Persoonlijke instellingen

Minimale led serieweerstand berekenen: verschil tussen versies

Uit BeneluxSpoor.net - Encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
k
k (links toeg.)
 
(42 tussenliggende versies door 2 gebruikers niet weergegeven)
Regel 1: Regel 1:
 
{{Koptekst
 
{{Koptekst
−
|Vorige= Hoe sluit u leds aan
+
|Vorige= Het aansluiten van leds
−
|Volgende= Wat is een knipper-led
+
|Volgende= Wat is een knipperled
 
|VorigeMenu= Elektronica analoog
 
|VorigeMenu= Elektronica analoog
 
|Auteur= Fred Eikelboom
 
|Auteur= Fred Eikelboom
Regel 7: Regel 7:
 
{{Inhoudsopgave||Klein}}
 
{{Inhoudsopgave||Klein}}
 
=== Inleiding ===
 
=== Inleiding ===
−
Er bestaan leds met (korte, stugge) draadjes er aan gemonteerd, die in een print gestoken worden (zogenaamde Through-hole technologie), en er bestaan SMD-leds, die rechtstreeks op de print gemonteerd worden.<br />
+
Om de [[Woorden - E#Elektrische stroom|stroom]] door een [[Wat is een led|led]] te beperken tot een veilige waarde moet een [[Woorden - S#Serieweerstand|weerstand]] in serie met de led geschakeld worden. Dit artikel geeft aan hoe de '''minimale led serieweerstand te berekenen'''.
−
Een led werkt fundamenteel anders dan een gloeilamp. Bij een gloeilamp bepalen de spanning die er over staat, &eacute;n de weerstand van de gloeidraad, hoeveel stroom er door de gloeilamp loopt. Een gloeilamp is dus <u>spanninggestuurd</u>. Hoe meer spanning er over de lamp staat, hoe meer licht deze geeft.
 
  
−
Bij een led hebben we inwendig niet te maken met een gloeidraad, maar met een speciale diode. De hoogte van de stroom bepaalt hoeveel licht de led geeft. De spanning over de diode blijft echter (nagenoeg) gelijk. Een led is dus <u>stroomgestuurd</u>. De fabrikant geeft daarom een maximale waarde voor de led-stroom op (staat vermeldt in de datasheet). Bij die waarde kunt u een redelijke levensduur van de led verwachten.
+
Vroeger gebruikte men de term "voorschakelweerstand". Deze term zou tot verwarring kunnen leiden. Beter zou het zijn om van "serieweerstand" te spreken. Het is een weerstand die altijd in [[Woorden - S#Serieschakeling|serie]] met een ander onderdeel geschakeld wordt. Ook zou men kunnen denken dat de voorschakelweerstand altijd vóór de led(s) moet worden gemonteerd. Het maakt echter elektrisch gezien totaal niet uit aan welke kant van de led(s) de [[Elektronica basis#De weerstand|weerstand]] zit. Het ligt er maar net aan wat gemakkelijker uitkomt in de locomotief of rijtuig. Zorg er daarom voor dat de led in de [[Woorden - D#Doorlaatrichting|doorlaatrichting]] met de anode (lange aansluiting) aan de pluskant komt. Zie ook het artikel [[Het aansluiten van leds]].<br />
  
−
Soms wordt door iemand gewoon de maximaal toelaatbare stroom op een led gezet. Dat houdt echter een zeer groot risico in. Zodra de voedingsspanning ook maar even iets hoger wordt dan de normale spanningswaarde, zal de led-stroom sterk toenemen en zit u (of beter gezegd, de led) meteen in de gevarenzone! En dan is het nagenoeg uitgesloten dat de led dit overleeft!
+
Er bestaan leds met korte stugge draadjes die in een [[Woorden - P#Printplaat|printplaat]] gestoken worden (zogenaamde [[Woorden - T#Thru-hole|"through-hole"]] technologie), er bestaan SMD-leds die rechtstreeks op de print gemonteerd worden en er zijn SMD-leds met draadjes er aan gesoldeerd. Een led werkt fundamenteel anders dan een [[Woorden - G#Gloeilamp|gloeilamp]]. Bij een gloeilamp bepalen de spanning die er over staat en de weerstand van de gloeidraad hoeveel [[Woorden - E#Elektrische stroom|stroom]] er door de gloeilamp loopt. Een gloeilamp is spanninggestuurd. Hoe meer spanning er over de lamp staat, hoe meer licht deze geeft.<br />
  
−
Bij leds <u>moet</u> u dus een voorschakelweerstand toepassen, om de stroom door de led te beperken. Gebruikt u g&eacute;&eacute;n voorschakelweerstand (of een weerstand met een te lage waarde), dan gaat de led meteen naar de eeuwige elektronische jachtvelden, ofwel de led raakt gegarandeerd defect!!
+
Een led heeft geen gloeidraad, het is een speciale diode. De hoogte van de [[Woorden - E#Elektrische stroom|stroom]] bepaalt hoeveel licht de led geeft. De spanning over de diode blijft over een geleidende diode (nagenoeg) gelijk. Een led is dus stroomgestuurd. De fabrikant geeft daarom in de [[Woorden - D#"Datasheet"|datasheet]] een maximale waarde voor de stroom (I<sub>max</sub>). Bij die waarde is een redelijke levensduur van de led te verwachten.<br />
−
 
−
De term 'voorschakelweerstand' zou tot verwarring kunnen leiden. Beter zou het zijn om van 'serieweerstand' te spreken. Het is namelijk een weerstand die altijd in serie met een ander onderdeel geschakeld wordt. U zou kunnen denken dat de voorschakelweerstand altijd v&ograve;&ograve;r de led(s) moet worden gemonteerd. Het maakt echter elektrisch gezien totaal niet uit aan welke kant van de led(s) u de voorschakelweerstand monteert. Het ligt er maar net aan wat gemakkelijker uitkomt in de locomotief/het rijtuig. U hoeft er alleen maar voor te zorgen dat u de led in de doorlaatrichting aansluit (met de anode aan de plus c.q. de blauwe draad van de decoder). Zie ook: ''De plaats van de voorschakelweerstand'' in het artikel ''Hoe sluit u leds aan''.
 
  
 +
Soms wordt gewoon de maximaal toelaatbare spanning op een led gezet. Dat houdt echter een zeer groot risico in. Zodra de voedingsspanning ook maar even iets hoger wordt dan de normale spanningswaarde, zal de stroom sterk toenemen en zit de led meteen in de gevarenzone en dan is het nagenoeg uitgesloten dat de led dit overleeft.<br />
  
−
Er zijn drie dingen die u moet weten om een juiste berekening te maken.
+
Bij leds moet dus een weerstand worden gebruikt om de [[Woorden - E#Elektrische stroom|stroom]] door de led te beperken. Zonder weerstand (of een weerstand met een te lage waarde) of bij een te hoge voedingsspanning, brandt de [[Wat is een led|led]] meteen door.
−
 
+
=== Weerstandstype ===
−
- <u>''Ten eerste;''</u><br />
+
Er zijn drie typen weerstanden in de handel verkrijgbaar; [[Woorden - K#Koolstoffilm weerstand|koolstoffilm]], [[Woorden - M#Metaalfilm weerstand|metaalfilm]] en [[Woorden - D#Draadgewonden weerstand|draadgewonden]]. Voor toepassingen met leds voldoet een koolfilmweerstand uit de E12- of E24 reeks prima.
−
De spanning. U zult de spanning moeten meten, om aan de hand daarvan de juiste weerstandwaarde te kunnen berekenen.<br />
+
=== De brandspanning van de led ===
−
<b>Bij een decoder:</b> meet hoeveel gelijkspanning op de verlichtingsaansluiting van de decoder staat. Meet hier tussen de blauwe en de witte, of tussen de blauwe en de gele draad (F0 moet ingeschakeld zijn op de centrale). De diverse merken decoders geven niet allemaal dezelfde spanning af. Dit is afhankelijk van de toegepaste centrale.<br />
+
{|
−
<b>Bij interieurverlichting in rijtuigen:</b> hier dient u, met een aan de rails verbonden gelijkrichter en daaraan verbonden elco, te meten hoe hoog de spanning op de elco is. Zie: het artikel ''Rijtuigverlichting'' bij [[Minimale led voorschakelweerstand berekenen#Meer informatie|'Meer informatie']].
+
|- valign="top"
−
 
