LED-Vorwiderstandsrechner
Berechnen Sie den Vorwiderstand, der für den sicheren Betrieb einer LED benötigt wird. Geben Sie die Versorgungsspannung, die Durchlassspannung der LED und den gewünschten Strom ein, um den Widerstandswert in Ohm zu erhalten.
Widerstandswert zur LED-Strombegrenzung
Formel für den LED-Vorwiderstand
Wobei gilt:
- \(R\) — Vorwiderstand (Ω)
- \(V_s\) — Versorgungsspannung (V)
- \(V_f\) — Durchlassspannung der LED (V)
- \(I\) — gewünschter Strom durch die LED (A)
Dies ist das Ohmsche Gesetz, angewandt auf die Spannung, die der Widerstand abfallen lassen muss: die Versorgungsspannung minus der Durchlassspannung der LED, geteilt durch den Strom, der durch die Schaltung fließen soll.
LED-Vorwiderstand – Rechenbeispiel
Beispiel: Sie möchten eine rote LED mit einer Durchlassspannung von 2 V aus einer 5-V-Versorgung mit einem Strom von 20 mA (0,02 A) betreiben.
\[ R = \frac{V_s - V_f}{I} = \frac{5 - 2}{0.02} = \frac{3}{0.02} = 150~\Omega \]
Ergebnis: Ein Vorwiderstand von 150 Ω begrenzt den Strom auf 20 mA. Der nächstliegende Normwert ist 150 Ω (E12-Reihe); falls nicht verfügbar, verwenden Sie sicherheitshalber 160 Ω oder 180 Ω.
So verwenden Sie den Rechner
- Geben Sie Ihre Versorgungsspannung in Volt ein — zum Beispiel 5 für eine USB-Stromquelle oder 3,3 für einen GPIO-Pin eines Mikrocontrollers.
- Geben Sie die Durchlassspannung der LED in Volt ein. Schauen Sie im Datenblatt der LED nach; typische Werte sind etwa 2 V für Rot, 3,2 V für Blau und Weiß.
- Geben Sie den LED-Strom in Ampere ein. Eine übliche Wahl ist 0,02 A (20 mA); für Anzeige-LEDs reichen oft 0,005–0,01 A.
- Lesen Sie den Widerstandswert in Ohm ab und wählen Sie dann den nächstliegenden Normwert (Aufrunden ist sicherer als Abrunden).
Was ist ein Vorwiderstand für eine LED?
Eine LED ist eine Diode, kein Widerstand. Sobald die anliegende Spannung ihre Durchlassspannung überschreitet, steigt ihr Strom extrem steil an — eine kleine Spannungserhöhung bewirkt eine enorme Stromerhöhung. Ohne eine Strombegrenzung zieht eine direkt an eine Spannungsquelle angeschlossene LED weit mehr Strom, als sie verträgt, und brennt innerhalb von Sekunden durch.
Ein in Reihe zur LED geschalteter Widerstand löst dieses Problem. Er nimmt die überschüssige Spannung auf (die Versorgungsspannung minus der Durchlassspannung der LED) und legt nach dem Ohmschen Gesetz den Strom auf einen sicheren, vorhersagbaren Wert fest. Dies ist die einfachste und häufigste Art, eine LED zu betreiben — vom Steckbrett-Prototyp bis zur Serienschaltung in der Produktion.
Das Ergebnis des Rechners liefert Ihnen den exakten Widerstandswert für Ihren Zielstrom. Ein höherer Widerstand ergibt eine dunklere LED und geringere Verlustleistung; ein niedrigerer Widerstand ergibt eine hellere LED, birgt aber das Risiko, ihren maximalen Strom (typischerweise 20–30 mA bei Standard-5-mm-LEDs) zu überschreiten.
Wenn der Rechner einen Fehler anzeigt, prüfen Sie Ihre Eingaben: Die Versorgungsspannung muss größer als die Durchlassspannung der LED sein, und der Strom muss positiv sein. Eine blaue LED (\(V_f \approx 3.2\) V) lässt sich beispielsweise nicht ohne Aufwärtswandler aus einer einzelnen 1,5-V-Batterie betreiben.
Praktische Hinweise und Grenzen
- Auf einen Normwert aufrunden. Widerstände gibt es in genormten Reihen (E12, E24). Bei einem berechneten Wert von 143 Ω verwenden Sie 150 Ω statt 120 Ω — etwas weniger Strom ist immer sicherer.
- Prüfen Sie die Belastbarkeit des Widerstands. Die umgesetzte Leistung beträgt \(P = (V_s - V_f) \times I\). Im obigen Beispiel ist \(P = 3 \times 0.02 = 0.06\) W, was problemlos in einen Standardwiderstand mit 0,25 W passt. Bei Hochstrom-LEDs verwenden Sie einen ausreichend belastbaren Widerstand oder besser eine Konstantstromquelle.
- Die Durchlassspannung schwankt. Die Werte in Datenblättern sind typische Angaben; die tatsächliche Durchlassspannung ändert sich mit Strom, Temperatur und Fertigungstoleranzen. Rechnen Sie mit gewissen Helligkeitsunterschieden zwischen einzelnen LEDs.
- Mehrere LEDs: Reihengeschaltete LEDs führen denselben Strom; ziehen Sie daher die Summe ihrer Durchlassspannungen von der Versorgungsspannung ab. Parallelegeschaltete LEDs benötigen jeweils einen eigenen Vorwiderstand — ein gemeinsamer Widerstand führt zu einer ungleichmäßigen Stromverteilung.
