weil dann an ihm die Leistung verbraten wird.

Du müßtest eine Spannung haben, die geringer ist als die jetztige.
Andere Möglichkeit ist, in die Leiste zusätzliche LED's in Reihe, um den Gesamt-Spannungsabfall an der Leiste zu erhöhen. Damit fällt weniger Spannung am Widerstand ab und wird somit weniger heiß.

deswegen werden bei den Leisten gerne 3 LED´s in Reihe verwendet.
Na OK.

Danke schon mal.

Hallo Mitch64,

nochmals vielen Dank für Deine Hinweise. Du hast mich da wohl auf eine Verbesserungsmöglichkeit gebracht - und ich Dö... hatte das anfangs garnicht gemerkt. Bin halt schon betriebsblind :(.

Zitat:

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Zitat von Mitch64

... Hier solltest du ein Oszi verwenden und das Signal mal anschauen ...

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Ich bin mal drüber gegangen und habe für kleine PWM-Werte, 0 bis 5 - von 278 bei 36 kHz, das Signal am R7 und am R5 angesehen. Am R5 (1k) und dem PWM-Wert "1" gibt es diese Kurve (0,1 µs/DIV, 2V/DIV, der gleiche 60 MHz ABB, das Signal wurde jweils 5 Sekunden gleich gehalten - kein single shoot). Der Kurvenanfang ist bei längeren PWM-Signalen deckungsgleich mit dem hier vorgestellten:

..................................Bild hier  


und am R7 (1k) gibt es bei PWM-Wert 1 und 5 diese beiden (0,5 µs/DIV, 2V/DIV):

..................................Bild hier  Bild hier  

Die beiden letzten Kurven interpretiere ich als Verlauf der Lichtleistung der LED über die Zeit, weil es ja proportional zum Strom durch R7 also durch die LED ist. Nun verstehe ich auch ungefähr, warum ich bei kleinen PWM-Werten schlecht passende Entfernungswerte bekomme.

Morgen will ich mal die von Dir vorgeschlagene Modifikation ausmessen mit einem Kondensator parallel zu R5. Ich habe zwar nur nen 100nF hier liegen, aber es ist ja auch nur ein Versuch.

Zitat:

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Zitat von Mitch64

... Wenn du mir den verwendeten Transistor nennst, die Vorsiderstände usw, kann ich hier mal eben mit meinem Osi nachschauen, ob sich ein C überhaupt lohnt ...

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Erstmal danke ich da im Voraus für Deine Mühe. Sind die oben stehenden Daten ausreichend?

Vielleicht komme ich nun doch zu einem besseren Signalverhalten dieser Entfernungsmesserei im Nahbereich. Bisher hatte ich den Nahbereich durch den relativ hohen Vorschaltwiderstand der irLED besser messbar gemacht.

Hallo Mitch64,

jetzt bin ich aber von den Socken. Ich hatte noch überlegt, warum ein Kondensator an meinem R5 die Schaltflanke(n) der LED beeinflussen sollte. Aber dann habe ich den angesagten 100 nF mal etwas fliegend auf den Widerstand gelötet und . . . aber sieh selber den Spannungsverlauf am R7 ohne und mit Kondensator. Die PWM-Werte variieren in beiden Fällen von 5 bis 1. Es ist einfach beeindruckend. Mit Kondensator habe ich also bei der LED-Stromaufnahme eine Anstiegsgeschwindigkeit von weniger als 0,1 µs. 0,5 µs/DIV, 2V/DIV:

..................................Bild hier  

Allerdings stelle ich mit Kondensator fest, dass die Auflösung bei meinem Spezialfall der Entfernungsmessung im Nahbereich deutlich schlechter geworden ist - aber das ist ein Problem, darüber werde ich noch nachdenken (eher experimentieren). Jedenfalls vielen Dank für Deine Anregung und Hilfe.

Die steileren Flanken mit Kondensator würde ich dadurch erklären, dass der Kondensator beim einschalten wenn er entladen ist ja quasi wie ein kurzschluss ist und somit der transistor im ersten moment mehr strom zur verfügung hat um durchzuschalten...

mich würde intressieren wie das mit der entfernungsmessung funktioniert? einfach die pwm von 0-max durchfahren und schauen wann der empfänger anspricht?

gruss bluesmash

Hallo Bluesmash,

Zitat:

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Zitat von Bluesmash

... mich würde intressieren wie das mit der entfernungsmessung funktioniert? einfach die pwm von 0-max durchfahren und schauen wann der empfänger anspricht? ...

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Ja, ziemlich genauso ist es. Die Thematik geht zurück auf die Hinderniserkennung von waste . Darauf hatte sternthaler mit seinem Chirpen aufgebaut - und ich habe schließlich das Ganze von ihm bzw. vom asuro geklaut und daraus drei, im Prinzip unabhängige irDME´s für mein kleines Roboterprojekt gemacht. Weil ich diese Abstandsmessung anfangs nicht verstanden hatte, musste ich mich damit etwas ausführlicher beschäftigen - und das hatte wohl ein paar zusätzliche Tatsachen klargemacht (siehe dort die Punkte 9 bis 12). Der wesentliche Sachstand ist hier zusammengefasst, wobei ich mittlerweile die Messungen im Hintergrund (interruptgesteuert) mache, einschließlich der umlaufenden Abfrage der drei DME´s. Dieser Code beruht auch wesentlich auf sternthalers Chirperei, die mittlerweile wohl auch in die asuro-lib eingeflossen ist. Meine Messung mit drei DME´s braucht dabei rund 1 % CPU-Auslastung (mega168-20MHz).

Bleibt die Frage: wozu das Ganze, wo doch optische Reflexsensoren sehr abhängig sind vom Umgebungslicht? Nun, es ist keine Punktmessung wie beim Sharp (z.B: GP2D120) und keine so schauderhaft breit gestreute Messung wie bei Ultraschall. Es ist s..billig und, wie Du siehst, gibt es dabei immer noch Fortschritte.

Nachtrag: Ich hatte noch den Thread von waste zur Abstandsmessung vergessen: https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=10026