Widerstände für Dummies

Druckbare Version

12.12.2012, 16:48
Testus2K

Widerstände für Dummies

Hi
Ich hab mir gedacht ich lerne mal die Grundlagen der Elektrotechnik und bin natürlich direkt am Anfang gegen eine Wand gestoßen.
Wenn ich immer mal wider gefragt habe, die ich auf den richtigen Widerstand für eine LED komme, war die Antwort immer R=U/I.
Offensichtlich hilft das kein Stück, ich weiß zwar was R,U und I ist, aber ich habe ja z.B. ein Netzteil, dass 5V 2A liefert und die LED, die 2V und 0,018A braucht. Habe also jeweils 2 Werte für U und I.

Später finde ich dann folgende Formel:

R=(U_Netzteil - U_LED)/I_LED

_{[Der Strom den das Netzteil liefert, so verstehe ich das, muss also nur im ausreichenden Maß vorhanden sein, dann kann ich ihn ignorieren.]}

In der Wikipedia steht unter "Ohmsches Gesetz":

Zitat:

"Wird an ein Objekt eine elektrische Spannung Bild hier angelegt, so verändert sich der hindurch fließende elektrische Strom Bild hier proportional zur Spannung"

Beschrieben wird das doch durch I=U/R.

Wenn ich das jetzt aber zu R=U/I umstelle und ich wende es mal auf meine "LED-Formel" an, dann ist U nicht die Spannung, die ich tatsächlich anlege (wie im Zitat), sondern die Größe der Spannung, wie ich weg haben will (3V in meinem Beispiel).

Und wenn ich die "LED-Formel" nehme und Werte für mein Netzteil und mein Widerstand da einsetze, dann kann ich die Formel nicht so lösen, dass ich ein Ergebniss für U_LED und I_LED bekomme. Ich kann also nicht vorhersagen, wie viel Volt und Ampere mir hinter dem Widerstand noch zur Verfügung stehen, wenn ich einen bestimmten Widerstand und ein Netzteil mit bestimmten Werten verwende. Das ergibt in der Praxis überhaubt keinen Sinn.

Wie ihr sehen könnt bin ich Total verwirrd. Könntet ihr bitte versuchen da etwas Ordnung und Sinn für mich rein zu bringen, wie genau ein Widerstand funktioniert?

_{PS: bitte nicht einfach einen Link zur Wikipedia senden, ich hab da alles gelesen, das hilft mir nicht weiter.}
12.12.2012, 16:59
oberallgeier

Zitat:

... gefragt ... richtigen Widerstand für eine LED ... _{PS: bitte nicht einfach einen Link zur Wikipedia senden...}

Na ja, Wikipedia ist ja auch kein Elektronik-Tutorial.

Grundlagen zur LED hier (klick), da kannst Du auch sehen, WARUM überhaupt ein Widerstand nötig ist. Und ausrechnen kannst Du den hier den Vorwiderstand (klick wieder).

Beides zusammen sollte Dir schon weiterhelfen können. Oder?

Viel Erfolg
12.12.2012, 17:17
dussel07

Im Endeffekt ist die LED so etwas ähnliches wie ein Widerstand. Das Ganze ist also eine Reihenschaltung von Widerständen.
Über jedem der zwei Widerstände fällt eine Spannung ab - diese beiden Spannungen müssen zwangsläufig U gesammt ergeben.
Gehen wir von einer roten LED mit einer Flußspannung von 2V aus (bei dieser Flußspannung nimmt sich die LED 20mA) und einer Gesammtspannung (Netzteil) von 5V.
Das heißt: 5V - 2V = 3V
über dem Vorwiderstand müssen also 3V bei 20mA abfallen!
R = U / I
R = 3V / 0,02A
R = 150 Ohm
12.12.2012, 18:05
Testus2K

Ich muss in einer Schaltung die Widerstände (also alle Bauteile die einen Widerstand haben) so wählen, dass am ende 0 rauskommt? Widerstand frisst 3V LED 2V, damit bleibt nicht von den 5V über?

