Warum muss sich ein Widerstand an der Anode einer LED befinden?

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Bitte seien Sie nett, ich bin ein Elektronik-Nub. Dies bezieht sich darauf, dass eine LED Photonen emittiert.

Nach dem, was ich gelesen habe (Erste Schritte in der Elektronik - Forrest Mims III und Make: Electronics), fließen Elektronen von der negativeren zur positiveren Seite.

In einem Beispielexperiment (mit einer primären Trockenzelle, einem SPDT-Schalter, einem Widerstand und einer LED) muss der Widerstand an die Anode der LED angeschlossen werden. Wenn die Elektronen von negativ nach positiv fließen, würde meiner Meinung nach der Elektronenfluss nicht durch die LED vor dem Widerstand laufen; Wodurch wird der Widerstand sinnlos?

Spechal
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Während Elektronen von negativ nach positiv fließen, ist es normalerweise besser, der Konvention zu folgen, dass Strom von positiv nach negativ fließt, damit Sie niemanden verwirren, wenn Sie darüber sprechen.
Nick T
@ NickT: Auch physics.stackexchange.com/a/17131/176
Endolith

Antworten:

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Der Widerstand kann sich auf beiden Seiten der LED befinden, muss jedoch vorhanden sein. Wenn zwei oder mehr Komponenten in Reihe geschaltet sind, ist der Strom durch alle gleich, und es spielt keine Rolle, in welcher Reihenfolge sie sich befinden "Der Widerstand kann nicht von der Schaltung weggelassen werden."

Carl Raymond
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Oder einfacher gesagt: "Der Widerstand muss an die Anode angeschlossen sein", nicht "Der Widerstand muss an die Anode angeschlossen sein ".
immibis
Ist es richtig anzunehmen, dass der Strom bei 0A beginnt und ansteigt, bis er im Wesentlichen die Grenze des verfügbaren Durchgangs erreicht? Denn sonst würde es doch sicher darauf ankommen, in welcher Reihenfolge Sie die Komponenten platzieren. Nur zu Ihrer Information, ich bin ein absoluter Anfänger in der Elektronik.
xorinzor
Wir können Schaltkreise mit Gleichungen gut genug beschreiben (mit "konzentrierten Elementen", die nach einem Punkt zusammenbrechen), indem wir Regeln wie das Ohmsche Gesetz und das Kirchoffsche Gesetz verwenden. Dann können wir die Gleichungen lösen und die Spannungen an den Komponenten und die Ströme in den Schleifen finden. Klingt, als betreten Sie philosophisches Gebiet und fragen: "Woher weiß der Widerstand? Was ist der Mechanismus?" Physikalische Systeme können ohne Taschenrechner zur Lösung der Gleichungen gelangen. Wie? Ich bin ein Hobbyist, daher kann ich nicht sagen, was einem Elektron durch den Kopf geht. Vielleicht kann ein Physiker.
Carl Raymond
@xorinzor Nicht genau: Elektronen bewegen sich ungefähr mit Lichtgeschwindigkeit, daher gibt es nicht genau eine "Beschleunigungs-" oder "Aufwärmzeit". Es ist mehr oder weniger 0 bis "voll" (was auch immer voll ist) sofort. Davon abgesehen, egal was , wenn Strom durch zwei oder mehr Elemente fließende verbunden in Serie , so ist , dass Strom der gleiche Wert für alle Elemente in dieser Schaltung.
John Doe
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@JohnDoe Elektronen bewegen sich nicht in der Nähe der Lichtgeschwindigkeit, sondern bewegen sich eher mit einer Geschwindigkeit, die als Driftgeschwindigkeit bezeichnet wird. Elektromagnetische Wellen (die Spannungs- und Strominformationen in einem Stromkreis transportieren) bewegen sich jedoch tatsächlich mit Lichtgeschwindigkeit.
Pr871
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Nein, es würde den Widerstand nicht sinnlos machen. Stellen Sie sich vor, der Widerstand wäre so groß, dass keine Elektronen mehr fließen. Ist es wichtig, auf welcher Seite der LED es ist? In jedem Fall wird der Stromkreis unterbrochen und der Stromfluss verhindert.

Denken Sie nicht an einzelne Partikel, die den Kreislauf durchlaufen. Die geladenen Teilchen werden von der LED nicht "verbraucht". Sie durchlaufen es und ihre Bewegung trägt Energie von einem Ort zum anderen.

Denken Sie an alle Partikel, die sich an allen Punkten des Kreislaufs gleichzeitig bewegen, wie an einen Gürtel oder eine Kette. Wenn Sie die Kette an einer Stelle verlangsamen, verlangsamt sie sich auch an jeder anderen Stelle, da die Glieder gegeneinander drücken und ziehen.