+
|
−
- <u>''Ten tweede;''</u> hoe hoog is de brandspanning ('drempelspanning' genoemd) over de led? Die drempelspanning (V<sub>f</sub> ofwel V<sub>forward</sub>) staat in de datasheet van de fabrikant (te vinden met Google op het 'WereldWijdeWeb'). Kunt u de drempelspanning niet op Internet vinden, dan kunt u de drempelspanning ook heel eenvoudig zelf opmeten.<br />
+
{| class="wikitable" style="font-size:90%; width:130px;"
−
Sluit een weerstand van 1k2 aan op de anode van de led en sluit de andere zijde van de weerstand aan op de plus van een voeding van 12 volt. Sluit de kathode van de led aan op de min van de voeding, en meet nu met een multimeter hoeveel spanning er over de led staat (rode draad van de meter aan de pluszijde van de led).
+
! colspan="5" style="background:#D1D1E1;"| Brandspanning
−
Hoe u leds aan moet sluiten, kunt u zien in het artikel ''Hoe sluit u leds aan'' (zie: [[Minimale led voorschakelweerstand berekenen#Meer informatie|'Meer informatie']].
+
|-
−
 
+
|style="background:#E4E1E1;"| rode leds  ||style="background:#E4E1E1;"| 1,9 Volt
−
- <u>''Ten derde;''</u> hoeveel stroom mag er maximaal door de led lopen? Die maximale stroomsterkte (I<sub>f</sub> ofwel I<sub>forward</sub>) staat in de datasheet van de fabrikant (te vinden met Google op het 'WereldWijdeWeb'). Let wel, dit is de maximale stroomsterkte. In de praktijk gaat u uit van de helft van die maximumwaarde.
+
|-
−
 
+
|style="background:#D1D1E1;"| gele leds  ||style="background:#D1D1E1;"| 2,0 Volt
−
=== Minimale waarde van de voorschakelweerstand ===
+
|-
 +
|style="background:#E4E1E1;"| groene leds ||style="background:#E4E1E1;"| 2,1 Volt
 +
|-
 +
|style="background:#D1D1E1;"| blauwe leds ||style="background:#D1D1E1;"| 3,6 volt
 +
|-
 +
|style="background:#E4E1E1;"| witte leds  ||style="background:#E4E1E1;"| 3,6 volt
 +
|-
 +
|}
 +
|
 +
{|
 +
|
 +
|-
 +
  |Willen we de brandspanning exact weten, dan kunnen we deze waarde vinden via Google in de datasheet. Het gaat dan om de [[Woorden - F#Forward voltage|"Forward voltage"]] (V<sub>f</sub>).
 +
  |-
 +
  |Door het verschil in brandspanning van verschillende kleuren en typen leds mag er geen witte led (3,6 volt) met een rode led (1,9 volt) in [[Woorden - S#Serieschakeling|serie]] worden geschakeld. Door beide leds loopt dan dezelfde [[Woorden - E#Elektrische stroom|stroom]] en dat kon nog wel eens een verschillende helderheid opleveren. Sluit dus rode en witte leds altijd via een eigen serieweerstand aan.
 +
|}
 +
|}
 +
{{Tabelonderschrift
 +
|Volgnummer= 01
 +
|Maker= Fred Eikelboom
 +
}}
 +
=== Nodig voor het berekenen ===
 +
Er zijn steeds drie dingen die bekend moeten zijn om een juiste berekening te maken:
 +
* de voedingsspanning: deze spanning verschilt tussen de verschillende centrales. Bij gebruik van een decoder is de spanning tussen een functieaansluiting en de gemeenschappelijke (blauwe) draad te meten (met de functie ingeschakeld). Als er geen decoder toegepast wordt, dient een gelijkrichter tussen de rails en meter aangesloten te worden. Deze gelijkrichter is ook nodig om de [[Wat is een led|led]]s aan te sluiten. Meet bij analoog gebruik bij de maximaal gebruikte stand van de rijregelaar. Zie ook het artikel "[[Binnenverlichting voor rijtuigen]]". Bij rijden op meerdere verschillende banen (bijvoorbeeld clubbaan of bij vrienden), is uitgaan van 20 V bij digitale aansturing en 14 V bij analoge aansturing een veilig uitgangspunt;
 +
* de brandspanning: dit is de spanning over een brandende led. Deze spanning (V<sub>f</sub> ofwel V<sub>forward</sub>) staat in de [[Woorden - D#"Datasheet"|datasheet]] van de fabrikant. Als de brandspanning niet te vinden is, dan is de brandspanning ook heel eenvoudig te meten. Sluit een [[Elektronica basis#De weerstand|weerstand]] van 1k8 aan op de [[Woorden - A#Anode|anode]] van de led en sluit de andere zijde van de weerstand aan op de plus van een voeding van ongeveer 12 V gelijkspanning. Sluit de [[Woorden - K#Kathode|kathode]] van de led aan op de min van de voeding en meet nu met een multimeter hoeveel spanning er over de led staat (rode draad van de meter aan de pluszijde van de led). Als vuistregel geldt ongeveer 2 volt voor (normale) rode, gele, oranje en groene leds en 3 volt voor (warm) witte, blauwe en "high efficiency" groene leds. Hoe leds kunnen worden aangesloten, is te zien in het artikel [[Het aansluiten van leds]];
 +
* de [[Woorden - E#Elektrische stroom|stroom]]: de maximale stroomsterkte (I<sub>f</sub> ofwel I<sub>forward</sub>) staat in de datasheet van de fabrikant. Let wel, dit is zoals vermeld de maximale stroomsterkte. Minder stroom mag altijd. Voor een veilige marge kan worden uitgegaan van de helft hiervan. Normale leds hebben een maximale stroom van 20 mA. "High Power" of "Low Current" hebben al genoeg aan 2 tot 5 mA. Is geen maximale [[Woorden - E#Elektrische stroom|stroom]] voor de led te vinden, dan is 3 mA een veilige maximale waarde om vanuit te gaan.
 +
=== Minimale waarde van de serieweerstand ===
 
{{Afbeelding
 
{{Afbeelding
 
|Bestand= LED_vsw01.gif
 
|Bestand= LED_vsw01.gif
 
|Grootte= 170px
 
|Grootte= 170px
 
|Volgnummer= 01
 
|Volgnummer= 01
−
|Omschrijving= Led met voorschakelweerstand
+
|Omschrijving= Led met serieweerstand
 
|Maker= Fred Eikelboom
 
|Maker= Fred Eikelboom
 
|Type= Tekening
 
|Type= Tekening
 
}}
 
}}
 +
Om er voor te zorgen dat de [[Woorden - E#Elektrische stroom|stroom]] door de [[Wat is een led|led]] niet te hoog kan worden, zal de serieweerstand een bepaalde minimale waarde moeten hebben. Het berekenen van de minimale waarde kan met de "[https://nl.wikipedia.org/wiki/Wet_van_Ohm Wet van Ohm]".
  
−
Om er voor te zorgen dat de stroom door de led niet te hoog kan worden, zal de voorschakelweerstand een bepaalde <u>minimale waarde</u> moeten hebben. Die minimale weerstandwaarde dient er voor dat de maximale stroom door de led(s)niet wordt overschreden.<br />
+
De formule voor het berekenen van de weerstandswaarde is: R = U / I, ofwel; [[Elektronica basis#De weerstand|weerstand]] is spanning gedeeld door stroom (ohm = volt / ampères).
−
Voor het berekenen van die minimale waarde van de voorschakelweerstand passen we de ''Wet van ohm'' toe.
 
−
 
 
−
De gewone formule voor het berekenen van de weerstandwaarde is: R = U / I, ofwel; weerstand is spanning gedeeld door stroom (volt / amp&egrave;res =  ohm).
 
−
 
 
−
Omdat we hier echter ook te maken hebben met de drempelspanning van de led(s) gebruiken we de formule: <b>R = (U - U<sub>led</sub>) / I<sub>led</sub></b>. Hierbij is R de waarde van de weerstand die we willen berekenen, U de voedingsspanning in volt, U<sub>Led</sub> de drempelspanning over de led in volt en I<sub>led</sub>de stroom door de led in amp&egrave;re;.<br />
 
−
We verminderen de voedingsspaning U dus met de spanning over de leds U<sub>led</sub>.
 