Was ist mit dem Strom? begrenzt der Widerstand den Strom auf 20mA, oder ist das der Strom, den die LED sich zieht?

Gibt es eine Formel, mit der ich mir ausrechnen kann, wie hoch die Spannung ist und wie viel Strom fließt, wenn ich ein 500Ohm Widerstand an ein 5V Netzteil hänge?

Tut mir leid, wenn die eine oder andere Frage Dumm klingt, dass passiert schnell, wenn einem das Verständniss noch fehlt :)
12.12.2012, 18:29
Dirk

Testus2K:

Zitat:

Ich muss in einer Schaltung die Widerstände (also alle Bauteile die einen Widerstand haben) so wählen, dass am ende 0 rauskommt? Widerstand frisst 3V LED 2V, damit bleibt nicht von den 5V über?

Genau. Wobei man unter "Schaltung" nur EINEN Zweig versteht, der zwischen 5V und Masse (GND) liegt. In einer umfangreicheren Schaltung kann es natürlich noch andere Zweige geben.

Zitat:

Was ist mit dem Strom? begrenzt der Widerstand den Strom auf 20mA, oder ist das der Strom, den die LED sich zieht?

Strom fliesst durch eine Reihenschaltung aus Widerstand und LED. Das Schöne ist: Der Strom ist im Widerstand und in der LED gleich groß. Daher kann man an 5V (Uv) bei bekanntem Strom (Iled, z.B. 20 mA einer normalen LED) und bekannter Durchlaßspannung der LED (Uled, z.B. 2V, siehe Datenblatt der LED) den Widerstand berechnen:
R = (Uv - Uled) / Iled

Zitat:

Gibt es eine Formel, mit der ich mir ausrechnen kann, wie hoch die Spannung ist und wie viel Strom fließt, wenn ich ein 500Ohm Widerstand an ein 5V Netzteil hänge?

Klar: Das Ohmsche Gesetz: I = U / R
Also: I = 5 / 500 = 0,01 A = 10 mA, d.h. es fließt ein Strom von 10 Milli-Ampere durch den Widerstand und es liegt die Netzteilspannung von 5V an ihm an.
12.12.2012, 18:30
oberallgeier

Zitat:

Zitat von Testus2K

... Widerstand frisst 3V LED 2V, damit bleibt nicht von den 5V über ...

Genau. Nur heisst es im Fachjargon nicht, dass der Widerstand Spannung frisst, man sagt, dass am Widerstand 3V abfallen und an der LED 2V. Aber auch bei diesem Ausdruck bleibt am Ende nix mehr übrig *gg*.

Zitat:

Zitat von Testus2K

... begrenzt der Widerstand den Strom auf 20mA, oder ist das der Strom, den die LED sich zieht ...

Der Widerstand wird - üblicherweise, etwa in diesem betrachteten Fall, so bestimmt, dass man 20 mA als I und 3 V (siehe oben) als U ansetzt. Den Rest bringt der Satz: U = R * I - nach Umstellen, Einsetzen und Ausrechnen.

Zitat:

Zitat von Testus2K

... Formel, ... ausrechnen kann, wie hoch die Spannung ist ... Widerstand an ein 5V Netzteil ...

Jein. Wenn das ein Klitzeklitzekleines Netzteil ist, dann kann die Spannung schon einbrechen. WENN das Netzteil bei 5V mehr als 1/100 Ampère bringen kann, dann fängt die Theorie an zu greifen. Denn das ist ja genau das, wonach Du fragst:

Zitat:

Zitat von Testus2K

... Formel ... wie viel Strom fließt ... 500Ohm Widerstand an ein 5V Netzteil ...

U = I * R
Hier wolln wir aber den Strom ausrechnen, also dividieren wir beide Seiten durch R (Schulwissen):

U/R = I * R / R

Nun kürzt sich R rechts raus =>

U/R = I

Und wir rechnen

U (5V) / R (500Ω) = I [A]

also
5 / 500 [V/Ω] = 1/100 [A]
1/100 A ist 10 mA.

