Warum wird für LEDs ein Widerstand benötigt?

Während ich nach einer grundlegenden Aufgabe suchte, um mich mit dem Raspberry Pi und seinen GPIO-Pins vertraut zu machen, entschied ich, dass das Ansteuern einer LED einfach genug klang.

Bei der Untersuchung dieser Aufgabe ist mir aufgefallen, dass die meisten Anweisungen darauf hinweisen, einen Widerstand zwischen dem GPIO-Pin und der LED zu platzieren. Die Größe des Widerstands variiert je nach Anweisung, liegt jedoch typischerweise im Bereich von 260 Ohm bis 1 Kiloohm.

Keine der Anweisungen gibt jedoch den Grund dafür an, noch gibt sie an, warum sie eine (scheinbar) willkürliche Widerstandsgröße gewählt haben.

Warum wird überhaupt ein Widerstand benötigt und woher wissen Sie, wie hoch dieser sein sollte?

Der Grund ist allen LED-Anwendungen gemeinsam, nicht nur dem Raspberry Pi (oder den GPIO-Pins).

Eine LED kann nur so viel Strom durchlassen, bis sie sich selbst zerstört (sehr hell!). Der maximale Strom variiert je nach Größe und Farbe der LED, aber für eine mittelgroße rote LED kann normalerweise ein Wert von 20 mA angenommen werden (überprüfen Sie diesen Wert jedoch, wenn Sie das Datenblatt für die LED zur Hand haben - und winzige LEDs können nur ein winziger Bruchteil davon).

Eine rote Standard-LED hat normalerweise einen Spannungsabfall von ca. 1,7 V, so dass der Widerstandswert so gewählt werden kann, dass er bei 20 mA (Spannung - 1,7) liegt. Unter der Annahme eines Eingangs von 5 V bedeutet dies, dass ein Widerstand 20 mA bei 3,3 V durchläuft, was (unter Verwendung des Ohmschen Gesetzes) einen absoluten Mindestwiderstand von 165 Ohm ergibt.

Das Schlimmste, was bei Verwendung eines größeren Widerstands passieren kann, ist, dass die LED schwächer als ihre maximale Helligkeit ist. Um kleinere LEDs aufzunehmen, die nur 10 mA durchlassen können, ist es nicht ungewöhnlich, 330 Ohm und mehr zu verwenden.

Ich würde einen 470-Ohm-Widerstand für eine 5-V-Versorgung für eine mittelgroße rote LED anschließen, und wenn die LED viel zu dunkel ist, reduzieren Sie sie leicht.

Wenn Sie eine rote Miniatur-LED verwenden, klingt 1K Ohm nicht übertrieben, und für exotischere Farben (insbesondere Blau, Rosa und Weiß) sollten Sie den Wert selbst berechnen.

LED ist in erster Linie eine Halbleiterdiode. Eine Strom-Spannungs-Beziehung innerhalb einer Diode (im Allgemeinen):

I = I (s) * [exp (eV / nkT) -1] (obwohl diese Beziehung nicht genau real ist) \

Und das Bemerkenswerteste ist, dass eine kleine Änderung der Spannung eine größere Änderung des Stroms erzeugt. Und das ist der Grund, warum ein Widerstand mit einer LED in Reihe geschaltet wird.

Eine andere Sache ist, dass der Arbeitspunkt einer LED im Allgemeinen weniger als 5 Volt (ungefähr 3,3 V) beträgt. Deshalb verwenden wir einen Widerstand mit einem geeigneten Wert in Reihe mit der LED.

Lesen Sie die Grundlagen: Widerstände für LEDs auswählen . Und Sie bekommen die Idee, wie Sie den richtigen Widerstand für eine bestimmte LED auswählen.