- Hochleistungs-LEDs (1 W und mehr) sollten nicht mit einem einfachen Widerstand betrieben werden; verwenden Sie für Effizienz und Sicherheit eine spezielle Konstantstromquelle.
Für Strombegrenzungsberechnungen mit anderen Bauteilen siehe unseren Z-Dioden-Widerstandsrechner. Wenn Sie Widerstände kombinieren, um den benötigten Wert zu erreichen, helfen Ihnen unser Rechner für Parallelschaltung von Widerständen und die Reihenformeln auf der Seite Reihenschaltung von Spulen; der Drahtquerschnittsrechner ist nützlich, um die stromführenden Leitungen richtig zu dimensionieren.
Häufig gestellte Fragen
Welche Durchlassspannungen sind für die verschiedenen LED-Farben typisch?
Typische Werte sind: Rot 1,8–2,2 V, Gelb und Amber 2,0–2,2 V, Grün 2,0–3,2 V, Blau 3,0–3,4 V, Weiß 3,0–3,4 V und Infrarot 1,2–1,5 V. Der genaue Wert hängt von der Chemie der LED und dem Strom ab; schauen Sie daher bei hohen Genauigkeitsanforderungen immer ins Datenblatt. Wenn Sie die Durchlassspannung nicht kennen, liefert die Mitte des jeweiligen Bereichs für den Hobbyeinsatz eine sichere Schätzung.
Wie rechne ich Milliampere in Ampere für das Stromfeld um?
Teilen Sie Milliampere durch 1000. LEDs werden meist in mA angegeben, aber die Formel benötigt Ampere: 20 mA = 0,02 A, 10 mA = 0,01 A, 5 mA = 0,005 A. Wenn Sie die Umrechnung vergessen und 20 statt 0,02 eingeben, liefert der Rechner einen 1000-mal zu kleinen Widerstandswert, und die LED würde sofort durchbrennen. Als schnelle Plausibilitätsprüfung: Typische Ergebnisse für kleine LEDs liegen zwischen 100 Ω und 1 kΩ.
Darf ich eine LED ohne Widerstand anschließen, wenn die Versorgungsspannung der Durchlassspannung entspricht?
Davon wird dringend abgeraten. Eine „3-V“-Versorgung (etwa zwei AA-Zellen) ist nicht geregelt, und die Durchlassspannung einer LED sinkt beim Erwärmen, wodurch der Strom ansteigt — ein lawinenartiger Effekt, der die LED oder die Treiberschaltung zerstören kann. Die eine übliche Ausnahme ist eine 3-V-Knopfzelle (CR2032), deren hoher Innenwiderstand den Strom auf natürliche Weise begrenzt. Bei jeder anderen Quelle sollten Sie einen Widerstand vorsehen oder eine Konstantstromquelle verwenden.
Spielt es eine Rolle, ob der Widerstand vor oder nach der LED kommt?
Nein. In einer Reihenschaltung fließt durch jedes Bauteil derselbe Strom, daher begrenzt der Widerstand die LED genauso gut, egal ob er an der Anoden- (Plus-) oder der Kathodenseite (Minus) angeschlossen ist. Wichtig ist hingegen die Polaritytät der LED: Die Anode muss zur positiven Versorgung und die Kathode (die Seite mit der flachen Stelle oder dem kürzeren Anschluss) Richtung Masse zeigen, sonst bleibt die LED einfach dunkel.
Welche Belastbarkeit muss der Widerstand haben?
Berechnen Sie die umgesetzte Leistung mit \( P = (V_s - V_f) \times I \) und wählen Sie dann eine Belastbarkeit von mindestens dem Doppelten für einen kühlen, zuverlässigen Betrieb. Für eine rote LED an 5 V mit 20 mA: \( P = 3 \times 0.02 = 0.06 \) W — ein Standardwiderstand mit 0,25 W ist also mehr als ausreichend. Die Ausnahme ist der Betrieb von LEDs an 12 V oder 24 V: Eine einzelne weiße LED an 24 V mit 20 mA setzt im Widerstand über 0,4 W um, wofür ein 1-W-Bauteil oder besser nötig ist.
Darf ich einen größeren Widerstandswert als berechnet verwenden?
Ja, das ist immer sicher. Ein höherer Widerstand bedeutet einfach weniger Strom: Die LED wird dunkler, nimmt aber niemals Schaden. Verdoppeln des Widerstands halbiert den Strom. Das ist oft sogar erwünscht — viele Anzeige-LEDs leuchten bei 2–5 mA genauso hell wie bei 20 mA, was Strom spart. Riskant ist es, unter den berechneten Wert zu gehen, da dann der maximale Strom der LED (typischerweise 20–30 mA bei Standard-5-mm-LEDs) überschritten werden kann.
Wie berechne ich den Widerstand für mehrere LEDs gleichzeitig?
Bei reihengeschalteten LEDs addieren Sie alle Durchlassspannungen und verwenden die Summe: \( R = (V_s - n \times V_f) / I \). Drei rote LEDs (je 2 V) an 12 V mit 20 mA benötigen \( R = (12 - 6)/0.02 = 300 \Omega \). Stellen Sie sicher, dass die Versorgungsspannung die Summe der Durchlassspannungen übersteigt. Bei parallelegeschalteten LEDs erhält jede LED ihren eigenen Widerstand — ein einzelner gemeinsamer Widerstand führt durch kleine Unterschiede in den Durchlassspannungen dazu, dass sich der Strom in einer LED staut.