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Aufgabe

Vorwiderstand bei Leuchtdioden

Schwierigkeitsgrad: leichte Aufgabe

Leuchtdioden sind Halbleiterbauelemente, die ab einer richtig gepolten Spannung von ca. \(0{,}7\,\rm{V}\) Licht emittieren.

a)
Joachim Herz Stiftung
Abb. 1 Kennlinie einer LED

Das Diagramm in Abb. 1 stellt die Kennlinie einer Leuchtdiode dar.

Beschreibe den Widerstandsverlauf der Leuchtdiode in Abhängigkeit von der angelegten Spannung.

b)
Joachim Herz Stiftung
Abb. 2 Beschaltung einer LED mit Vorwiderstand

Der Strom durch eine unbekannte Leuchtdiode soll \(20\,\rm{mA}\) keinesfalls überschreiten. Zum Schutz der Diode schaltest du einen Widerstand vor die Diode (Vorwiderstand \(R_{\rm{V}}\)).

Bestimme die Größe des Vorwiderstandes um den Stromfluss ganz sicher unter \(20\,\rm{mA}\) zu halten, wenn die verwendete Quelle eine Spannung von \(6{,}0\,\rm{V}\) besitzt.

Hinweis: Da du ganz sicher gehen sollst und dir die Diode unbekannt ist, kannst du den Widerstand der Diode selbst vernachlässigen.

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a)

Zunächst fließt kein Strom durch die Leuchdiode, weshalb ihr Widerstand sehr groß sein muss.

Erhöht sich die Spannung über den Schwellenwert \(0{,}7\,\rm{V}\), steigt der Strom sehr schnell an, der Widerstand muss sich also rapide verringern.

b)

Es gilt das OHMsche Gesetz\[U = R_{\rm{V}} \cdot I \]Der Strom soll die Stärke von \(20\,\rm{mA}\) keinesfalls überschreiten. Deshalb muss gelten\[I = \frac{U}{R_{\rm{V}}} \le 20\,\rm{mA} \Rightarrow R_{\rm{V}} \ge \frac{U}{20\,\rm{mA}} = \frac{6{,}0\,\rm{V}}{20\cdot 10^{-3}\,\rm{A}} = 300\,\Omega\]

Grundwissen zu dieser Aufgabe

Elektrizitätslehre

Komplexere Schaltkreise

Elektronik

Halbleiterdiode