−
 
 
−
Hier een rekenvoorbeeld:<br />
 
−
Stel, we hebben twee leds en we sluiten die leds aan op een locdecoder. Een locdecoder geeft een gelijkspanning van 16 tot 18 volt af op de blauwe (plus)draad. We gaan in dit rekenvoorbeeld even uit van een voedingsspanning van 16 volt. Over de led valt, volgens de datasheet, een drempelspanning van ongeveer 1,9 volt.
 
−
 
 
−
We hebben nu een aantal gegevens voor de berekening:
 
−
 
 
−
:* Voedingsspanning is 16 volt.
 
−
:* Drempelspanning over de led is 1,9 volt.
 
−
:* Spanning over de weerstand is 16 - 1,9 = 14,1 volt.
 
−
:* Stroomsterkte door de leds is 12 milliamp&egrave;re = 0,012 amp&egrave;re.
 
  
−
Zetten we die waarden in de formule dan krijgen we:
+
Door de brandspanning van de led(s) wordt de formule: '''R = (U - U<sub>led</sub>) / I<sub>led</sub>''' gebruikt. Hierbij is R de waarde van de weerstand in ohm, U de voedingsspanning in volt, U<sub>led</sub> de brandspanning over de led in volt en I<sub>led</sub>de [[Woorden - E#Elektrische stroom|stroom]] door de led in ampére;. De voedingsspanning U wordt verminderd met de spanning over de led U<sub>led</sub>.
 +
====Rekenvoorbeeld 1====
 +
Twee leds in [[Woorden - S#Serieschakeling|serie]], aan te sluiten op een locdecoder. Bij een locdecoder staat een gelijkspanning van 16 tot 18 volt op de blauwe draad. Dit rekenvoorbeeld gaat uit van 16 volt. De brandspanning van de [[Wat is een led|led]] is volgens de [[Woorden - D#"Datasheet"|datasheet]] 1,9 volt.
  
−
R = (U - U<sub>led</sub>) / I<sub>led</sub> ofwel R = (16 - 1,9) / 0,012 ofwel R = 14,1 / 0,012.
+
Gegevens voor de berekening:
 +
* Voedingsspanning is 16 V;
 +
* Spanningsval over één led is 1,9 V, daarmee is de spanningsval over de [[Elektronica basis#De weerstand|weerstand]] 16 - 1,9 - 1,9 = 12,2 V (twee leds in serie);
 +
* Stroomsterkte door beide leds in serie is 5 mA = 0,005 A.
 +
Deze waarden in de formule geeft:
  
−
De uitkomst is dan: 1175 ohm.
+
R = (U<sub>voeding</sub> - 2 x U<sub>led</sub>) / I<sub>led</sub> = (16 - 1,9 - 1,9) / 0,005 = 12,2 / 0,005 = 2440 ohm.
  
−
De dichtstbijzijnde hogere waarde in de E12-reeks is 1200 ohm. Dus we gebruiken in dit rekenvoorbeeld een koolfilmweerstand van 1200 ohm (1k2). Bij gebruik van SMD-leds gebruikt u natuurlijk SMD-weerstanden.  
+
De dichtstbijzijnde waarde in de E12-reeks is 2200 ohm (2k2, rood-rood-rood), maar de dichtstbijzijnde ''hogere'' waarde is 2700 ohm (2k7, rood-paars-rood). Bij gebruik van SMD-leds kunnen ook SMD-weerstanden worden gebruikt.  
  
−
We zien dus in bovenstaande voorbeeldberekening dat, bij een voedingsspanning van 16 volt, een stroom van 12 milliamp&egrave;re, en twee leds in serie, de ''minimale waarde'' van de voorschakelweerstand 1175 ohm moet zijn.
+
Uit de voorbeeldberekening blijkt dat bij een voedingsspanning van 16 V een [[Woorden - E#Elektrische stroom|stroom]] van 5 mA en twee [[Elektronica basis#De led|leds]] in [[Woorden - S#Serieschakeling|serie]], de praktische "minimale waarde" van de weerstand 2700 ohm is.
  
−
Een maximale waarde voor de weerstand is niet te berekenen, want dat is een kwestie van gewoon uitproberen. Wanneer de weerstandswaarde te hoog gekozen wordt, geeft de led gewoon geen licht meer. Het enige waar u dus rekening mee moet houden, is de minimale waarde van de voorschakelweerstand. Dus alle waarden tussen de berekende 1175 ohm, en de experimenteel vastgestelde maximumwaarde kunt u toepassen.
+
Een maximale waarde voor de serieweerstand is niet te berekenen, dat is een kwestie van uitproberen. Wanneer de weerstandswaarde te hoog gekozen wordt, geeft de led gewoon geen licht meer. Het enige waar dus rekening mee gehouden moet worden, is de minimale waarde van de serieweerstand; alle waarden tussen de praktische 1200 ohm en de experimenteel vastgestelde maximumwaarde is te gebruiken.
  
 
{| class="wikitable"
 
{| class="wikitable"
−
| valign='center'| [[Bestand:Let-op.jpg|50px|center]]<small>&nbsp;&nbsp;'''LET OP'''</small>||valign='top'|Neem <u>nooit</u> een lagere weerstandswaarde dan u berekend heeft, want dan is de stroom door de led(s) te hoog en zal deze gegarandeerd defect raken!!
+
| valign="center"| [[Bestand:Let-op.jpg|50px|center]]<small>&nbsp;&nbsp;'''LET OP'''</small>||valign="top"|Neem <u>nooit</u> een lagere weerstandswaarde dan berekend want dan is de [[Woorden - E#Elektrische stroom|stroom]] door de led(s) te hoog en zal deze gegarandeerd defect raken!!
 
|-
 
|-
 
|}
 
|}
−
 
 
=== De praktijk ===
 
=== De praktijk ===
−
In de praktijk zult u voor de locomotiefverlichting ongeveer 6 tot 8 milliamp&egrave;re door de leds sturen. We hoeven namelijk als frontverlichting van de loc geen v&eacute;rstralers te hebben en aan de achterzijde hoeft de verlichting ook niet zo sterk te branden als aan de voorzijde. Voor de frontverlichting is een stroom van 8 milliamp&egrave;re meestal ruim voldoende. Bij de achterverlichting gaan we uit van 6 milliamp&egrave;re. Bij een dergelijke stroom geven de moderne leds een zee van licht.
+
In de praktijk zal voor de locomotiefverlichting 4 tot 8 mA door de leds lopen. Als frontverlichting hoeft de loc geen verstralers te hebben en aan de achterzijde hoeft de verlichting ook niet zo sterk te branden als aan de voorzijde. Voor de frontverlichting is een [[Woorden - E#Elektrische stroom|stroom]] van 6 mA meestal ruim voldoende. Bij de achterverlichting kan worden uitgegaan van 4 mA. Bij een dergelijke stroom geven de moderne "high efficiency" leds al een zee van licht. Ook bij binnenverlichting van rijtuigen moet altijd in gedachten worden houden dat het meestal niet fraai is om de maximaal toegelaten [[Woorden - E#Elektrische stroom|stroom]] door de binnenverlichting of om het even welke [[Elektronica basis#De led|led]] te nemen.
−
Ook bij interieurverlichting van rijtuigen moet u altijd in gedachten houden dat het meestal helemaal niet fraai is om de maximaal toegelaten stroom op de binnenverlichting of om het even welke led te zetten.
+
====Rekenvoorbeeld 2====
−
 
+
Hier een rekenvoorbeeld er van uitgaande dat de decoder een spanning geeft van 18 V en de witte led een [[Woorden - E#Elektrische stroom|stroom]] vraagt van 4 mA.
−
<u>Rekenvoorbeeld 1:</u><br />
+
* Voedingsspanning 18 V;
−
Hier een rekenvoorbeeld, waarbij we ervan uitgaan dat de decoder een spanning afgeeft van 18 volt. We berekenen nu een voorschakelweerstand voor een led-stroom van 10 milliamp&egrave;re.
+
* Brandspanning over de led is 3,6 V, spanning over de weerstand is dan 18 - 3,6 = 14,4 V;
−
 
+
* Stroomsterkte door de led is 4 mA = 0,004 A.
−
:* Voedingsspanning is 18 volt.
 
−
:* Drempelspanning over de led is 1,4 volt.
 
−
:* Spanning over de weerstand 18 - 1,4 = 16,6 volt.
 
−
:* Stroomsterkte door de led is 10 milliamp&egrave;re = 0,01 amp&egrave;re.
 
