Hallo zusammen, ich hab mal ne ganz blöde Frage, sorry. Auf dem STM8L-DISCOVERY Board ist u.a. eine blaue LED verbaut. Die wird über den Pin PC7 versorgt, der 3 V liefert. In der BOM ist folgende Teilenummer für die LED angegeben: 19-217/BHC-ZL1M2RY/3T. Der dafür übliche Betriebsstrom scheint 5mA zu sein. Zumindest ist das immer als Referenzwert bei allen Angaben aufgeführt. Die Durchlassspannung bei 5mA sind 2,7V. Da hätte ich nun folgenden Vorwiderstand erwartet: R = (3V - 2,7V) / 0,005A = 60 Ohm. In der BOM findet sich jedoch ein 680 Ohm Widerstand: RC0402FR-07680RL Ich habs auch nachgemessen: * Messung des Widerstands: 680 Ohm * Spannung am Pin: 2,95 V * Spannungsabfall am Widerstand: 0,33 V * Spannungsabfall an der LED: 2,62 V Bedeutet für den Strom: 0,33 V / 680 Ohm = 0,49 mA, also Faktor 10 weniger als die "Standardbestromung". Auch ist die minimale Durchlassspannung mit 2,5 V +/- 0,1 V Toleranz angegeben. Viel Luft ist da nicht mehr ;-) Meine Frage wäre nun: Ist es üblich LEDs am unteren Limit zu betreiben? Hätte ich als Anfänger diese LED eingesetzt wäre da ein Widerstand im Bereich 60 Ohm davor ;-) Ich wüsste auch gar nicht wie ich den Vorwiderstand für bspw. die minimale Durchlassspannung + 0,1 V Toleranz = 2,6 V berechnen soll. Der zugehörige Strom lässt sich im Diagramm nicht sinnvoll ablesen. Bei 25°C scheinen es so ca. 2mA zu sein. Macht R = 0,4 V / 0,002 A = 200 Ohm. Kann jemand nachvollziehen wie da vorgegangen wurde um auf einen 680 Ohm Vorwiderstand zu kommen? Wie stellt man dabei sicher, dass die LED hell genug leuchtet? Ausprobieren? Es gibt zwar ein Diagramm "Relative Luminous Intensity vs Forward Current" aber außer "sehr dunkel" kann ich da nichts ablesen ;-) Real leuchtet die LED übrigens mit einer angenehmen Helligkeit. Besten Dank Chris
Moderne LEDs leuchten oft mit ihrem Nennstrom derart hell, daß sie Dir, als Anzeige-LED verwendet, fast Löcher in die Netzhaut brennen. ;-) Man will ja auch keine Geräteinnenbeleuchtung bauen, wenn man auf ein Board ein paar LEDs als Statusanzeige oder Debughilfe draufpackt. Ich dimensioniere die Vorwiderstände für Status-LEDs normalerweise nach Datenblatt, aber meist nicht mit mehr als 1-2mA. Vor der endgültigen Festlegung mache ich einen Versuch damit und passe ggf. die Werte noch an. Gerade blaue LEDs sind inzwischen oft so effizient, daß da 0,5mA reichen, damit die Helligkeit zu einer roten LED mit 2mA passt. Für meine standardmäßig verwendeten LED-Typen habe ich inzwischen entsprechende Dimensionierungen für übliche Betriebsspannungen.
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Dazu kommt: Bei derart geringen Strömen liefert der I/O sicher mehr als 3,3V. Ganz so wenig wie 0,5mA wird es in der Praxis wohl nicht sein.
Thorsten S. schrieb: > Gerade blaue LEDs sind inzwischen oft so effizient, daß da 0,5mA > reichen, damit die Helligkeit zu einer roten LED mit 2mA passt. Ich hab hier blaue LEDs mit 100uA am Laufen und die sind hell genug bei Sonnenlicht zum Ablesen. Chris schrieb: > Auch ist die minimale Durchlassspannung mit 2,5 V +/- 0,1 V Toleranz > angegeben. Was soll denn eine "minimale Durchlassspannung" sein? Das ist ja halbleitertechnisch grober Unfug, wenn man mit pA durch die LED geht, wird auch die Spannung entsprechend klein. Unabhängig davon: Bei LEDs für Anzeigen rechnet man nicht allzu genau. Du hast jetzt 60 Ohm ausgerechnet für 5mA. Da nimmt man in Normalfall an, dass die Spannung der LED quasi konstant ist, und vergrößert den R für den Zielstrom passend.
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Thorsten S. schrieb: > Man will ja auch keine Geräteinnenbeleuchtung bauen, wenn man auf ein > Board ein paar LEDs als Statusanzeige oder Debughilfe draufpackt. Jo, wird immer schlimmer, aktuell Arduino Uno Clone. Wenn die leuchten, kann man nichts mehr lesen. Nun könnte man die Widerstände anpassen - oder Panzertape benutzen. Man fragt sich wirklich, was das soll.
