Warum muss ein Widerstand an der Anode einer LED sein?

Bitte seien Sie freundlich, ich bin ein Elektronik-Nub. Dies bezieht sich darauf, eine LED dazu zu bringen, Photonen zu emittieren.

Nach dem, was ich gelesen habe (Erste Schritte in der Elektronik - Forrest Mims III und Make: Electronics), fließen Elektronen von der negativeren Seite zur positiveren Seite.

In einem Beispielexperiment (mit einer primären Trockenzelle, einem SPDT-Schalter, einem Widerstand und einer LED) heißt es, dass der Widerstand mit der Anode der LED verbunden sein MUSS. Wenn die Elektronen von negativ nach positiv fließen, würde der Elektronenfluss meiner Meinung nach nicht vor dem Widerstand durch die LED laufen; wodurch der Widerstand sinnlos wird?

Während Elektronen von negativ nach positiv fließen, ist es normalerweise besser, einfach mit der Konvention zu spielen, dass Strom von positiv nach negativ fließt, damit Sie niemanden verwirren, wenn Sie darüber sprechen.

Antworten (9)

Der Widerstand kann sich auf beiden Seiten der LED befinden, muss aber vorhanden sein. Wenn zwei oder mehr Komponenten in Reihe geschaltet sind, ist der Strom durch alle gleich, und daher spielt es keine Rolle, in welcher Reihenfolge sie sich befinden. Ich denke, die Art und Weise zu lesen, dass "der Widerstand mit der Anode verbunden sein muss" als "Der Widerstand kann nicht aus der Schaltung weggelassen werden."

Oder einfacher, es heißt "der Widerstand muss an die Anode angeschlossen werden", nicht "der Widerstand muss an die Anode angeschlossen werden ".
Ist es richtig, dass der Strom bei 0 A beginnt und ansteigt, bis er im Grunde die Grenze des verfügbaren Durchgangs erreicht? Denn sonst wäre die Reihenfolge, in der Sie die Komponenten platzieren, sicherlich von Bedeutung, oder? Nur zur Info, ich bin ein absoluter Anfänger in Sachen Elektronik.
Wir können Schaltungen mit Gleichungen gut genug beschreiben (mit Annäherungen an "konzentrierte Elemente", die nach einem Punkt zusammenbrechen), indem wir Regeln wie das Ohmsche Gesetz und die Kirchhoffschen Gesetze verwenden. Dann können wir die Gleichungen lösen und die Spannungen über den Komponenten und die Ströme in den Schleifen finden. Klingt, als würden Sie philosophisches Territorium betreten und fragen: "Woher weiß der Widerstand das? Was ist der Mechanismus?" Physikalische Systeme können zur Lösung der Gleichungen kommen, und zwar ohne Taschenrechner. Wie? Ich bin ein Bastler, also kann ich nicht sagen, was einem Elektron durch den Kopf geht. Vielleicht kann das ein Physiker.
@xorinzor Nicht genau: Elektronen bewegen sich ungefähr mit Lichtgeschwindigkeit, daher gibt es nicht genau eine "Beschleunigungs" - oder "Aufwärm" -Zeit. Es ist mehr oder weniger sofort 0 bis "voll" (was auch immer voll ist). Davon abgesehen, egal was passiert , wenn Strom durch zwei oder mehr in Reihe geschaltete Elemente fließt, dann ist dieser Strom für alle Elemente in diesem Stromkreis der gleiche Wert .
@JohnDoe Elektronen bewegen sich nicht annähernd mit Lichtgeschwindigkeit, sondern bewegen sich in einem eher gemächlichen Tempo, das als Driftgeschwindigkeit bezeichnet wird. Elektromagnetische Wellen (die Spannungs- und Strominformationen durch einen Stromkreis transportieren) bewegen sich jedoch tatsächlich mit Lichtgeschwindigkeit.
@ pr871 Elektromagnetische Wellen bewegen sich auch nicht mit Lichtgeschwindigkeit. Sie bewegen sich beispielsweise in einem Koaxialkabel mit etwa 2/3 c.