Ich habe als Kind Erste Schritte in der Elektronik gelesen , und ich denke, es bringt Ideen wie diese schlecht. Ich musste im College alles verlernen und kann es nicht empfehlen. Versuchen Sie dies stattdessen:

Probieren Sie diese Schaltung aus . Wenn Sie den Widerstand einstellen, verlangsamt er nur die Ladungen vor dem Widerstand oder ändert er die Geschwindigkeit aller Ladungen in der gesamten Schaltung?

Endolith
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Ich liebe die "Kette" oder "Link" Analogie. Mir wurden andere Analogien erzählt, aber keine so gut wie diese.
Kellenjb
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Eine Handkurbel an einem Ende einer Kette und eine Last am anderen Ende. Wenn Sie es drehen, bewegt sich die gesamte Kette, aber es ist nicht verbraucht. Energie wird übertragen, indem die Kettenglieder aneinander ziehen, und diese Zugbewegung wandert sehr schnell von der Quelle zur Last, selbst wenn sich die Kettenglieder selbst langsam bewegen. Der einzige Nachteil der Analogie ist, dass die Verbindungen nur ziehen und nicht auf die andere Hälfte des Stromkreises drücken. Mit Wasser gefüllte Rohre funktionieren etwas besser.
Endolith
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Das Circuit Simulator-Applet ist großartig ... es wird jetzt 30 Minuten lang damit gespielt. :)
Spechal
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@ Hannibal: Warum sollte es einen anfänglichen Stromstoß geben? Stellen Sie sich vor, Sie betätigen leicht die Bremse an einem Fahrradrad und beginnen dann zu treten. Gibt es irgendwann einen plötzlichen Geschwindigkeitsschub in der Kette?
Endolith
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@ Endolith ja du hast.
Tom Auger
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Unabhängig davon, auf welcher Seite der Widerstand liegt, begrenzt er den Strom, der durch die LED fließt. Es ist in der Regel viel einfacher, nicht an die Arbeit der Elektronen zu denken, sondern nur an Widerstand, Strom, Spannung und manchmal an die Leistung.

Wenn Sie bei einer LED eine Konstantspannungsquelle an die LED anschließen, verhält sich die LED wie ein Widerstand von nahezu 0, der auf der Basis von V = IR (oder V / R = I) einen sehr hohen Strom ergibt , wodurch die LED "knallt".

Sie müssen einen Widerstand anschließen, um den Strom einzustellen, den Ihre LED erwartet.

Kellenjb
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Der Widerstand muss sich nicht auf der Anodenseite befinden, sondern muss dort vorhanden sein (es sei denn, die Spannung der Stromversorgung ist gleich oder geringer als der Spannungsabfall der LED.)

Wenn Sie eine 9-Volt-Stromquelle und eine LED haben, die 2 Volt abfällt, müssen die anderen 7 Volt irgendwo abfallen.

Daniel T.
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Schauen Sie sich das Buch Forrest Mims III noch einmal an. Es wird nicht beansprucht, dass sich Widerstände an der Anode befinden müssen, und es gibt Beispiele, wo sie sich an der Kathode befinden. In meiner Ausgabe von 1988 des Buches wird der Serienschutz für LEDs auf S. 69 vorgestellt:

LED-ANTRIEBSKREIS - Da LEDs stromabhängig sind, ist es normalerweise erforderlich, sie mit einem Vorwiderstand vor übermäßigem Strom zu schützen. Einige LEDs verfügen über einen eingebauten Vorwiderstand. Die meisten nicht .

Anschließend wird eine Formel angegeben, wie der Widerstand aus der Versorgungsspannung und dem Durchlassstrom der LED berechnet wird. Das nebenstehende Diagramm zeigt den Widerstand an der Anode, ohne zu erklären, dass die Auswahl willkürlich ist.

Auf derselben Seite wird jedoch eine "LED-Polaritätsanzeigevorrichtung" vorgestellt, bei der sich zwei hintereinander liegende LEDs einen Widerstand teilen, der sich notwendigerweise an der Anode der einen und an der Kathode der anderen befindet. Bei der "Drei-Zustands-Polaritätsanzeige" befindet sich der Begrenzungswiderstand eher auf der Versorgungsseite als auf der Erdungsseite.

In der Regel ist es in gewissem Sinne (wenn es eine Wahl gibt) besser, das wichtige Gerät an Masse anzuschließen und die umgebenden Utensilien, wie Vorspannungswiderstände, auf der Angebotsseite zu sein.