Der Fehler liegt hier im Design. Eine 19-217/BHC-ZL1M2RY/3T an 3.0V zu betreiben ist einfach mal grundlegend falsch. Lt. Datenblatt (http://www.everlight.com/file/ProductFile/DSE-0009312-19-217-BHC-ZL1M2RY-3T-V3.pdf) gibt es von dieser LED 3 verschiedene "bins", Vf geht dabei von Bin 9: 2.5 - 2.7V Bin 10: 2.7 - 2.9V Bin 11: 2.9 - 3.1V Eigentlich sind nur die LEDs aus Bin 9 geeignet, wenn man welche aus Bin 11 dabei hat, kann es sein, dass die LED gar nicht leuchtet. Das Problem ist, wenn die Versorgungsspannung zu nahe an Vf liegt, wird der Vorwiderstand unangenehm klein, und damit hängt der Strom sehr stark von Vf ab. In diesem Fall ergibt sich für die beiden Enden von Bin 9: U=3.0V, Vf=2.5V, R=680 -> 0.74mA U=3.0V, Vf=2.9V, R=680 -> 0.15mA (=20% von 0.74mA) Hätte man die LED mit 5V versorgt ergäbe sich folgendes Bild: U=5.0V, Vf=2.5V, R=680 -> 3.68mA U=5.0V, Vf=2.9V, R=680 -> 3.09mA (84% von 3.68mA) und auch LEDs aus Bin 11 würden prima funktionieren: U=5.0V, Vf=3.1V, R=680 -> 2.79mA (76% von 3.68mA) Wie man sieht hat man mit angemessen hoher Versorgungsspannung eine deutlich geringeren Einfluss durch Vf (einigermaßen gleiche Leuchtstärke über alle produktionsbedingten Vf).
Chris schrieb: > In der BOM ist folgende Teilenummer für die LED angegeben: > 19-217/BHC-ZL1M2RY/3T. Der dafür übliche Betriebsstrom scheint 5mA zu > sein. Zumindest ist das immer als Referenzwert bei allen Angaben > aufgeführt. Es gibt für LED dieser Art [1] keinen "üblichen" Betriebsstrom. Es gibt einen maximalen Strom und das wars auch schon. Und daß Angaben zu Helligkeit und Flußspannung für einen bestimmten Strom gemacht werden, hat technische Gründe. Diese Größen sind ja vom Strom abhängig. > Bedeutet für den Strom: 0,33 V / 680 Ohm = 0,49 mA, also Faktor 10 > weniger als die "Standardbestromung". Auch ist die minimale > Durchlassspannung mit 2,5 V +/- 0,1 V Toleranz angegeben. Viel Luft ist > da nicht mehr ;-) Es gibt keine "minimale Durchlassspannung". Es gibt ein gewisses Toleranzband für die Flußspannung bei gegebenem Strom, bedingt durch Prozeßschwankungen bei der Herstellung. Ansonsten hängen Flußspannung und Strom über die Shockley-Gleichung [2] zusammen. > Meine Frage wäre nun: > Ist es üblich LEDs am unteren Limit zu betreiben? Es gibt kein unteres Limit für den Strom. Helligkeit und Strom hängen über weite Bereiche linear zusammen. Je nachdem wie hell man es braucht, kann man den Strom weitgehend nach Gusto festlegen. Man muß natürlich unter dem Maximalwert bleiben. Gerade blaue LED wirken so grell, daß man sie gerne deutlich unterhalb des Maximums betreibt. > Ich wüsste auch gar nicht wie ich den Vorwiderstand für bspw. die > minimale Durchlassspannung + 0,1 V Toleranz = 2,6 V berechnen soll. > Der zugehörige Strom lässt sich im Diagramm nicht sinnvoll ablesen. Es ist generell nicht sinnvoll, den Strom durch eine LED anhand der Spannung einstellen zu wollen. Beim klassischen Betrieb mit Vorwiderstand muß man halt nachrechnen, und den sich ergebenden Strom bei minimaler und maximaler Flußspannung anschauen. Du hast U=3V, Uf=2.6V (typisch), R=680Ω → I=588µA. Bei Uf=2.7V (Maximum) → I=441µA und bei Uf=2.5V (Minimum) → I=735µA. Wenn du zwei solche Boards nebeneinander betreibst, kann sich der Strom durch die LED und damit die Helligkeit um Faktor 735:441 ~ 1.66 unterscheiden. Das kann man mit dem Auge im direkten Vergleich gerade so wahrnehmen. Wenn man nicht darauf achtet, vielleicht auch nicht. [1] anders als bei LED für Beleuchtungszwecke. Die betreibt man typischerweise nah am oberen Limit, weil man ja viel Licht will. [2] https://de.wikipedia.org/wiki/Shockley-Gleichung