Ok?
12.12.2012, 18:55
radbruch

Hallo

Dann mag ich's auch mal versuchen:

I=U/R ist nur ein Teil der Wahrheit, U=R*I und R=U/I gehören auch dazu. Je nach Aufgabenstellung errechnet man so den Strom, die abfallende Spannung oder den gesuchten (Vor-)Widerstand. Das gilt aber erstmal nur für ohmsche Widerstände ohne Blindanteil.

Bei einer LED muss man aber etwas um die Ecke denken: Bei einer kleinen angelegten Spannung sperrt sie erstmal, es fliest fast kein Strom (und zwar in beiden Richtungen). In Durchlassrichtung geschaltet und bei Erhöhung der angelegten Spannung wird die LED ziemlich plötzlich leitend. Typisch ist dann z.B. ein Strom von 18mA bei 2V an der LED. Eine kleine Erhöhung dieser Spannung hat eine große Stromänderung zur Folge die bis zur Zerstörung der LED führen kann. Deshalb muss man den Strom "begrenzen", aber eigentlich muss man verhindern, dass die Spannung an der LED auf über 2V steigt. Will man die LED an 5V betreiben, muss man irgendwo 3V "verheizen" die bei 18mA am Vorwiderstand abfallen sollen. 3V/0,018A ergibt ca. 167Ohm (bzw. 180 Ohm aus der E12er-Reihe: 3V/180Ohm=17mA).

Dabei stabilisiert dich das dann auf einen "Arbeitspunkt", denn bei kleinerem Strom durch die LED sinkt auch deren Durchlassspannung und die Spannung am Vorwiderstand wird etwas größer. Dies bedingt dann aber wiederrum einen Anstieg des Strom, was auch einen Anstieg der Druchlassspannung verursacht...

Gruß

mic
12.12.2012, 20:56
Testus2K

Okay, hier ist jetzt mein Problem:

Das Beispiel von oben--> 5V Netzteil, 2V 0,02A LED

R=(5V-2V)/0,02A=150Ohm

d.h. hinter dem Widerstand habe ich für die LED 3V und 0,02A

Auf meine Frage wie man Strom UND Spannung hinter einem Widerstand berechnet habt ihr beide nur auf den Strom geantwortet und gesagt:
U/R = I mit U gleich 5V des Netzteils.
Wenn ich jetzt also den eben ausgerechneten Widerstand nehme und das so einsetze, wie ihr das gesagt habt, dann bekomme ich:
I=5V/150Ohm=0,0333...A
Also nicht die 0,02A, die ich eigentlich für meine LED eingesetzt hatte.

Das ist es, was mich hier verwirrt
12.12.2012, 21:24
Dirk

Testus2K:

Zitat:

I=5V/150Ohm=0,0333...A

Warum setzt du da jetzt 5V ein? Am Widerstand fallen doch nur 3V ab.
Das hast du selbst oben (5V-2V) ausgerechnet.
12.12.2012, 21:37
Testus2K

Naja, dass steht doch da. Meine Frage war, wie viel Strom und Spannung ich bekomme, wenn ich einen bestimmten Widerstand einsetze und die Antwort war:
U_Netzteil / R=I

Und ich in meinem Beitrag rechne ich vor, dass das nicht sein kann

Zitat:

Zitat:

Gibt es eine Formel, mit der ich mir ausrechnen kann, wie hoch die Spannung ist und wie viel Strom fließt, wenn ich ein 500Ohm Widerstand an ein 5V Netzteil hänge?

Klar: Das Ohmsche Gesetz: I = U / R
Also: I = 5 / 500 = 0,01 A = 10 mA, d.h. es fließt ein Strom von 10 Milli-Ampere durch den Widerstand und es liegt die Netzteilspannung von 5V an ihm an.
13.12.2012, 06:25
Kampi