In Hochspannungskreisen ist die Wahl zwischen versorgungsseitiger oder erdseitiger Last aus sicherheitstechnischer Sicht von Bedeutung. Sollten Sie zum Beispiel einen Lichtschalter auf der heißen Seite der Lampe oder auf der neutralen Seite platzieren? Wenn Sie den Schalter so verdrahten, dass das Licht durch Unterbrechen der Neutralrückleitung ausgeschaltet wird, bedeutet dies, dass die Lampenfassung dauerhaft mit heiß verbunden ist! Dies bedeutet, dass das Ausschalten des Schalters vor dem Wechseln der Glühlampe nicht wirklich sicherer ist. Das Hauptpanel muss verwendet werden, um die heiße Verbindung zur Steckdose tatsächlich zu unterbrechen. In einem Batterieschaltkreis gibt es keine Sicherheitserdung: Der Minuspol wird willkürlich als gemeinsame Rückleitung bezeichnet, und das Wort "Masse" wird für diese gemeinsame Erdung verwendet.

Ob ein Lastgerät geerdet oder versorgungsseitig ist, spielt auch eine Rolle, wenn die Spannung vom Gerät zu einem anderen Stromkreis geleitet wird, in dem es für einen bestimmten Zweck verwendet wird. Eine 1,2-V-LED, deren Anode an 5 V angeschlossen ist, liefert einen 3,8-V-Messwert von der Kathode, wenn Strom fließt. Wenn stattdessen die Kathode geerdet ist, liefert die Anode einen Messwert von 1,2V. Die Platzierung des Widerstands spielt also nur dann keine Rolle, wenn im Stromkreis keine solche Situation vorliegt: Es gibt keine dritte Verbindung zum Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand und der LED, die sich auf einen anderen Stromkreis auswirkt.

Kaz
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Eine LED benötigt weder anodenseitig noch kathodenseitig einen Widerstand. Irgendwie muss der Strom begrenzt werden, und ein Widerstand ist eine Möglichkeit, dies zu tun.

Andere Möglichkeiten zur Strombegrenzung:

  • Verwenden Sie eine Stromquelle anstelle einer Spannungsquelle
  • Stellen Sie die Spannungsquelle sehr nahe an der Durchlassspannung der LED ein und verlassen Sie sich dabei auf den Eigenwiderstand der LED, um den Strom auf ein sicheres Niveau zu begrenzen
  • Stellen Sie das Tastverhältnis der Spannung so ein, dass die LED niemals eine zerstörerische Wärmemenge abführen muss

Dies sind komplexe Lösungen für das Strombegrenzungsproblem. Der Vorwiderstand ist normalerweise (aber nicht immer) die bessere Lösung.

hoosierEE
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Wenn die Überwachung des Stroms durch die LED für Sie wichtig ist, legen Sie den Widerstand auf die niedrige Seite. So ist es einfacher, den Strom an jeder LED zu messen. Mit "einfacher" meine ich, dass Sie eine Sonde des Voltmeters an GND befestigen und die andere nur zum Ablesen der Spannungen an den Widerständen verwenden. Der Strom durch die LED wird also sein:

ichLED=VRRichLED:Der Strom durch die LEDVR:Die Spannung am WiderstandR:Widerstandsreihe mit der LED

Wenn Sie die Spannungen an den LEDs überwachen wollen, sollten Sie die LEDs an die Low-Seite anschließen. Sie können also die Spannungen ablesen, indem Sie eine der Sonden mit GND verbinden.

Wenn Sie sich nicht für die Spannungen oder Ströme an / durch die LEDs interessieren (z. B. wenn Sie mit einem digitalen Schaltkreis arbeiten oder die LED nur eine Anzeige ist), spielt es keine Rolle, auf welcher Seite Sie die LEDs und die anschließen Widerstände.

hkBattousai
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Funktional spielt es keine Rolle. Die Elemente (LED und Lastwiderstand) sind in Reihe geschaltet, sodass der durch sie fließende Strom unabhängig von der Reihenfolge, in der sie angeschlossen sind, gleich ist.

Das heißt, wenn die LED auf der niedrigen Seite angesteuert wird, bevorzuge ich es, den Lastwiderstand von VDD auf LED-Anode zu setzen. Grund? Auf diese Weise verbunden, wird die LED nicht ausgeschaltet, wenn an der Anode ein Kurzschluss zu GND vorliegt (z. B. von einer Sonde mit fehlerhaftem Bereich). Wenn umgekehrt die LED-Anode mit VDD und der Lastwiderstand mit der Kathode verbunden ist, wird durch Kurzschließen der LED-Kathode die LED mit Strom versorgt, was ein angenehmes Knallgeräusch erzeugt.

hacktastisch
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es muss nicht auf welcher Seite Anode oder Kathode sein, da es keine Polarität hat. Aber ich mache es auf einer Anodenseite für eine einzelne LED und Kathodenseite auf einer Serien-LED. Kathodenseitige Parallelschaltung.

Newton
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Es ist nicht, weil es keine Polarität hat. Eine weitere Diode hat Polarität und kann auch auf beiden Seiten platziert werden. Und Parallelschaltungen auf der Kathodenseite sind ebenfalls nicht korrekt: Auch hier sind beide Seiten in Ordnung.
Federico Russo