Vielen Dank für die vielen detaillierten Antworten! :-) Ich hatte mir im Vorfeld zu meiner Frage nochmal ca. 20 verschiedene Webseiten angeschaut, bei der die Berechnung des Vorwiderstands erklärt wird. Bei allen wird nur gesagt, dass der Betriebsstrom/Zielstrom bekannt sei. Es wird aber nirgends erwähnt wo man diesen "bekannten" Wert herbekommt ;-) Ich hatte deshalb angenommen, dass es für diesen Wert eine entsprechende Vorgabe im Datenblatt gibt. Letztlich scheint der Wert aber nicht aus dem Datenblatt zu kommen sondern hauptsächlich auf Erfahrung zu basieren. Ich denke das war mein gedankliches Hauptproblem. Das Datenblatt gibt nur den max. Betriebsstrom an und gibt vielleicht in den Diagrammen noch Hinweise bzgl. Strom vs. rel. Helligkeit. Bzgl. "minimale Durchlassspannung": Stimmt, das war etwas unglücklich formuliert (klingt besser als "Unsinn" ;-)). Auch die Aussage "Die Durchlassspannung bei 5mA sind 2,7V" ist ungenau. Besser wäre: "Bei 25°C ist die typische Durchlassspannung 2,7V bei 5mA (Toleranzbereich: 2,5V bis 3,1V)."
Chris schrieb: > Letztlich scheint der Wert aber nicht aus > dem Datenblatt zu kommen sondern hauptsächlich auf Erfahrung zu > basieren. Ganz genau. Es gibt zwar auch im Datenblatt entsprechende Angaben zur Helligkeit (lux), das sagt aber wenig darüber aus, ob die LED "blendet" oder nicht, da es darauf ankommt, ob man in die nackte LED blickt, oder noch ein Diffusor davor ist. Insofern wird die Helligkeit einfach "ausprobiert". Nützt aber wie dargestellt nicht viel, wenn dabei nicht beachtet wird, dass die Vf Streuung einem hier bei zu niedriger Versorgungsspannung einen Strich durch die Rechnung machen kann.
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Chris schrieb: > Ich habs auch nachgemessen: Die wichtigste Frage beantwortest du nicht: ist die LED zu dunkel, etwa richtig oder zu hell? Wenn sie die passende Helligkeit hat ist der eingebaute Widerstand doch ganz offensichtlich richtig. Georg
Chris schrieb: > Letztlich scheint der Wert aber nicht aus > dem Datenblatt zu kommen sondern hauptsächlich auf Erfahrung zu > basieren. Korrekt. Wenn ich aus meiner Bastelkiste mehrere Farben benutze, probiere ich sie immer vorher aus. Die sind nämlich bei gleichem Strom noch lange nicht gleich hell. Nichtmal ungefähr.
Chris schrieb: > Letztlich scheint der Wert aber nicht aus > dem Datenblatt zu kommen sondern hauptsächlich auf Erfahrung zu > basieren. Ja und Nein. Es gibt immer noch viele Entwickler die nicht nachdenken und den Referenzstrom aus dem Datenblatt einstellen. Das Ergebnis sind dann diese Elektronikgeräte mit furchtbar nervigen, übertrieben hellen blauen LEDs. Ein Blick auf die Lichtstärke im Datenblatt würde denen helfen. Um mal ein paar Zahlen in den Raum zu stellen, in den 70er Jahren verwendete man grüne LEDs die mit einer Lichtstärke vom typisch um 2mcd bei 20mA und einem Abstrahlwinkel von 60° spezifiziert waren (Telefunken CQY 72L). Ich nehme Grün als Vergleich, weil es damals noch keine blauen LEDs gab. Grün liegt im Spektrum neben Blau. Die spätere Erfindung blauer LEDs war so bahnbrechend, dass die beteiligten Wissenschaftler dafür 2014 den Nobelpreis für Physik bekamen! Die blaue LED die du hast ist mit einer Lichtstärke von 20mcd bei 5mA und einem Abstrahlwinkel von 120° spezifiziert (ich habe etwas willkürlich den Mittelwert der im Datenblatt angegebenen Lichtstärken-Bereiche genommen). D.h. bei 1/4 des Stroms ist die Lichtstärke der blauen LED 10 mal so groß. Der Zusammenhang zwischen Lichtstärke und Strom ist, soweit ich weiß, nicht linear. Man kann also nicht sagen zwischen den LEDs liegt ein Faktor 40, aber die Zahl zeigt schon mal wo die Reise hin geht. Zufällig(?) wird deine LED mit ca. 1/40 der früher als Referenzstrom genommenen 20mA betrieben. Dann muss man beim Vergleich der LEDs den Abstrahlwinkel berücksichtigen. Die Lichtstärke wird, bei gleichem Lichtstrom, rechnerisch größer wenn der Raumwinkel kleiner wird. Die blaue LED mit ihrem größeren Abstrahlwinkel ist daher mit ihren 20mcd