Hey,

generell musst du zwei Fälle von Widerstandschaltung beachten....die Reihenschaltung und die Parallelschaltung.
Bei einer Reihenschaltung ist der maximale STROM = Uges / Rges und bei einer Parallelschaltung musst du bei jedem Zweig einzeln den Strom ausrechnen und später zu einem Gesamtstrom zusammenfassen (aber das ist hier nicht wichtig).
Generell gilt das Ohm´sche Gesetz I = U/R IMMER (oft mit anderen Buchstaben).
Auf deinen Fall übertragen bedeutet es, dass du einen gesamt Strom von 20mA benötigst und eine maximale Spannung von 5V hast.
Das heißt wenn du die LED nun als Widerstand betrachtest, benötigst du einen Widerstand von R = 5V/0,02mA = 250 Ohm.
Da du aber einen Halbleiter statt einem Widerstand verbaut hast, musst du die Eigenheit der Halbleiter beachten und den Spannungsabfall von der Diode von der Gesamtspannung abziehen (das ist grundsätzlich bei Halbleitern in Reihenschaltungen so z.B. auch beim Transistor, normale Diode usw.)
Also hast du eine neue Spannung U1 = Uges - Uled. Nehmen wir für Uled (Forward Voltage) 1,2V an und dann hast du eine Spannung von U1 von 1,2V, mit welcher du weiter rechnen kannst.
Ergo rechnest du R = U1/Iges => R = 3,8V/0,02 = 190 Ohm....wenn du also 220 Ohm nimmst bist du sicher.
Alles klar soweit oder noch Fragen?
Hab leider letzte Woche meine Sachen aus der Ausbildung weggeworfen....sonst hätte ich dir was einscannen können :)
13.12.2012, 11:54
Testus2K

Danke für deine mühe, die Unterlagen hätte ich gerne genommen :). Aber die Formel, die du beschreibst steht in fast jedem Beitrag hier, sogar in meinem ersten. Die Frage steht in meinem letzten Beitrag nochmal
13.12.2012, 12:13
Kampi

Hey,

das hast du falsch erkannt. Die 5V Netzteilspannung teilen sich auf und zwar auf die LED und den Widerstand (betrachte die LED einfach als Ohmschen Widerstand, dann hast du eine Reihenschaltung von zwei Widerständen und da teilt sich die Spannung im Verhältnis der Widerstände auf).
Das heißt um den Spannungsabfall am Widerstand (UR) zu berechnen, rechnest du:

UR = I * R

Und dann sollte Uges = UR + ULed gelten.
Mach es dir mal einfach und bau eine Schaltung aus zwei Widerständen in Reihe mit einer festen Spannung auf, mess die Spannung an jedem Widerstand (parallel zum Widerstand messen) und vergleich das Ergebnis mal mit deiner Messung.
Das ist der beste Weg das Ohm´sche Gesetz zu "verstehen".
13.12.2012, 12:23
i_make_it

Liste der Anhänge anzeigen (Anzahl: 1)

1234567890
13.12.2012, 23:25
Testus2K

:) Danke erstmal Leute, dass ihr euch hier so viel mühe gebt, aber wir reden hier irgendwie an dem vorbei, was ich wissen möchte.
Den Dreisatz kann ich und die Formel kenne ich.

Ich Stelle die Frage nochmal anders:

Ich weiß, dass ich mir mit R=(Unetz-Uled)/Iled den passenden Widerstand ausreche...steht ja jetzt auch schon 20 mal hier.

Nehmen wir jetzt aber mal an, dass ich nur ein Netzteil (5V) und einen beliebigen Widerstand habe, sagen wir mal 250Ohm. NICHT mehr!
Wie viel Ampere würde ich dann mit einem Amperemeter angezeigt bekommen, bzw. wie ist die Formel um an diesen Wert zu kommen?

Zwei Leute haben hier geschrieben es wäre dann 5V/250Ohm=I
Ich denke aber, dass das nicht sein kann, siehe Rechnung zwei Beiträge vorher.
13.12.2012, 23:42
oZe

Und zum mitlerweile 100. mal schreiben wir hier das Ohmsche Gesetz auf: I=U/R. Wenn du ein 5V Netzteil hast und dieses mit 250 Ohm belastest folgt genau das was du auch shcon geschrieben hast: 5V/250Ohm= 0,02A. Nicht mehr und nicht weniger. Punkt.
14.12.2012, 00:07
Testus2K