Nein, es würde den Widerstand nicht sinnlos machen. Stellen Sie sich vor, der Widerstand wäre so groß, dass er den Elektronenfluss vollständig verhindert. Ist es egal, auf welcher Seite der LED sie leuchtet? In jedem Fall unterbricht es den Stromkreis und verhindert, dass Strom fließt.

Denken Sie nicht an einzelne Partikel, die durch den Kreislauf wandern. Die geladenen Teilchen werden von der LED nicht „verbraucht“. Sie gehen hindurch, und ihre Bewegung trägt Energie von einem Ort zum anderen.

Stellen Sie sich alle Partikel vor, die sich an allen Punkten des Kreislaufs gleichzeitig bewegen, wie ein Riemen oder eine Kette. Wenn Sie die Kette an einem Punkt verlangsamen, verlangsamt sie sich auch an jedem anderen Punkt, da die Glieder gegeneinander drücken und ziehen.

Ich habe als Kind Erste Schritte in der Elektronik gelesen, und ich denke, es vermittelt Ideen wie diese schlecht. Ich musste alles im College verlernen und kann es nicht empfehlen. Versuchen Sie stattdessen Folgendes:

Probieren Sie diese Schaltung aus . Wenn Sie den Widerstand einstellen, verlangsamt es nur die Ladungen vor dem Widerstand oder ändert es die Geschwindigkeit aller Ladungen im gesamten Stromkreis?