−
 
 
−
We hebben nu weer twee waarden voor de formule. Zetten we die waarden in de formule dan krijgen we:
 
  
−
R = (U - U<sub>led</sub>) / I<sub>led</sub> ofwel R = (18 - 1,4) / 0,01 ofwel R = 16,6 / 0,01
+
Twee van de drie waarden zijn nu bekend en de [[Elektronica basis#De weerstand|weerstand]] is uit te rekenen met de formule:
  
−
De uitkomst is dan: 1660 ohm.
+
R = (U<sub>voeding</sub> - U<sub>led</sub>) / I<sub>led</sub> = (18 - 3,6) / 0,004 = 14,4 / 0,004 = 3600
  
−
De dichtstbijzijnde hogere waarde in de E12-reeks is 1800 ohm. Dus we gebruiken in dit rekenvoorbeeld een koolfilmweerstand van 1800 ohm (1k8).
+
De uitkomst is dan 3600 ohm.
  
−
<u>Rekenvoorbeeld 2:</u><br />
+
De dichtstbijzijnde hogere waarde in de E24-reeks is 3600 ohm, in dit rekenvoorbeeld een weerstand van 3k6.
−
Stel, we hebben een voedingsspanning van 18 volt. We gebruiken een warmwitte led met een drempelspanning van 3,1 volt. We willen een stroomsterkte van 10 milliamp&egrave;re.  
+
====Rekenvoorbeeld 3====
 +
Stel voedingsspanning is 18 volt, warmwitte led met een brandspanning van 3,1 V, [[Woorden - E#Elektrische stroom|stroom]]sterkte van 6 mA.  
  
−
We hebben nu weer een aantal gegevens voor de berekening:
+
Ggevens voor de berekening:
−
:* Voedingsspanning is 18 volt.
+
* Voedingsspanning 18 V;
−
:* Drempelspanning over de led is 3,1 volt.
+
* Brandspanning over de led is 3,1 V, spanningsval over de [[Elektronica basis#De weerstand|weerstand]] is dan 18 - 3,1 = 14,9 V;
−
:* Spanning over de weerstand is 18 - 3,1 = 14,9 volt.
+
* Stroomsterkte door de led is max. 6 mA = 0,006 A.
−
:* Stroomsterkte door de led is max. 10 milliamp&egrave;re = 0,01 Amp&egrave;re.
 
  
−
Zetten we die waarden in de formule dan krijgen we:
+
Deze waarden in de formule geeft:
  
−
R = (U - U<sub>led</sub>) / I<sub>led</sub> ofwel R = (18 - 3,1) / 0,012 ofwel R = 14,9 / 0,01
+
R = (U<sub>voeding</sub> - U<sub>led</sub>) / I<sub>led</sub> = (18 - 3,1) / 0,006 = 14,9 / 0,006 = 2483
  
−
De uitkomst is dan: 1490 ohm.
+
De uitkomst is dan 2483 ohm.
  
−
We zien in bovenstaande berekening dat, bij een voedingsspanning van 18 volt, en een maximale stroom van 10 milliamp&egrave;re, de waarde van de voorschakelweerstand 1490 ohm is. De dichtstbijzijnde hogere waarde in de E-reeks is 1500 ohm. Dus we gebruiken in dit rekenvoorbeeld een weerstand van 1k5.
+
De dichtstbijzijnde hogere waarde in de E12-reeks is 2700 ohm, in dit rekenvoorbeeld een weerstand van 2k7.
 
----
 
----
−
 
+
=== Twee (of meer) leds in serie ===
−
=== Twee leds in serie ===
 
 
{{Afbeelding
 
{{Afbeelding
 
|Bestand= Twee_LEDs_ser02.gif
 
|Bestand= Twee_LEDs_ser02.gif
Regel 124: Regel 131:
 
|Type= Tekening
 
|Type= Tekening
 
}}
 
}}
 +
Bij twee (of meer) leds in [[Woorden - S#Serieschakeling|serie]] voor de frontverlichting is de totale spanningsval over de leds het aantal leds maal de brandspanning van één led. De berekening gaat dan als volgt:
 +
* Voedingsspanning is 18 V;
 +
* Spanning over één led is 2,9 volt. Bij twee stuks in serie 5,8 V. Spanning over de [[Elektronica basis#De weerstand|weerstand]] is dan 18 - 5,8 = 12,2 V;
 +
* Stroomsterkte door beide leds en de weerstand is 4 mA = 0,004 A.
 +
Deze waarden in de formule geeft:
  
−
Bij twee leds in serie voor de frontverlichting, moet u twee maal de drempelspanning nemen en gaat de berekening als volgt:
+
R = (U<sub>voeding</sub> - aantal leds x U<sub>led</sub>) / I<sub>led</sub> = (18 - 2 x 2,9 / 0,004A = 12,2 / 0,004 =3050
−
 
 
−
:* Voedingsspanning is 18 volt.
 
−
:* Drempelspanning over de led is 1,4 volt. Bij twee stuks in serie is dat 2,8 volt.
 
−
:* Spanning over de weerstand 18 - 2,8 = 15,2 volt.
 
−
:* Stroomsterkte door de led is 10 milliamp&egrave;re = 0,01 amp&egrave;re.
 
−
 
 
−
Zetten we die waarden in de formule dan krijgen we:
 
−
 
 
−
R = (U - U<sub>led</sub>) / I<sub>led</sub> ofwel R = (18 - 2,8) / 0,012 ofwel R = 15,2 / 0,01
 
  
−
De uitkomst is dan: 1520 ohm
+
De uitkomst is dan: 3050 ohm
  
−
De dichtstbijzijnde hogere waarde in de E12-reeks is 1600 ohm. Dus we gebruiken in dit rekenvoorbeeld een koolfilmweerstand van 1600 ohm (1k6).
+
De dichtstbijzijnde hogere waarde in de E12- en E24-reeks is 3300 ohm (3k3).
−
Voor de achterverlichting, met twee leds in serie, komen we bij een stroom van 8 milliamp&egrave;re op een weerstandswaarde van 1900 ohm. Dus we gebruiken in dit rekenvoorbeeld een metaalfilmweerstand van 1910 ohm of 1960 ohm (ofwel 1k91 of 1k96).
 
 
----
 
----
 +
====Rekenvoorbeeld 4 ====
 +
Een "High Efficiency/Low Current" led geeft bij ongeveer 2 mA al een zee van licht. Stel; voedingsspanning van 16 volt, brandspanning over de led is volgens de datasheet ongeveer 3,2 V. Gegevens voor de berekening:
 +
* Voedingsspanning is 16 V;
 +
* Brandspanning over de led 3,2 V, spanning over de weerstand is dan 16 - 3,2 = 12,8 V;
 +
* Stroomsterkte door de led is 2 mA = 0,002 A.
 +
Deze waarden in de formule geeft:
  
−
=== De High Efficiency/Low Current led ===
+
R = ((U<sub>voeding</sub> - aantal leds x U<sub>led</sub>) / I<sub>led</sub> = (16 - 3,2) / 0,012 = 12,8 / 0,002 = 6400
−
<u>Rekenvoorbeeld 3:</u>
 
−
 
 
−
Een High Efficiency/Low Current led geeft bij ongeveer twee milliamp&egrave;re al een zee van licht. Stel, we hebben een voedingsspanning van 16 volt. In het volgende rekenvoorbeeld is de drempelspanning over de led (volgens de datasheet) ongeveer 3,2 volt.
 
−
 
 
−
We hebben nu weer een aantal gegevens voor de berekening:
 
−
:* Voedingsspanning is 16 volt.
 
−
:* Drempelspanning over de led is 3,2 volt.
 
−
:* Spanning over de weerstand is 16 - 3,2 = 12,8 volt.
 
−
:* Stroomsterkte door de led is twee milliamp&egrave;re = 0,002 amp&egrave;re.
 
−
 
 
−
Zetten we die waarden in de formule dan krijgen we:
 
−
 
 
−
R = (U - U<sub>led</sub>) / I<sub>led</sub> ofwel R = (16 - 3,2) / 0,012 ofwel R = 12,8 / 0,002
 
−
 
 
−
De uitkomst is dan: 6400 ohm.
 