Also suche ich nicht einen Widerstand, der den Strom auf auf den passenden Wert, der bei der LED angegeben ist drückt, sondern ich suche den Widerstand, der in Kombination mit der LED zusammen einen Strom vom passenden Wert erzeugt, richtig?
14.12.2012, 05:21
i_make_it

1234567890
14.12.2012, 06:17
Kampi

Hey,

da es sich bei der LED + Widerstand um die Reihenschaltung zweier Verbraucher handelt, gelten die Gesetzmäßigkeiten einer Reihenschaltung.
Diese besagen das der STROM an jedem Punkt in der Schaltung gleich hoch ist. Dieser Strom wird dann nur noch durch die Spannung und dem Gesamtwiderstand beeinflußt.
Eine LED + Widerstand ist für die ersten Gehversuche eine nicht ganz optimale Wahl. Nimm da lieber zwei Widerstände in Reihe und stell dir dann folgende Fragen:
1. Wie hoch ist der Gesamtstrom?
2. Wie hoch sind die Spannungen am Widerstand?
3. Wie berechne ich das?
Dann fang an los zu rechnen und versuche dir das Ohm´sche Gesetz zu "erarbeiten".
Dann wirst du ganz schnell feststellen, das in einer Reihenschaltung der Strom überall gleich hoch ist und das an den Widerständen eine Spannung abfällt die im selben Verhältnis zur Gesamtspannung steht wie die Widerstände zueinander (dies ist bei einer Parallelschaltung anders, da teilen sich die Ströme ihren Widerständen entsprechend auf).
Zu deinem letzten Post:
Genau so ist es richtig. An einer LED entsteht ein konstanter Spannungsabfall (die Durchlassspannung der LED, dasselbe gilt für Dioden).
Dementsprechend musst du bei der Widerstandsberechnung den Faktor LED mit berücksichtigen und kannst nicht einfach "blind" das Ohm´sche Gesetz anwenden und gut ist (in der Praxis ist es bei diesem Beispiel meistens nicht ganz so schlimm wenn du mit 5V rechntest aber es ist denktechnisch falsch :) ).
14.12.2012, 07:59
wkrug

Ich denke dein Problem ist, das Du nicht verstanden hast, das die LED kein linearer Widerstand ist, sondern ab einer bestimmten Spannung der Widerstand drastisch abnimmt.
Also nimmt man diese Spannung, die an der LED abfällt mal als gegeben hin.
Die restliche Spannung zur Versorgungsspannung muss ja nun am Vorwiderstand abfallen.
Der Strom der sich dann einstellt ist also im wesentlichen von der Spannung am Vorwiderstand und dessen Wert abhängig.

Zu deinem Beispiel:
Die Versorgungsspannung wäre 5V
Die LED hat eine Schwellenspannung von ca. 2V.
Also werden am Widerstand 3V abfallen müssen.
Der gewünschte Strom durch die LED ist 15mA.
Diese 15mA müssen also auch durch den Widerstand fliessen.
Also liegt am Widerstand eine Spannung von 3V an und um einen Strom von 15mA durchzulassen müsste dieser einen Wert von 200Ohm haben.

Ein 200 Ohm Widerstand ist allerdings schwer zu bekommen, also nimmt man den nächst höheren Normwert und der wäre 220Ohm.

Es gibt auch eine grafische Lösungsmöglichkeit über die Kennlinie der Diode und eingezeichnetem Widerstandvektor, bei der die Werte ziemlich genau bestimmt werden können, allerdings haben übliche Widerstände eine Toleranz von 5 bis 10%, zudem haben LED's eine Exemplarstreuung, was das genaue Ergebnis dann wieder relativiert.
14.12.2012, 08:03
oberallgeier

Kampi sorry für meine Ergänzung.

Zitat:

Zitat von Kampi

... LED + Widerstand ... Gesetzmäßigkeiten ... STROM an jedem Punkt ... gleich hoch ...

Kampis schöne Erklärung mit Empfehlung für ein erstes Stromexperiment könnte man ergänzen.