Ich liebe die „Kette“ oder „Glieder“-Analogie. Mir wurden andere Analogien gesagt, aber keine ist so gut wie diese.
Eine Handkurbel an einem Ende einer Kette und eine Last am anderen Ende. Wenn Sie es drehen, bewegt sich die gesamte Kette, aber sie wird nicht verbraucht. Durch das Aneinanderziehen der Kettenglieder wird Energie übertragen, und diese Zugbewegung geht sehr schnell von der Quelle zur Last, auch wenn sich die Kettenglieder selbst langsam bewegen. Der einzige Nachteil der Analogie ist, dass die Verbindungen nur ziehen, sie drücken nicht auf die andere Hälfte der Schaltung. Mit Wasser gefüllte Rohre funktionieren etwas besser.
Ich habe einige mit Wasser gefüllte Rohre verwendet, aber in dieser Analogie finde ich, dass die Leute dazu neigen, an das Wasser zu denken, das "verschwindet", sobald es am Ende herauskommt. Vermutlich hängt es davon ab, mit wem Sie sprechen und was Sie zu erklären versuchen, was am besten funktioniert.
Eine Rohrschlaufe , vollständig mit Wasser gefüllt, ohne Auslässe. Eine Steckdose wäre wie eine elektrische Ladung, die aus dem Ende eines Drahtes herausspritzt, was sie nicht tut. Wird das Rohr durchtrennt, bildet es sofort Kappen, die das Austreten des Wassers verhindern. :) Wenn Sie Wasser an einer Stelle in die Schleife pumpen, drückt und zieht es und bewirkt, dass das Wasser im gesamten Rohr mit der gleichen Geschwindigkeit eine Schleife bildet. Bewegt man ihn mit einem Kolben hin und her, breitet sich die Energie in Wellen mit Schallgeschwindigkeit im Wasser aus, während sich das Wasser selbst langsam bewegt.
Dieses Circuit Simulator-Applet ist großartig ... habe jetzt 30 Minuten damit gespielt. :)
Tut mir leid, dass ich eine Frage zu einem so alten Beitrag stelle, aber irgendetwas lässt mich nicht schlafen. Ich verstehe die Kettenanalogie, aber ich würde es wahr machen, dass der allererste sehr hohe Stromstoß die LED immer noch zerstören könnte, wenn sie groß genug ist, nicht wahr?
@ Hannibal: Warum sollte es einen anfänglichen Stromstoß geben? Stellen Sie sich vor, Sie betätigen leicht die Bremse an einem Fahrradrad und beginnen dann zu treten. Gibt es an irgendeiner Stelle einen plötzlichen Geschwindigkeitsschub in der Kette?
@endolith Ahhh das macht eigentlich absolut Sinn. Ich dachte, es würde einen riesigen anfänglichen Energieschub geben, aber wenn ich noch etwas darüber nachdenke, ergibt das vollkommen Sinn. Danke für die Antwort und die Aufklärung für mich!!!!!! (Gib mir fünf)
@Hannibal hat eine interessante Frage, die einen möglichen Fehler in der Wasserleitungsanalogie aufzeigt, da wir daran denken, dass die Rohre leer beginnen und sich dann mit Wasser füllen, wenn der Kreislauf geschlossen ist. Dies scheint auf einen anfänglichen Ausbruch von Elektrizitätselektronen hinzudeuten. Ich denke, die Wahrheit ist, dass das Wasser bereits in den Rohren ist und sich nur nicht bewegt, weil sich bereits Elektronen im Draht befinden - Sie können nicht weniger Elektronen im Draht haben, da dies die molekulare Zusammensetzung des Materials verändern würde (glaube ich )
@TomAuger Ich sagte, das Rohr ist vollständig mit Wasser gefüllt
@endolith ja hast du.
Hmm. Wenn wir die LED durch einen Kondensator ersetzen, macht es immer noch einen Unterschied und würde die Kettenglied-Analogie immer noch funktionieren?
@ user148298 Das Wasseranalog funktioniert immer noch, wobei der Kondensator durch einen Tank dargestellt wird, der durch eine Gummiplatte in zwei Hälften geteilt ist. Ich bin mir nicht sicher, was die Kettengliedanalogie eines Kondensators wäre. Vielleicht ein Zahnrad, das eine Feder aufzieht oder so.
@ user148298 Ja, eigentlich macht ein Zahnrad, das eine Feder aufzieht, Sinn. Wenn Sie die Kurbel drehen, wird sie immer schwerer zu drehen, weil die Feder fest aufgezogen wird. Irgendwann wird der Druck Ihres Arms (Quellenspannung) durch den Druck der Feder ausgeglichen und Sie können die Kette nicht mehr drehen. Der Kondensator ist voll aufgeladen.
@endolith - Das ist interessant. Vielleicht müssen wir den Federmechanismus definieren. Eine Torsionsfeder würde eine Kraft in die entgegengesetzte Richtung ausüben, und Sie müssen weiterhin Kraft aufbringen, um das Gleichgewicht aufrechtzuerhalten. Im Fall von Strom steigt die Spannung von der Quelle nicht an, sobald der Kondensator voll ist. Darüber hinaus führt der Kondensator nach dem Trennen der Quelle immer noch Strom. Wenn Sie eine Kette brechen, entlädt die Feder die Energie und bewirkt, dass die Kette Ihnen einen guten Hintern gibt. Vielleicht kann eine Ratschenfeder mit einer Begrenzung die Arbeit erledigen.
@ user148298 "würde Kraft in die entgegengesetzte Richtung anwenden und Sie müssen weiterhin Kraft anwenden, um das Gleichgewicht aufrechtzuerhalten" Ja, die Spannung ("Kraft") der Quelle und die Spannung des Kondensators sind gleich, sodass kein Strom mehr fließt. Unterbrochene Stromkreise unterbrechen normalerweise die Analogie. Um beispielsweise einen Wasserkreislauf zu unterbrechen, müssen sich die Rohre sofort auf magische Weise verschließen.

Unabhängig davon, auf welcher Seite der Widerstand platziert ist, begrenzt er die Strommenge, die durch die LED fließt. Es ist normalerweise viel einfacher, nicht darüber nachzudenken, was die Elektronen tun, und stattdessen nur im Sinne von Widerstand, Strom, Spannung und manchmal Leistung darüber nachzudenken.

