Leuchtdioden lösen in vielen Bereichen die Glühlampen als Lichtquellen ab, da ihre Lichtausbeute deutlich höher ist als die von Glühlampen. Von einer Leuchtdiode weiß man, dass im Betriebszustand der durch sie fließende Strom maximal \(I_{\rm{max}}=30\,\rm{mA}\) sein darf. In diesem Fall liegt an der Leuchtdiode die Spannung \(U_{\rm{diode}}=1{,}5\,\rm{V}\). Die Leuchtdiode soll nun an eine Gleichspannungsquelle von \(U_{\rm{batt}}=6{,}0\,\rm{V}\) angeschlossen werden.
a)
Erläutere, wie du mit einem Widerstand geeigneter Größe dafür sorgen kannst, dass die Leuchtdiode nicht zerstört wird. Erstelle auch eine passende Schaltskizze.
b)
Berechne die Größe des Widerstand \(R\), den du dazu in den Stromkreis einbauen musst.
Man schaltet vor die Leuchtdiode einen ohmschen Widerstand in Reihe, an dem die "überschüssige" Spannung vom Betrag \(U_{\rm{batt}}-U_{\rm{diode}}\) abfällt.
b)
Im Fall des Maximalstroms muss am Widerstand die Spannung UR abfallen:\[{U_R} = {U_{batt}} - {U_{diode}}\quad \Rightarrow \quad {U_R} = 6,0\,{\rm{V}} - 1{,}5{\rm{V}} = 4{,}5\,{\rm{V}}\]Aus dem Maximalstrom und UR kann R berechnet werden:\[R = \frac{{{U_R}}}{{{I_{\max }}}}\quad \Rightarrow \quad R = \frac{{4{,}5}}{{30 \cdot {{10}^{ - 3}}}}\frac{{\rm{V}}}{{\rm{A}}} = 1{,}5 \cdot {10^2}\Omega \]Du benötigst also einen Vorwiderstand von ca. 150 Ω.