  
−
We zien in bovenstaande voorbeeldberekening, dat bij een voedingsspanning van 16 volt, en een maximale stroom van 2 milliamp&egrave;re, de waarde van de voorschakelweerstand 6400 ohm is. De dichtstbijzijnde hogere waarde in de E-reeks is 6800 ohm. Dus we gebruiken in dit rekenvoorbeeld een weerstand van 6k8.
+
De uitkomst is dan: 6400 ohm. De dichtstbijzijnde hogere waarde in de [[Elektronica basis#E-reeksen|E-reeks]] is 6800 ohm (6k8).
 +
====Rekenvoorbeeld 5====
 +
Een simpele voeding: een trafo met een bruggelijkrichter en een elco van 470 &micro;F. Op de elco staat 17,5 volt. Voor "Low Current" leds types een maximale [[Woorden - E#Elektrische stroom|stroom]]sterkte van 2 mA ofwel 0,002 A. De brandspanning over één "Low Current" led is ongeveer 2 V. Bij 2 leds in [[Woorden - S#Serieschakeling|serie]] dus 4 V.  
  
−
<u>Rekenvoorbeeld 4:</u>
+
Gegevens voor de berekening:
 +
* Voedingsspanning is 17,5 V;
 +
* Brandspanning over één led is 2 V, over beide leds in serie valt in totaal 4 V, spanning over de weerstand is dan 17,5 - 4 = 13,2 volt;
 +
* Stroom door de leds en [[Elektronica basis#De weerstand|weerstand]] is 2 mA = 0,002 A.
 +
In de formule geeft dit:
  
−
We hebben een simpele voeding: een trafo met een bruggelijkrichter en een elco van 470 &micro;F. Op de elco meten we 17,5 volt. Voor de leds gaan we weer uit van 'Low Current' types, dus de maximale stroomsterkte is twee milliamp&egrave;re ofwel 0,002 A. De drempelspanning over een 'Low Current'-led is ongeveer 2 volt. We passen twee leds toe. We hebben nu weer een aantal gegevens voor de berekening:
+
R = (U<sub>voeding</sub> - aantal leds x U<sub>led</sub>) / I<sub>led</sub> = (17,5 - 4) / 0,002 = 13,5 / 0,002 = 6750
  
−
:* Voedingsspanning is 17,5 volt.
+
De uitkomst is dan 6750 Ohm, eerstvolgende hogere waarde in de E12-Reeks is 6800 Ohm (6k8).
−
:* Drempelspanning over de led is 2 volt. Over beide leds in serie valt in totaal 4 volt.
+
=== Opgenomen vermogen in de serieweerstand ===
−
:* Spanning over de weerstand is 17,5 - 4 = 13,2 volt.
+
====Rekenvoorbeeld 6====
−
:* Stroomsterkte door de led is 2 milliamp&egrave;re = 0,002 amp&egrave;re.
+
"Low Current" led;
−
 
+
* Voedingsspanning 16 V;
−
Zetten we die waarden in de formule dan krijgen we:
+
* Brandspanning over de led is 3,2 V, spanning over de weerstand is dan 16 - 3,2 = 12,8 V;
−
 
+
* Stroomsterkte door de led is 2 mA = 0,002 A.  
−
R = (U - U<sub>led</sub>) / I<sub>led</sub> ofwel R = (17,5 - 4) / 0,002 ofwel R = 13,5 / 0,002
 
−
 
 
−
De uitkomst is dan: 6750 Ohm.
 
−
 
 
−
Eerstvolgende hogere waarde in de E12-Reeks en de E24-Reeks is 6800 Ohm. We nemen dus een weerstand van 6k8.
 
−
 
 
−
 
 
−
<u>Rekenvoorbeeld 5:</u>
 
−
 
 
−
Hier geven we een voorbeeld dat eigenlijk onrealistisch is, want bij een analoge baan brandt de verlichting alleen op volle sterkte wanneer de regelaar helemaal open staat. Zodra u de snelheid van de locomotief terugnemen, zal ook de verlichting minder fel gaan branden.
 
−
 
 
−
Bij een analoge baan wordt gebruik gemaakt van een trafo met een gelijkspanning van 14 volt op de railsaansluiting. We gebruiken een bruggelijkrichter en daaraan gekoppeld een elco. Over de bruggelijkrichter valt 1,4 volt. Over de elco staat dan een spanning van 14 - 1,4 = 12,6 volt. Voor de <u>''Drie <u>''Drie leds in serie.''</u><br />
 
−
Wanneer u drie leds in serie wilt gaan gebruiken, zult u weerstand R1 opnieuw moeten berekenen. We hebben nu namelijk drie maal de drempelspanning over de leds staan.
 
−
 
 
−
:* Voedingsspanning is 17,5 volt.
 
−
:* Drempelspanning over de led is 2 volt. Over de drie leds in serie valt in totaal 6 volt.
 
−
:* Spanning over de weerstand is 17,5 - 6 = 11,5 volt.
 
−
:* Stroomsterkte door de led is 2 milliamp&egrave;re = 0,002 amp&egrave;re.
 
−
 
 
−
Zetten we die waarden in de formule dan krijgen we:
 
−
 
 
−
R = (U - U<sup>led</sup>) / I<sup>led</sup> ofwel R = (17,5 - 6) / 0,002 ofwel R = 11,5 / 0,002
 
−
 
 
−
De uitkomst is dan: 5750 Ohm.
 
−
 
 
−
Eerstvolgende hogere waarde in de E12-Reeks is 6800 Ohm en in de E24-Reeks is dat 6200 Ohm. We nemen dus bij drie leds een weerstand van 6k8 of 6k2.
 
−
 
 
−
<u>Rekenvoorbeeld 6:</u>
 
−
 
 
−
Wanneer u een spanningstabilisatie IC toepast zoals de uA78L12 ziet de berekening er zo uit:<br />
 
−
De uitgangsspanning van de 78L12 is 12 volt.
 
−
 
 
−
:* Voedingsspanning is 12 volt.
 
−
:* Drempelspanning over de led is 2 volt. Over beide leds in serie valt in totaal 4 volt.
 
−
:* Spanning over de weerstand is 12 - 4 = 8 volt. We moeten dus 8 volt 'wegwerken' met weerstand R.
 
−
:* Stroomsterkte door de led is 2 milliamp&egrave;re.
 
−
 
 
−
Zetten we die waarden in de formule, dan krijgen we:
 
−
 
 
−
R = (U - U<sup>leds</sup>) / I<sup>leds</sup> ofwel R = (12 - 4) / 0,002 ofwel R = 8 / 0,002
 
−
 
 
−
De uitkomst is dan 4000 Ohm. Eerstvolgende hogere waarde in de E12-Reeks is 4k2 en in de E24-Reeks is dat 4020 Ohm. We nemen in dit rekenvoorbeeld dus een weerstand van 4k2 of 4k02.
 
−
 
 
−
 
−
<u>Rekenvoorbeeld 7, 'Low Current'-led</u>
 
−
:* Voedingsspanning is 16 volt.
 
−
:* Drempelspanning over de diode is 3,2 volt.
 
−
:* Spanning over de weerstand is 16 - 3,2 = 12,8 volt.
 
−
:* Stroomsterkte door de led is 2 milliamp&egrave;re.  
 
  
 
P = U &times; I, dus P = 12,8 &times; 0,002 = 0,0256 watt.  
 
P = U &times; I, dus P = 12,8 &times; 0,002 = 0,0256 watt.  
  
−
Een weerstand met een belastbaarheid van <big>&#8539;</big> (&eacute;&eacute;nachtste) watt is in dit rekenvoorbeeld dus meer dan voldoende.
+
Een [[Elektronica basis#De weerstand|weerstand]] met een belastbaarheid van <big>&#8539;</big> (1/8) watt is in dit rekenvoorbeeld dus meer dan voldoende.
 +
=== Opgenomen vermogen serieweerstand bij een hogere spanning ===
 +
====Rekenvoorbeeld 7====
 +
* Voedingsspanning 18 V
 +
* Brandspanning over de led 2,9 V, spanning over de weerstand is dan 18 - 2,9 = 15,1 V
 +
* Stroom door de led is 10 mA = 0,010 A
  
−
=== Berekening van de belastbaarheid van de voorschakelweerstand bij een hogere spanning ===
+
P = U &times; I, dus P = 15,1 &times; 0,010 = 0,151 watt (afgerond 0,15 watt)
−
<u>Rekenvoorbeeld 8:</u>
 
−
:* Voedingsspanning is 18 volt.
 