Wenn Sie im Fall einer LED eine Konstantspannungsquelle über die LED anschließen, verhält sich die LED wie ein Widerstand von fast 0, was auf V = IR (oder V / R = I) basiert und zu einem sehr großen Strom führt , wodurch die LED "knallt".

Sie müssen einen Widerstand anschließen, um den Strom einzustellen, den Ihre LED erwartet.

Der Widerstand muss nicht auf der Anodenseite sein, aber er muss dort sein (es sei denn, die Spannung der Stromversorgung ist gleich oder kleiner als der Spannungsabfall der LED.)

Wenn Sie eine 9-Volt-Stromquelle und eine LED haben, die 2 Volt abfällt, müssen die anderen 7 Volt schließlich irgendwo abfallen.

Eine LED benötigt weder auf der Anodenseite noch auf der Kathodenseite einen Widerstand. Irgendwie ist eine Strombegrenzung erforderlich, und ein Widerstand ist eine Möglichkeit, dies zu tun.

Weitere Möglichkeiten zur Strombegrenzung:

  • Verwenden Sie eine Stromquelle anstelle einer Spannungsquelle
  • Stellen Sie die Spannungsquelle sehr nahe an die Durchlassspannung der LED und verlassen Sie sich auf den Eigenwiderstand der LED, um den Strom auf ein sicheres Niveau zu begrenzen
  • Stellen Sie das Tastverhältnis der Spannung so ein, dass die LED niemals eine zerstörerische Wärmemenge abgeben muss

Dies sind komplexe Lösungen für das Strombegrenzungsproblem. Der Vorwiderstand ist meist (aber nicht immer) die bessere Lösung.

Schauen Sie sich das Buch Forrest Mims III noch einmal an. Es wird nicht behauptet, dass Widerstände auf der Anode sein müssen, und es gibt Beispiele, wo sie sich auf der Kathode befinden. In meiner Ausgabe von 1988 des Buches wird der Serienschutz für LEDs auf S. 69 vorgestellt:

LED-ANTRIEBSSCHALTUNG - Da LEDs stromabhängig sind, ist es normalerweise notwendig, sie mit einem Vorwiderstand vor übermäßigem Strom zu schützen. Einige LEDs enthalten einen eingebauten Vorwiderstand. Die meisten nicht .

Anschließend wird eine Formel zur Berechnung des Widerstands aus der Versorgungsspannung und dem Durchlassstrom der LED angegeben. Das beigefügte Diagramm zeigt den Widerstand an der Anode, ohne zu erklären, dass die Wahl willkürlich ist.

Auf der gleichen Seite wird jedoch ein "LED-Polaritätsanzeiger" vorgestellt, bei dem sich zwei Rücken-an-Rücken-LEDs einen Widerstand teilen, der sich notwendigerweise auf der Anode der einen und der Kathode der anderen befindet. Beim "Tri-State Polarity Indicator" liegt der Begrenzungswiderstand ebenfalls auf der Versorgungsseite und nicht auf der Masseseite.

In gewisser Weise ist es normalerweise schöner (wenn es eine Wahl gibt), wenn das wichtige Gerät mit Masse verbunden ist und die umgebenden Utensilien wie Vorspannungswiderstände auf der Versorgungsseite sind.

