LEDs werden üblicherweise mit 1.5 bis 2.5 Volt betrieben. Wenn du die LED anschließt, wirst du auch so eine Spannung an dem Messpunkt sehen. Du hast scheinbar den LED-Anschluss ohne die LED gemessen, das heißt eine sogenannte "Unbelastete Spannungsquelle". Man beachte in dem Vorwiderstand R105 mit 120 Ohm in Arthurs Schaltungsbeispiel, das ist aus der Sicht der LED eine Spannungsquelle mit "Innenwiderstand".
Was passiert da, warum misst du dann 5V? Das kann ich dir erklären...
Der Vorwiderstand R105 sorgt ja dafür, dass die LED nicht mit voller VCC Spannung, also 5V, versorgt wird, sondern mit nur 1.5 ... 2.5V. Nehmen wir mal 2.5V an, was eine recht hell leuchtende LED ergibt. Für die weitere Erklärung reicht rein das Ohmsche Gesetz:
VCC = 5V
Uled = Betriebspannung der LED, wir nehmen 2,5 V an
Ur = Spannung, die über dem Vorwidertsand R105 verbraten werden soll, um die LED vor Überspannung zu schützen.
Es gillt in solch einer Reihenschaltung aus Vorwiderstand und LED, das ist übrigens eine sogenannte "Maschengleichung" ("Summe aller Spannungen = 0"):
VCC = Uled + Ur
das heißt, da wir VCC kennen und Uled einfach mal festgelegt haben, können wir Ur errechnen:
Ur = VCC - Uled = 5V - 2,5V = 2,5V
Und für den Strom durch die Minischaltung, Reihenschaltung gillt eine "Knotengleichung" ("Summe aller Ströme = 0"):
Iges = Gesamtstrom
Ir = Strom durch den Vorwiderstand
Iled = Strom durch die LED
Iges = Ir = Iled
Jetzt kommen wir zum Ohmeschen Gesetz, welches wir auf den Vorwiderstand R105 anwenden, U=R*I
Ur = R105 * Ir
Ur haben wir oben mit 2,5V ausgerechnet
R105 wissen wir aus dem Schaltplan, 120 Ohm
Ir kennen wir nicht, wir haben aber eine Gleichung mit drei Variablen, von denen 2 Werte bekannt sind.
Ir = Ur / R105 = 2,5V / 120 Ohm = 0,0208 Ampere = 20,8 Milliampere -> Ein durchaus praktikabler Stromverbrauch für eine LED.
Das war jetzt die Berechnung für die "belastete Stromquelle", das heitßt, die LED ist angeschlossen.
Jetzt schauen wir mal, was passiert, wenn die LED nicht angeschlossen ist. Als erstes fällt auf, dass der Stromfluss von VCC über R105 über die LED nach Masse unterbrochen ist, weil die LED fehlt. Daher kann der Strom I durch diese Schaltung nur 0 Ampere sein:
Iges = Ir = Iled = 0 Ampere
Damit haben wir für die oben schonmal verwendete Gleichung mit drei Variablen
Ur = R105 * Ir
wovon zwei bekannt sind, nämlich 120 Ohm für R105 und 0 Ampere für Ir bekannt sind. Das können wir ausrechnen:
Ur = 120 Ohm * 0 Ampere = 0 Volt
Wo kein Strom fließt, kann auch keine Spannung abfallen! Setzen wir diese Erkenntnis wieder in die Maschengleichung VCC = Ur + Uled ein, so können wir Uled für den Fall ausrechnen, dass garkeine LED angeschlossen ist:
Uled = VCC - Ur = 5V - 0V = 5V
Dein Messergebnis ohne die LED angeschlossen ist also völlig richtig, und du hast keinen Mist gebaut! Du und ein weiterer Kommenattor danach haben nur nicht bedacht, dass du es hier mit einer unbelasteten Spannungsquelle mit Innenwiderstand bzw. Vorwiderstand zu tun hast.
Übrigens hat jede Spannungsquelle, auch wenn man es nicht als einen extra vorgeschalteten "Vorwiderstand" sehen kann, solch einen Innenwiderstand. Den kann man normalerweise nur indirekt messen (weil er im Trafo, in der Batterie, etc. innen "eingebaut" ist, z.B. folgender Versuchsaufbau: Batterie und mehrere parallel geschaltete Lampen: Du siehst, je mehr Lampen, also um so mehr Stromverbraucher, du parallel hängst, um so dunkler leuchten diese, was auf eine abfallende Betriebsspannung der Lampen schließen lässt. Da eine "ideale Spannungsquelle" egal bei welcher Belastung immer die selbe Spannung abgibt, muss folglich zwischen dieser "idealen Spannungsquelle" und den Lampen ein spannungsreduziertes Bauteil, welches nach dem Gesetz U=R*I, also einem klassischen ohmschen Widerstand über den bei zunehmendem Strom eine höhere Spannung abfällt, daziwschen geschaltet sein, eben ein "Innenwiderstand einer Spannungsquelle".
Thema: Was passiert da? (Gelesen 19656 mal)