−
:* Drempelspanning over de led 2,9 volt.
 
−
:* Spanning over de weerstand is 18 - 2,9 = 15,1 volt.
 
−
:* Stroom door de led is 10 milliamp&egrave;re
 
  
−
P = U &times; I, dus P = 15,1 &times; 0,01 = 0,151 watt (afgerond 0,16 watt)
+
In dit rekenvoorbeeld dus een weerstand met een belastbaarheid van <big>&frac14;</big> (0,25) watt.
−
 
+
----
−
We gebruiken in dit rekenvoorbeeld dus een weerstand met een belastbaarheid van <big>&frac14;</big> (0,25) watt.
+
De elektronicus gebruikt voor de belastbaarheid van een weerstand ook wel de term "zwaarte". Met "een zwaardere weerstand" wordt dan een [[Elektronica basis#De weerstand|weerstand]] bedoeld die met een groter [[Woorden - V#Vermogen|vermogen]] kan worden belast. De "zwaarte" van een weerstand heeft dus totaal niets met de weerstandwaarde of met het gewicht ervan te maken. De weerstand moet een vermogen hebben van minimaal de [[#Rekenvoorbeeld 7|berekende waarde]] en alles wat groter is, is prima, maar de weerstand is dan in afmetingen wel groter.
−
 
 
−
=== Koolfilm of metaalfilm? ===
 
−
Er zijn twee typen weerstanden in de handel verkrijgbaar; koolfilm en metaalfilm. Voor toepassingen met leds voldoet een koolfilmweerstand prima.
 
−
 
 
−
Als laatste nog even dit:<br />
 
−
De elektronicus gebruikt voor de belastbaarheid van een weerstand ook wel de term 'zwaarte'. Wanneer hij het heeft over een 'zwaardere weerstand', bedoeld hij een weerstand die met een groter vermogen kan worden belast. De 'zwaarte' van een weerstand heeft dus totaal niets met de weerstandwaarde, of met het gewicht ervan, te maken.<br />
 
−
De weerstand moet een vermogen moet hebben van minimaal het berekende en dat alles wat groter is gewoon prima is. Hetzij dat de weerstand dan in afmetingen wel groter wordt.
 
  
−
Zoals u ziet wordt hierboven altijd naar de eerstvolgende hogere waarde in de E-reeks verwezen. De reden waarom in de elektronica altijd de eerstvolgende hogere waarde in de E-Reeks gekozen wordt, is dat weerstanden altijd een bepaalde tolerantie bezitten (bijv. 10 procent in de E-12 Reeks en vijf procent in de E24-Reeks). Door nu de eerstvolgende hogere waarde te nemen voorkomt men dat de stroom door een component (zoals een led) te hoog kan worden. Bij deze hogere weerstandswaarde loopt er weliswaar iets minder stroom door de leds, maar dat is geen enkel probleem. De moderne leds geven zoveel licht dat het effect van die iets lagere stroomsterkte verwaarloosbaar is.
+
Zoals hierboven aangegeven wordt altijd naar de eerstvolgende hogere waarde in de [[Elektronica basis#E-reeksen|E-reeks]] verwezen. De reden hiervoor in de elektronica is dat weerstanden altijd een bepaalde [[Woorden - T#Tolerantie|tolerantie]] bezitten (bijv. &#177;10% in de E-12 Reeks en 5% in de E24-Reeks). Door nu de eerstvolgende hogere waarde te nemen wordt voorkomen dat de [[Woorden - E#Elektrische stroom|stroom]] door een [[Woorden - C#Component|component]] (zoals een [[Elektronica basis#De led|led]]) te hoog kan worden. Bij deze hogere weerstandswaarde loopt er weliswaar iets minder stroom door de leds, maar dat is geen enkel probleem. De moderne leds geven zoveel licht dat het effect van die iets lagere stroomsterkte verwaarloosbaar is.
−
 
 
−
----
 
−
De hier vermelde weerstandswaarden zijn richtwaarden. Wanneer de verlichting te fel is, kunt u altijd een hogere weerstandswaarde toepassen.
 
  
 +
De hier vermelde weerstandswaarden zijn richtwaarden. Wanneer de led te fel brandt, kan altijd een hogere weerstandswaarde gebruikt worden.
 
{{Linkssectie begin
 
{{Linkssectie begin
 
|Box= AlleenInfo
 
|Box= AlleenInfo
Regel 254: Regel 195:
 
{{Linkssectie tussenkop
 
{{Linkssectie tussenkop
 
|Koptekst= Encyclopedie:
 
|Koptekst= Encyclopedie:
−
}}
 
−
{{Link intern
 
−
|Link= Cursussen en handleidingen
 
−
|Linknaam= Cursus basiselektronica
 
−
|ExtraInfo= (zie: Cursussen).
 
 
}}
 
}}
 
{{Link intern
 
{{Link intern
Regel 265: Regel 201:
 
}}
 
}}
 
{{Link intern
 
{{Link intern
−
|Link= Hoe sluit u leds aan
+
|Link= Het aansluiten van leds
−
|Linknaam= Hoe sluit u leds aan
+
|Linknaam= Het aansluiten van leds
 
}}
 
}}
 
{{Link intern
 
{{Link intern
−
|Link= Rijtuigverlichting
+
|Link= Binnenverlichting voor rijtuigen
−
|Linknaam= Rijtuigverlichting
+
|Linknaam= Binnenverlichting voor rijtuigen
 
}}
 
}}
 
{{Linkssectie scheiding}}
 
{{Linkssectie scheiding}}
Regel 278: Regel 214:
 
{{Link Forum-Meerkeuze
 
{{Link Forum-Meerkeuze
 
|Volgnr = 152 <!--stroombron-->
 
|Volgnr = 152 <!--stroombron-->
−
|ExtraInfo= over het gebruik van een stroombron bij leds.
+
|ExtraInfo= over het gebruik van een [[Woorden - E#Elektrische stroom|stroom]]bron bij leds.
 
}}
 
}}
 
{{Linkssectie scheiding}}
 
{{Linkssectie scheiding}}
Regel 290: Regel 226:
 
{{Link Algemeen-Meerkeuze
 
{{Link Algemeen-Meerkeuze
 
|Volgnr= 254 <!-- faq.tweakers.net -->
 
|Volgnr= 254 <!-- faq.tweakers.net -->
−
|ExtraInfo= Hulpmiddel voor het berekenen van de waarde van de voorschakelweerstand.
+
|ExtraInfo= Hulpmiddel voor het berekenen van de waarde van de [[Woorden - S#Serieschakeling|serie]]weerstand.
 
}}
 
}}
 
{{Link NL-Wikipedia-Meerkeuze
 
{{Link NL-Wikipedia-Meerkeuze
Regel 297: Regel 233:
 
}}
 
}}
 
{{Linkssectie einde
 
{{Linkssectie einde
−
}}
+
}} {{Voettekst
−
 
+
|Vorige= Het aansluiten van leds
−
{{Voettekst
+
|Volgende= Wat is een knipperled
−
|Vorige= Hoe sluit u leds aan
 
−
|Volgende= Wat is een knipper-led
 
 
|VorigeMenu= Elektronica analoog
 
|VorigeMenu= Elektronica analoog
−
}}
+
}} {| width= "100%"
−
[[Categorie: Alles|L]]
+
|- valign= "top"
−
[[Categorie: Artikel|Led voorschakelweerstand berekenen]]
+
! scope= "row" width="70%" |
−
[[Categorie: Bedrading|L]]
+
| <small>Laatste wijziging: 19 jan 2025 11:00 (CET)</small>
−
[[Categorie: Elektronica|L]]
+
|}
−
[[categorie: Elektronica analoog|L]]
+
[[Categorie: Alles|M]]
−
[[Categorie: Led|L]]
+
[[Categorie: Artikel|Minimale led serieweerstand berekenen]]
−
[[Categorie: Verlichting|L]]
+
[[Categorie: Bedrading|M]]
−
[[Categorie: Fred Eikelboom|L]]
+
[[Categorie: Elektronica|M]]
 +
[[categorie: Elektronica analoog|M]]
 +
[[Categorie: Led|M]]
 +
[[Categorie: Verlichting|M]]
 +
[[Categorie: Fred Eikelboom|M]]

Huidige versie van 19 jan 2025 om 12:01

Hoofdpagina  Categorie-index  Index  Menu
Vorige | Volgende

Onder redactie van: BeneluxSpoor.net / Auteur: Fred Eikelboom

Inleiding

Om de stroom door een led te beperken tot een veilige waarde moet een weerstand in serie met de led geschakeld worden. Dit artikel geeft aan hoe de minimale led serieweerstand te berekenen.