In Hochspannungsschaltkreisen ist die Wahl zwischen versorgungsseitiger oder masseseitiger Last aus sicherheitstechnischer Sicht von Bedeutung. Sollten Sie zum Beispiel den Lichtschalter auf der heißen Seite der Lampe oder auf der neutralen Seite platzieren? Wenn Sie den Schalter so verdrahten, dass das Licht durch Unterbrechen des Neutralleiters ausgeschaltet wird, bedeutet dies, dass die Glühbirnenfassung dauerhaft an heiß angeschlossen ist! Das heißt, wenn jemand vor dem Lampenwechsel den Schalter ausschaltet, ist das eigentlich nicht sicherer; Das Hauptpanel muss verwendet werden, um die heiße Verbindung zur Steckdose tatsächlich zu unterbrechen. In einem Batterieschaltkreis gibt es keine Sicherheitserde: Der Minuspol wird willkürlich als gemeinsame Rückleitung bezeichnet, und das Wort "Masse" wird für diese gemeinsame verwendet.

Ob ein Lastgerät masseseitig oder versorgungsseitig ist, macht auch einen Unterschied, wenn die Spannung von dem Gerät zu einem anderen Stromkreis übertragen wird, wo es für einen bestimmten Zweck verwendet wird. Eine 1,2-V-LED, deren Anode an 5 V angeschlossen ist, liefert einen 3,8-V-Messwert von der Kathode, wenn Strom fließt. Wenn die Kathode stattdessen geerdet ist, liefert die Anode einen Messwert von 1,2 V. Die Platzierung des Widerstands spielt also nur dann keine Rolle, wenn in der Schaltung keine solche Situation besteht: Es gibt keine dritte Verbindung zum Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand und der LED, die sich auf eine andere Schaltung auswirkt.

Wenn die Überwachung des Stroms durch die LED für Sie wichtig ist, setzen Sie den Widerstand auf die niedrige Seite. So wird es einfacher, den Strom an jeder LED zu messen. Mit "einfacher" meine ich, dass Sie eine Sonde des Voltmeters an GND befestigen und die andere nur zum Lesen der Spannungen an den Widerständen verwenden. Der Strom durch die LED ist also:

ich L E D = v R R ich L E D : Der Strom durch die LED v R : Die Spannung am Widerstand R : Widerstandsreihe mit der LED

Wenn Sie die Spannungen an den LEDs überwachen möchten, sollten Sie die LEDs an die niedrige Seite anschließen. Sie können also die Spannungen ablesen, indem Sie eine der Sonden an GND befestigen.

Wenn Sie sich nicht um die Spannungen oder Ströme an / durch die LEDs kümmern (z. B. wenn Sie mit einer digitalen Schaltung arbeiten oder die LED nur eine Anzeige ist), spielt es keine Rolle, auf welcher Seite Sie die LEDs und die anschließen Widerstände.

Funktional ist es egal. Die Elemente (LED und Lastwiderstand) sind in Reihe geschaltet, sodass der durch sie fließende Strom unabhängig von der Reihenfolge, in der sie angeschlossen sind, gleich ist.

Wenn die LED auf der niedrigen Seite angesteuert wird, bevorzuge ich es jedoch, den Lastwiderstand von VDD auf die LED-Anode zu legen. Grund? Auf diese Weise angeschlossen, wenn an der Anode ein Kurzschluss zu GND besteht (z. B. von einer fehlerhaften Oszilloskopsonde), wird die LED nicht ausgeschaltet. Umgekehrt, wenn die LED-Anode mit VDD und der Lastwiderstand mit der Kathode verbunden ist, wird durch Kurzschließen der LED-Kathode die volle Versorgung über die LED gelegt, was ein nettes Knallgeräusch erzeugt ...

es muss nicht auf welcher Seite Anode oder Kathode sein, da es keine Polarität hat. Aber ich mache es auf einer Anodenseite für eine einzelne LED und einer Kathodenseite auf einer Reihen-LED. parallele Verbindungen auf der Kathodenseite.

Es liegt nicht daran, dass es keine Polarität hat. Eine weitere Diode hat Polarität und kann auch auf beiden Seiten platziert werden. Und parallele Verbindungen auf der Kathodenseite sind auch nicht korrekt: Wieder sind beide Seiten in Ordnung.
Warum muss ein Widerstand an der Anode einer LED sein?
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 11v