Lichtstärke rechnerisch im Nachteil gegenüber der uralten grünen LED mit 2mcd. Abstrahlwinkel und Raumwinkel bei der Lichtstärke sind nicht identisch, daher muss man ein bisschen vorsichtig sein wenn man von den unterschiedlichen Winkeln auf einen Faktor 2 schließen will. Ich glaube man sieht trotzdem wie unterschiedlich heutige LEDs im Vergleich zu dem alten Kram sind. Wir nähern uns in der Milchmädchenrechnung fast zwei Größenordnungen an. Trotzdem gibt es immer noch Leute, die LEDs in Anzeigen partout mit dem traditionellen 20mA betreiben wollen und das Heruntergehen auf 10mA schon als wahnsinnigen Kompromiss empfinden. Zum Teil liegt es daran, dass die Copy-Paste Kultur des Internet dafür sorgt, dass es tausende von Webseiten gibt, von Leuten betrieben die mit ihrem kopierten "Wissen" angeben wollen, und die die alte Faustformeln mit 20mA weiter verbreiten. > Ich denke das war mein gedankliches Hauptproblem. Das > Datenblatt gibt nur den max. Betriebsstrom Die 5mA sind aber nicht der maximale Betriebsstrom. Der ist mit 10mA spezifiziert. Die 5mA sind eine Strom den man heutzutage typischerweise als Referenz nimmt, so wie man früher 20mA genommen hat, damit man die Daten zwischen LEDs einfacher vergleichen kann. Die blaue LED kann gepulst sogar bis 100mA betrieben werden, aber Pulsbetrieb von LEDs ist eine andere Geschichte. Die von mir als Vergleich gewählte grüne LED kann bis 1A gepulst werden mit einem Maximum der Lichtstärke bei etwa 0,5A. Dann bekommt man einen Lichtstärke von etwa 3mcd.
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Georg schrieb: > Chris schrieb: > Ich habs auch nachgemessen: > > Die wichtigste Frage beantwortest du nicht: ist die LED zu dunkel, etwa > richtig oder zu hell? Wenn sie die passende Helligkeit hat ist der > eingebaute Widerstand doch ganz offensichtlich richtig. > > Georg Die Helligkeit ist angenehm. Mein Punkt war weniger, dass der Widerstand falsch ist sondern wie man ausgehend vom Datenblatt auf den Wert von 680 Ohm kommt. Das war für mich ziemlich unklar, ist nun aber Dank der vielen Informationen (danke nochmal!) klarer geworden :)
Danke Hannes für die vielen interessanten Detailinfos, das war nochmal sehr hilf-/lehrreich!
Stefanus F. schrieb: > Bei derart geringen Strömen liefert der I/O sicher mehr als 3,3V. Wohl kaum! Gruss Chregu
Christian M. schrieb: >> Bei derart geringen Strömen liefert der I/O sicher mehr als 3,3V. > Wohl kaum! Tschuldigung, ich meinte natürlich, dass er mehr als 3,0V bis annähernd 3,3V liefert. Chris schrieb: > Die wird über den Pin PC7 versorgt, der 3 V liefert.
Thorsten hat zwar schon lange die richtige Antwort gegeben, aber zu mir hat vor über zehn Jahren mal jemand gesagt: -> Das ist eine Anzeige, keine Beleuchtung. <- Ich finde den Spruch so nett, dass er sich beim mir im Gedächtnis festgesetzt hat. Wir setzen hier auf ein paar Boards billige, hocheffiziente grüne LEDs als interne Statusanzeigen ein. Bei 3,3V haben die 51 Kiloohm vorgeschaltet und sind im Gehäuse noch gut zu erkennen.
Hannes J. schrieb: > Der Zusammenhang zwischen Lichtstärke und Strom ist, soweit ich > weiß, nicht linear Die Lichtstärke schon (wenn man sie mit einem Messgerät bestimmt), sonst würde Multiplexing auch nicht so gut funktionieren. Der Helligkeitseindruck eines Menschen ist dagegen wohl eher logarithmisch. Diesen Helligkeitseindruck aus den Datenblättern zu entnehmen klappt eh nicht, man muss einfach ausprobieren mit welchem Strom die LED den gewünschten Eindruck macht. Und das ev. auch unter verschiedenen Bedingungen, etwa nachts und bei Sonnenschein. Ich würde auch gern vorher wissen, ob man auf dem Handy-Display eine Wanderkarte auch in der Sonne ablesen kann, aber ich zumindest kann das aus den technischen Daten nicht herauslesen. Georg
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