Vroeger gebruikte men de term "voorschakelweerstand". Deze term zou tot verwarring kunnen leiden. Beter zou het zijn om van "serieweerstand" te spreken. Het is een weerstand die altijd in serie met een ander onderdeel geschakeld wordt. Ook zou men kunnen denken dat de voorschakelweerstand altijd vóór de led(s) moet worden gemonteerd. Het maakt echter elektrisch gezien totaal niet uit aan welke kant van de led(s) de weerstand zit. Het ligt er maar net aan wat gemakkelijker uitkomt in de locomotief of rijtuig. Zorg er daarom voor dat de led in de doorlaatrichting met de anode (lange aansluiting) aan de pluskant komt. Zie ook het artikel Het aansluiten van leds.

Er bestaan leds met korte stugge draadjes die in een printplaat gestoken worden (zogenaamde "through-hole" technologie), er bestaan SMD-leds die rechtstreeks op de print gemonteerd worden en er zijn SMD-leds met draadjes er aan gesoldeerd. Een led werkt fundamenteel anders dan een gloeilamp. Bij een gloeilamp bepalen de spanning die er over staat en de weerstand van de gloeidraad hoeveel stroom er door de gloeilamp loopt. Een gloeilamp is spanninggestuurd. Hoe meer spanning er over de lamp staat, hoe meer licht deze geeft.

Een led heeft geen gloeidraad, het is een speciale diode. De hoogte van de stroom bepaalt hoeveel licht de led geeft. De spanning over de diode blijft over een geleidende diode (nagenoeg) gelijk. Een led is dus stroomgestuurd. De fabrikant geeft daarom in de datasheet een maximale waarde voor de stroom (Imax). Bij die waarde is een redelijke levensduur van de led te verwachten.

Soms wordt gewoon de maximaal toelaatbare spanning op een led gezet. Dat houdt echter een zeer groot risico in. Zodra de voedingsspanning ook maar even iets hoger wordt dan de normale spanningswaarde, zal de stroom sterk toenemen en zit de led meteen in de gevarenzone en dan is het nagenoeg uitgesloten dat de led dit overleeft.

Bij leds moet dus een weerstand worden gebruikt om de stroom door de led te beperken. Zonder weerstand (of een weerstand met een te lage waarde) of bij een te hoge voedingsspanning, brandt de led meteen door.

Weerstandstype

Er zijn drie typen weerstanden in de handel verkrijgbaar; koolstoffilm, metaalfilm en draadgewonden. Voor toepassingen met leds voldoet een koolfilmweerstand uit de E12- of E24 reeks prima.

De brandspanning van de led

Brandspanning
rode leds 1,9 Volt
gele leds 2,0 Volt
groene leds 2,1 Volt
blauwe leds 3,6 volt
witte leds 3,6 volt
Willen we de brandspanning exact weten, dan kunnen we deze waarde vinden via Google in de datasheet. Het gaat dan om de "Forward voltage" (Vf).
Door het verschil in brandspanning van verschillende kleuren en typen leds mag er geen witte led (3,6 volt) met een rode led (1,9 volt) in serie worden geschakeld. Door beide leds loopt dan dezelfde stroom en dat kon nog wel eens een verschillende helderheid opleveren. Sluit dus rode en witte leds altijd via een eigen serieweerstand aan.
Tabel: 01
Tabel gemaakt door: Fred Eikelboom

Nodig voor het berekenen

Er zijn steeds drie dingen die bekend moeten zijn om een juiste berekening te maken:

  • de voedingsspanning: deze spanning verschilt tussen de verschillende centrales. Bij gebruik van een decoder is de spanning tussen een functieaansluiting en de gemeenschappelijke (blauwe) draad te meten (met de functie ingeschakeld). Als er geen decoder toegepast wordt, dient een gelijkrichter tussen de rails en meter aangesloten te worden. Deze gelijkrichter is ook nodig om de leds aan te sluiten. Meet bij analoog gebruik bij de maximaal gebruikte stand van de rijregelaar. Zie ook het artikel "Binnenverlichting voor rijtuigen". Bij rijden op meerdere verschillende banen (bijvoorbeeld clubbaan of bij vrienden), is uitgaan van 20 V bij digitale aansturing en 14 V bij analoge aansturing een veilig uitgangspunt;
  • de brandspanning: dit is de spanning over een brandende led. Deze spanning (Vf ofwel Vforward) staat in de datasheet van de fabrikant. Als de brandspanning niet te vinden is, dan is de brandspanning ook heel eenvoudig te meten. Sluit een weerstand van 1k8 aan op de anode van de led en sluit de andere zijde van de weerstand aan op de plus van een voeding van ongeveer 12 V gelijkspanning. Sluit de kathode van de led aan op de min van de voeding en meet nu met een multimeter hoeveel spanning er over de led staat (rode draad van de meter aan de pluszijde van de led). Als vuistregel geldt ongeveer 2 volt voor (normale) rode, gele, oranje en groene leds en 3 volt voor (warm) witte, blauwe en "high efficiency" groene leds. Hoe leds kunnen worden aangesloten, is te zien in het artikel Het aansluiten van leds;
  • de stroom: de maximale stroomsterkte (If ofwel Iforward) staat in de datasheet van de fabrikant. Let wel, dit is zoals vermeld de maximale stroomsterkte. Minder stroom mag altijd. Voor een veilige marge kan worden uitgegaan van de helft hiervan. Normale leds hebben een maximale stroom van 20 mA. "High Power" of "Low Current" hebben al genoeg aan 2 tot 5 mA. Is geen maximale stroom voor de led te vinden, dan is 3 mA een veilige maximale waarde om vanuit te gaan.

Minimale waarde van de serieweerstand

LED vsw01.gif
Afbeelding: 01
Led met serieweerstand
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

Om er voor te zorgen dat de stroom door de led niet te hoog kan worden, zal de serieweerstand een bepaalde minimale waarde moeten hebben. Het berekenen van de minimale waarde kan met de "Wet van Ohm".

De formule voor het berekenen van de weerstandswaarde is: R = U / I, ofwel; weerstand is spanning gedeeld door stroom (ohm = volt / ampères).

Door de brandspanning van de led(s) wordt de formule: R = (U - Uled) / Iled gebruikt. Hierbij is R de waarde van de weerstand in ohm, U de voedingsspanning in volt, Uled de brandspanning over de led in volt en Iledde stroom door de led in ampére;. De voedingsspanning U wordt verminderd met de spanning over de led Uled.

Rekenvoorbeeld 1

Twee leds in serie, aan te sluiten op een locdecoder. Bij een locdecoder staat een gelijkspanning van 16 tot 18 volt op de blauwe draad. Dit rekenvoorbeeld gaat uit van 16 volt. De brandspanning van de led is volgens de datasheet 1,9 volt.

Gegevens voor de berekening:

  • Voedingsspanning is 16 V;
  • Spanningsval over één led is 1,9 V, daarmee is de spanningsval over de weerstand 16 - 1,9 - 1,9 = 12,2 V (twee leds in serie);
  • Stroomsterkte door beide leds in serie is 5 mA = 0,005 A.

Deze waarden in de formule geeft:

R = (Uvoeding - 2 x Uled) / Iled = (16 - 1,9 - 1,9) / 0,005 = 12,2 / 0,005 = 2440 ohm.

De dichtstbijzijnde waarde in de E12-reeks is 2200 ohm (2k2, rood-rood-rood), maar de dichtstbijzijnde hogere waarde is 2700 ohm (2k7, rood-paars-rood). Bij gebruik van SMD-leds kunnen ook SMD-weerstanden worden gebruikt.

Uit de voorbeeldberekening blijkt dat bij een voedingsspanning van 16 V een stroom van 5 mA en twee leds in serie, de praktische "minimale waarde" van de weerstand 2700 ohm is.

Een maximale waarde voor de serieweerstand is niet te berekenen, dat is een kwestie van uitproberen. Wanneer de weerstandswaarde te hoog gekozen wordt, geeft de led gewoon geen licht meer. Het enige waar dus rekening mee gehouden moet worden, is de minimale waarde van de serieweerstand; alle waarden tussen de praktische 1200 ohm en de experimenteel vastgestelde maximumwaarde is te gebruiken.

