LED

Abkürzung für Light Emitting Diode, deutsch: Licht aussendende Diode, Leuchtdiode.

Eine LED ist ein Halbleiter-Bauteil, das durch fließenden Strom Licht aussendet. Der Strom muss dabei, wie bei einer normalen Diode, korrekt gepolt sein. Er fließt immer von der Anode zur Kathode (Durchlassrichtung).

Die Kathode der Leuchtdiode ist meist markiert:

  • Bei größeren, runden Bauformen (ab 3 mm) durch eine Abflachung am Gehäuse;
  • Bei größeren Bauformen mit Drähten durch den kürzeren Draht;
  • Bei kleinen Bauformen durch eine Abschrägung, einen Punkt, einen Strich oder eine sonstige Markierung.

LEDs ersetzen zunehmend Glühlampen, besitzen aber einige Besonderheiten, die ihre Verwendung anfangs erschwert. LEDs dürfen niemals direkt an einer modellbahntypischen Spannung betrieben werden, sondern benötigen mindestens einen Vorwiderstand und oft weitere Vorkehrungen.

Eine besondere Eigenart von Leuchtdioden ist, dass sie zunächst eine vorgegebene Stromstärke (meist 0,02A) erfordern, woraufhin sich dann eine spezifische Spannung an der Diode einstellt. Vereinfacht ausgedrückt: LEDs einer Serie können mit unterschiedlichen Farben leuchten und werden üblicherweise mit demselben Strom betrieben (z.B. 0,02A / 20mA) – es liegt dann aber eine sehr unterschiedliche (typische) Spannung an der Leuchtdiode an. Diese Spannung ist dem jeweiligen Datenblatt zu entnehmen (~ 2 … 4 Volt)

Idealerweise werden Leuchtdioden daher an KonstantSTROMquellen betrieben und nicht an KonstantSPANNUNGsquellen. Konstantstromquellen sind allerdings etwas teurer, daher wird oft zur kostengünstigeren Lösung mit Vorwiderstand gegriffen. Dann muss allerdings der nötige Widerstand (pro LED-Farbe eines Typs) errechnet werden.

Beim Betrieb ist zusätzlich zu beachten, dass Leuchtdioden meist sehr empfindlich auf eine Verpolung mit zu hoher Spannung reagieren. Meist liegt der Grenzwert für den falsch gepolten Anschluss bei etwa 5 Volt. Deshalb erfordert der sichere Betrieb von Leuchtdioden auch noch eine in Reihe geschaltete Sperrdiode, die genau dies verhindert.

Prinzipschaltung 1 LED an Zubehörspannung der ModellbahnPrinzipschaltung zum Anschluss 1 Leuchtdiode an die Zubehörspannung der Modellbahn. Diese Schaltung eignet sich sowohl für den Betrieb an Gleichspannunng als auch an Wechselspannung. An Wechselspannung flackern LEDs allerdings sichtbar.

D1 dient als Verpolungsschutz (Spannungsabfall ca. 0,6V), R1 begrenzt den Strom.

Der notwendige Widerstandswert errechnet sich bei einer Zubehörspannung von 16V Gleichspannung und einem Nennstrom der LED von 0,02A (20 mA) für eine rote LED mit 2,4V Betriebsspannung so:
R = (16V – 0,6V – 2,4V) / 0,02 = 650 Ω.
Es muss immer der nächstgrößere Normwert gewählt werden, in diesem Fall also 680 Ω. Als Resultat fließt dann ein Strom von ca. 19 mA durch die LED. Berechnung:
I = (16V – 0,6V – 2,4V) / 680 Ω = 0,019 A (19,1 mA).

Der Widerstandswert kann durchaus auch etwas höher gewählt werden, auch bei einem Strom von 15 mA leuchten die LEDs noch ausreichend hell.

Bitte beachten Sie, dass bei Betrieb an 16V Wechselspannung der Spitzenwert um das ca. 1,41-fache höher ist. Die Berechnung ist dann:
R = ( (16V*1,41) – 0,6V – 2,4V) / 0,02 = 978 Ω.
Es muss immer der nächstgrößere Normwert gewählt werden, in diesem Fall also 1.000 Ω.

Bei der Wahl des korrekten Bauteils ist auch die am Widerstand abfallende Verlustleistung zu beachten, was häufig vergessen wird. Die Leistung errechnet sich mit der Formel P = I² x R. Im ersten Beispiel ergeben sich etwa 0,27 W, im zweiten Beispiel sogar bis zu 0,4 W. Es sollten also Widerstände mit einer Nennleistung von ca. 0,5 Watt gewählt werden. Typen mit 1/8 oder 1/4 Watt sind nicht geeignet.

Prinzipschaltung 3 LED mit gemeinsamer Anode an Zubehörspannung der ModellbahnHier das übliche Anschlussschema für ein 3-begriffiges LED-Lichtsignal mit gemeinsamer Anode (gemeinsamer Pluspol, links).

Da LED1 bis LED3 Licht in unterschiedlichen Farben aussenden, sind i.A. auch die Betriebsspannungen unterschiedlich. Die Werte für die Vorwiderstände R1, R2 und R3 müssen also für jede LED einzeln ermittelt werden.

Eine gemeinsame Sperrdiode zum Schutz der 3 LEDs genügt.

Auf der rechten Seite sind beispielhaft 3 Taster angedeutet, die die jeweilige Kathode der LED mit dem Minuspol verbinden.


Zusatzinformation ALAN:

Beim Anschluss von Leuchtdioden an ALAN sind Vorwiderstände und Sperrdiode nicht nötig.

Prinzipschaltung 1 LED an ALAN BRIDGE-02LEs genügt, die Anode an Klemme 1 und die Kathode an Klemme 2 einer BRIDGE-02L anzuschließen. Um Spannungen und Vorwiderstände muss man sich dann nicht kümmern.

Lediglich bei der Konfiguration der LED gibt man deren Nennstrom (in diesem Beispiel 20 mA) per Schieberegler an.

Zusätzlich stehen dann auch Funktionen wie Einschaltverzögerung, Ausschaltverzögerung und Blinker mit den Überblend-Funktionen (Fader) zur Verfügung.

Es können aber auch entsprechend verschaltete LED-Lichtsignale angeschlossen werden:

Prinzipschaltung 3 LED mit gemeinsamer Anode an ALAN BRIDGE-54LDieses Beispiel zeigt den Anschluss an BRIDGE-54L.


Farbige Leuchtdioden Wellenlänge [nm] ⇒ Leuchtfarbe

 380 - 450  purpurblau
 450 - 482  blau
 482 - 487  grünlich blau
 487 - 492  türkis
 492 - 497  bläulich grün (~497 verkehrsgrün)
 497 - 530  grün
 530 - 560  gelblich grün
 560 - 570  gelbgrün
 570 - 575  grünlich gelb
 575 - 580  gelb
 580 - 585  gelblich orange
 585 - 595  orange
 595 - 620  rötlich orange (~600 verkehrsgelb)
 600 - 602  bernstein
 620 - 780  rot (~640 verkehrsrot)

Weisse Leuchtdioden Farbtemperatur [Kelvin] ⇒ Farbe / Empfinden

             1.500  Kerze
             3.000  Halogenlampe
           - 3.300  "warmweiss"
 3.300 - 5.300  "neutralweis"
             4.000  Leuchtstofflampe
 4.500 - 5.000  Xenon-Lampe
 5.300 -           "kaltweiss"
             5.500  Sonnenlicht nach Norm

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