Strom (elektrisch) klingt wie Strom (aus Wasser) - nur dass ein kleiner Wasserstrom Bach genannt wird, in der Elektrik/Elektronik bleibts immer ein Strom. Nehmen wir einen kleinen Wasserstrom, einen Bach. Die Wassermenge, die hier durchfließt ist überall den Bach entlang dieselbe (aber zu unterschiedlichen Zeiten unterschiedlich - Regentage z.B.). Dabei ist es egal ob der Bach an einer Stelle breiter wird und langsamer fließt, an einer andern ganz schmal ist und schnell fließt oder an einer Stelle eine Stufe ist und der Bach als "Guß" schnell einen Meter runterfällt. Die DurchflussMENGE des Wassers pro Zeiteinheit bleibt überall dieselbe (wenn kein zweiter Bach dazukommt). Ist ja klar - das was anfangs reinfließt muss am Ende wieder raus. Ähnlich ist es mit einem Autobahnabschnitt (ohne Raststätte dazwischen) usw usf. Und der Strom (elektrisch) sieht keinen Grund dazu, sich anders zu verhalten. Sprich: in einem Bachlauf - ähhhh - einer Reihenschaltung - ist die Strommenge pro Zeit überall dieselbe. Ne bestimmte Strommenge kann man (sehr vereinfacht) in Anzahl der Elektronen messen und als Ladung bezeichnen, das Ganze dann pro Zeiteinheit ist eine gewisse Amperezahl.

[/Oberlehrermodus]
14.12.2012, 08:28
Kampi

Zitat:

Zitat von oberallgeier

Kampi sorry für meine Ergänzung.Kampis schöne Erklärung mit Empfehlung für ein erstes Stromexperiment könnte man ergänzen.

Strom (elektrisch) klingt wie Strom (aus Wasser) - nur dass ein kleiner Wasserstrom Bach genannt wird, in der Elektrik/Elektronik bleibts immer ein Strom. Nehmen wir einen kleinen Wasserstrom, einen Bach. Die Wassermenge, die hier durchfließt ist überall den Bach entlang dieselbe (aber zu unterschiedlichen Zeiten unterschiedlich - Regentage z.B.). Dabei ist es egal ob der Bach an einer Stelle breiter wird und langsamer fließt, an einer andern ganz schmal ist und schnell fließt oder an einer Stelle eine Stufe ist und der Bach als "Guß" schnell einen Meter runterfällt. Die DurchflussMENGE des Wassers pro Zeiteinheit bleibt überall dieselbe (wenn kein zweiter Bach dazukommt). Ist ja klar - das was anfangs reinfließt muss am Ende wieder raus. Ähnlich ist es mit einem Autobahnabschnitt (ohne Raststätte dazwischen) usw usf. Und der Strom (elektrisch) sieht keinen Grund dazu, sich anders zu verhalten. Sprich: in einem Bachlauf - ähhhh - einer Reihenschaltung - ist die Strommenge pro Zeit überall dieselbe. Ne bestimmte Strommenge kann man (sehr vereinfacht) in Anzahl der Elektronen messen und als Ladung bezeichnen, das Ganze dann pro Zeiteinheit ist eine gewisse Amperezahl.

[/Oberlehrermodus]

Ich hab nichts gegen Ergänzungen :)
Das Übertragen eines Stromkreises auf einen Wasserkreislauf ist wirklich super um das Prinzip zu verdeutlichen (bin da leider nicht selber drauf gekommen ;) ).
Der wirklich einfachste Weg wäre es einfach auszuprobieren.
Elektrotechnik lernst du nicht nur durch Theorie sondern auch durch Versuch und Irrtum.
Wie gesagt....den besten Anfang machst du mit nem Multimeter, einer Hand voll Widerständen und einer Batterie :)
Ich guck morgen früh mal ob ich noch was an Unterlagen aus der Ausbildung bei mir rumliegen habe....die kannst du dann haben (aber ich meine müsste alles weg sein....sicher bin ich mir aber nicht, da bei mir so viele Bücher/Blätter/Blöcke etc. rumliegen das ich nicht mehr weiß was nun zum Studium gehört, was mein privater Kram ist und was aus der Ausbildung ist ^.^)