Let-op.jpg
  LET OP		 Neem nooit een lagere weerstandswaarde dan berekend want dan is de stroom door de led(s) te hoog en zal deze gegarandeerd defect raken!!

De praktijk

In de praktijk zal voor de locomotiefverlichting 4 tot 8 mA door de leds lopen. Als frontverlichting hoeft de loc geen verstralers te hebben en aan de achterzijde hoeft de verlichting ook niet zo sterk te branden als aan de voorzijde. Voor de frontverlichting is een stroom van 6 mA meestal ruim voldoende. Bij de achterverlichting kan worden uitgegaan van 4 mA. Bij een dergelijke stroom geven de moderne "high efficiency" leds al een zee van licht. Ook bij binnenverlichting van rijtuigen moet altijd in gedachten worden houden dat het meestal niet fraai is om de maximaal toegelaten stroom door de binnenverlichting of om het even welke led te nemen.

Rekenvoorbeeld 2

Hier een rekenvoorbeeld er van uitgaande dat de decoder een spanning geeft van 18 V en de witte led een stroom vraagt van 4 mA.

  • Voedingsspanning 18 V;
  • Brandspanning over de led is 3,6 V, spanning over de weerstand is dan 18 - 3,6 = 14,4 V;
  • Stroomsterkte door de led is 4 mA = 0,004 A.

Twee van de drie waarden zijn nu bekend en de weerstand is uit te rekenen met de formule:

R = (Uvoeding - Uled) / Iled = (18 - 3,6) / 0,004 = 14,4 / 0,004 = 3600

De uitkomst is dan 3600 ohm.

De dichtstbijzijnde hogere waarde in de E24-reeks is 3600 ohm, in dit rekenvoorbeeld een weerstand van 3k6.

Rekenvoorbeeld 3

Stel voedingsspanning is 18 volt, warmwitte led met een brandspanning van 3,1 V, stroomsterkte van 6 mA.

Ggevens voor de berekening:

  • Voedingsspanning 18 V;
  • Brandspanning over de led is 3,1 V, spanningsval over de weerstand is dan 18 - 3,1 = 14,9 V;
  • Stroomsterkte door de led is max. 6 mA = 0,006 A.

Deze waarden in de formule geeft:

R = (Uvoeding - Uled) / Iled = (18 - 3,1) / 0,006 = 14,9 / 0,006 = 2483

De uitkomst is dan 2483 ohm.

De dichtstbijzijnde hogere waarde in de E12-reeks is 2700 ohm, in dit rekenvoorbeeld een weerstand van 2k7.

Twee (of meer) leds in serie

Twee LEDs ser02.gif
Afbeelding: 02
Serieschakeling twee leds
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

Bij twee (of meer) leds in serie voor de frontverlichting is de totale spanningsval over de leds het aantal leds maal de brandspanning van één led. De berekening gaat dan als volgt:

  • Voedingsspanning is 18 V;
  • Spanning over één led is 2,9 volt. Bij twee stuks in serie 5,8 V. Spanning over de weerstand is dan 18 - 5,8 = 12,2 V;
  • Stroomsterkte door beide leds en de weerstand is 4 mA = 0,004 A.

Deze waarden in de formule geeft:

R = (Uvoeding - aantal leds x Uled) / Iled = (18 - 2 x 2,9 / 0,004A = 12,2 / 0,004 =3050

De uitkomst is dan: 3050 ohm

De dichtstbijzijnde hogere waarde in de E12- en E24-reeks is 3300 ohm (3k3).

Rekenvoorbeeld 4

Een "High Efficiency/Low Current" led geeft bij ongeveer 2 mA al een zee van licht. Stel; voedingsspanning van 16 volt, brandspanning over de led is volgens de datasheet ongeveer 3,2 V. Gegevens voor de berekening:

  • Voedingsspanning is 16 V;
  • Brandspanning over de led 3,2 V, spanning over de weerstand is dan 16 - 3,2 = 12,8 V;
  • Stroomsterkte door de led is 2 mA = 0,002 A.

Deze waarden in de formule geeft:

R = ((Uvoeding - aantal leds x Uled) / Iled = (16 - 3,2) / 0,012 = 12,8 / 0,002 = 6400

De uitkomst is dan: 6400 ohm. De dichtstbijzijnde hogere waarde in de E-reeks is 6800 ohm (6k8).

Rekenvoorbeeld 5

Een simpele voeding: een trafo met een bruggelijkrichter en een elco van 470 µF. Op de elco staat 17,5 volt. Voor "Low Current" leds types een maximale stroomsterkte van 2 mA ofwel 0,002 A. De brandspanning over één "Low Current" led is ongeveer 2 V. Bij 2 leds in serie dus 4 V.

Gegevens voor de berekening:

  • Voedingsspanning is 17,5 V;
  • Brandspanning over één led is 2 V, over beide leds in serie valt in totaal 4 V, spanning over de weerstand is dan 17,5 - 4 = 13,2 volt;
  • Stroom door de leds en weerstand is 2 mA = 0,002 A.

In de formule geeft dit:

R = (Uvoeding - aantal leds x Uled) / Iled = (17,5 - 4) / 0,002 = 13,5 / 0,002 = 6750

De uitkomst is dan 6750 Ohm, eerstvolgende hogere waarde in de E12-Reeks is 6800 Ohm (6k8).

Opgenomen vermogen in de serieweerstand

Rekenvoorbeeld 6

"Low Current" led;

  • Voedingsspanning 16 V;
  • Brandspanning over de led is 3,2 V, spanning over de weerstand is dan 16 - 3,2 = 12,8 V;
  • Stroomsterkte door de led is 2 mA = 0,002 A.

P = U × I, dus P = 12,8 × 0,002 = 0,0256 watt.

Een weerstand met een belastbaarheid van ⅛ (1/8) watt is in dit rekenvoorbeeld dus meer dan voldoende.

Opgenomen vermogen serieweerstand bij een hogere spanning

Rekenvoorbeeld 7

  • Voedingsspanning 18 V
  • Brandspanning over de led 2,9 V, spanning over de weerstand is dan 18 - 2,9 = 15,1 V
  • Stroom door de led is 10 mA = 0,010 A

P = U × I, dus P = 15,1 × 0,010 = 0,151 watt (afgerond 0,15 watt)

In dit rekenvoorbeeld dus een weerstand met een belastbaarheid van ¼ (0,25) watt.

De elektronicus gebruikt voor de belastbaarheid van een weerstand ook wel de term "zwaarte". Met "een zwaardere weerstand" wordt dan een weerstand bedoeld die met een groter vermogen kan worden belast. De "zwaarte" van een weerstand heeft dus totaal niets met de weerstandwaarde of met het gewicht ervan te maken. De weerstand moet een vermogen hebben van minimaal de berekende waarde en alles wat groter is, is prima, maar de weerstand is dan in afmetingen wel groter.

Zoals hierboven aangegeven wordt altijd naar de eerstvolgende hogere waarde in de E-reeks verwezen. De reden hiervoor in de elektronica is dat weerstanden altijd een bepaalde tolerantie bezitten (bijv. ±10% in de E-12 Reeks en 5% in de E24-Reeks). Door nu de eerstvolgende hogere waarde te nemen wordt voorkomen dat de stroom door een component (zoals een led) te hoog kan worden. Bij deze hogere weerstandswaarde loopt er weliswaar iets minder stroom door de leds, maar dat is geen enkel probleem. De moderne leds geven zoveel licht dat het effect van die iets lagere stroomsterkte verwaarloosbaar is.

De hier vermelde weerstandswaarden zijn richtwaarden. Wanneer de led te fel brandt, kan altijd een hogere weerstandswaarde gebruikt worden.

Meer informatie

Encyclopedie:
Beneluxspoor.net:
over het gebruik van een stroombron bij leds.
Externe websites:
Weerstanden.
Hulpmiddel voor het berekenen van de waarde van de serieweerstand.
Overzicht E-reeksen.


Hoofdpagina  Categorie-index  Index  Menu
Vorige | Volgende
 Contact met de redactie: Contact met de redactie 
Laatste wijziging: 19 jan 2025 11:00 (CET)
Overgenomen van "https://encyclopedie.beneluxspoor.eu/index.php?title=Minimale_led_serieweerstand_berekenen&oldid=53596"