Onder redactie van: BeneluxSpoor.net / Auteur: Fred Eikelboom
Berekening voorschakelweerstand van Led's (Light Emitting Diodes)
Bij Led's moeten we een voorschakelweerstand toepassen om de stroom door de Led te beperken. Gebruikt u géén voorschakelweerstand, dan kunt u de Led meteen naar de eeuwige elektronische jachtvelden brengen.
Sjabloon:Tekening
Het berekenen van de weerstandswaarde gaat als volgt, met toepassing van de Wet van Ohm:
Stel, we hebben een rode Led die maximaal 20 mA mag hebben en we sluiten die Led aan op een locdecoder. Een locdecoder geeft een gelijkspanning van 16 tot 18 Volt af op de blauwe draad. Over de Led valt een spanning van ongeveer 1,4 Volt. We gaan uit van een spanning van 16 Volt.
- 16 - 1,4 = 14,6 Volt
- 20 mA = 0,02 Ampère
We hebben nu twee waarden voor de formule. Zetten we die waarden in de formule dan krijgen we:
- R = U / I oftewel R = 14,6 / 0,02
- De uitkomst is dan: 730 Ω (Ohm).
- De dichtstbijzijnde hogere waarde in de E-reeks is 820 Ω. Dus we gebruiken hier een weerstand van 820 Ω
High Efficency/Low Current-Led
Een High Efficency/Low Current-Led geeft bij ongeveer 2 mA al een zee van licht. Stel, we hebben een voedingsspanning van 16 Volt. Over de Led valt een spanning van ongeveer 3,2 Volt.
- 16 - 3,2 = 12,8 Volt
- 2 mA = 0,002 Ampère
We hebben nu weer twee waarden voor de formule.
- R = U / I oftewel R = 12,8 / 0,002
- De uitkomst is dan: 6400 Ω
De dichtstbijzijnde hogere waarde in de E-reeks is 6800 Ω. Dus we gebruiken hier een weerstand van 6K8.
Sjabloon:Tekening
De belastbaarheid van de weerstand
De belastbaarheid (ook wel 'het vermogen' genoemd) van de voorschakelweerstand berekenen we als volgt:
(voorbeeld 1, gewone Led)
- Spanning over de weerstand is 14,6 Volt
- Stroom door de weerstand is 20 milliAmpère. P = U × I, dus P = 14,6 × 0,02 = 0,292 Watt. (afgerond 0,3 Watt)
- Een weerstand met een belastbaar vermogen van ⅓ (éénderde) Watt is hier voldoende
(voorbeeld 2, LowCurrent-Led)
- Spanning over de weerstand is 12,8 Volt
- Stroom door de weerstand is twee milliAmpère. P = U × I, dus P = 12,8 × 0,002 = 0,0256 Watt.
- Een weerstand(je) met een belastbaar vermogen van ⅛ (éénachtste) Watt is hier dus meer dan voldoende
We zien dus in bovenstaande berekening dat, bij een voedingsspanning van 16 Volt, de minimale waarde van de voorschakelweerstand 820 Ω is. De maximale waarde 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 die berekende 820 Ω, en de experimenteel vastgesteld maximumwaarde kunt u toepassen (mits de Led een 20 mA-type is). Bij een 2 milliAmpère-Led en 16 Volt is 6K8 de minimale waarde.
Maar wat, als de decoder meer spanning afgeeft, bijv. 18 Volt? Dat gaan we weer berekenen:
- Spanning over de Led is bijv. 1,4 Volt
- 18 - 1,4 = 16,6 Volt
- 20 mA = 0,02 Ampère
We hebben nu weer twee waarden voor de formule. Zetten we die waarden in de formule dan krijgen we:
- R = U / I oftewel R = 16,6 / 0,02
- De uitkomst is dan: 830 Ω
De dichtstbijzijnde hogere waarde in de E-reeks = 1000 Ω. Dus we gebruiken hier een weerstand van 1000 Ω (oftewel 1K).
Zoals hierboven al aangegeven is, moeten we ook hier weer de belastbaarheid van de voorschakelweerstand uitrekenen:
Berekening v.d. belastbaarheid (ook wel 'vermogen' genoemd) van de voorschakelweerstand
De belastbaarheid van de weerstand bij 18 Volt:
- Over de Led valt bijv. een spanning van ongeveer 2,9 Volt
- Spanning over de weerstand is 18 - 2,9 = 15,1 Volt
- Stroom door de weerstand is 20 milliAmpère
- P = U × I, dus P = 15,1 × 0,02 = 0,302 Watt (afgerond 0,3 Watt)
Een weerstand met een belastbaar vermogen van ⅓ (éénderde of 0,33) Watt is hier voldoende.
Daar die vaak niet in de winkels verkrijgbaar zijn (of alleen op bestelling), nemen we dus géén weerstand van ¼ Watt, want die is net te licht.
We nemen dan een weerstand met een belastbaarheid van ½ Watt.
Er zijn nu twee dingen die u moet weten om een juiste berekening te maken.
Ten eerste; hoeveel spanning de decoder afgeeft op de verlichtingsaansluiting. (gemeten tussen de blauwe en witte, of tussen de blauwe en gele draad. De diverse merken decoders geven niet allemaal dezelfde spanning af (heb spanningen gemeten tussen 14,8 Volt en 19,6 Volt).
Die spanning zult u dus moeten meten, en aan de hand van de gemeten spanning - volgens de formule - de juiste weerstandwaarde gaan berekenen.
Ten tweede; hoe hoog is de brandspanning ('stapspanning' genoemd) over de Led? Die brandspanning staat in de Datasheet van de fabrikant (te vinden met Google op het 'Grote Wijde Web'. Kunnen we de brandspanning niet op Internet vinden, dan kunnen we de brandspanning ook heel eenvoudig zelf opmeten.
Sluit een weerstand van 1K2 (1200 Ω) 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 universeelmeter hoeveel spanning er over de Led staat (rode draad van de meter aan de plus-zijde van de Led).
Hoe u Led's aan moet sluiten kunt u zien in rubriek E16.02.04.
Dan als laatste nog een advies wat betreft het type weerstand. Het geniet de voorkeur om altijd 'Metaalfilm-weerstanden' te gebruiken, vanwege het zeer geringe verloop op de lange duur. 'Koolfilm-weerstanden' hebben de onhebbelijkheid dat de waarde nog wel eens wil veranderen na verloop van tijd. (Er is een gevalletje bekend waar een koolfilm-weerstand van 470K (470000 Ω) na ruim vier jaar een waarde van meer dan 650K (650000 Ω) gekregen had). Dus, om de betrouwbaarheid van een schakeling te verhogen, is het beter om voor Metaalfilm-weerstanden te kiezen.
