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2026-10-08T19:10:36Z

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{{T}}

{{BR}}
= Analoge Elektronik und Leistungselektronik – Leuchtdioden sicher dimensionieren =

'''Lernkurs für die elektrotechnische Ausbildung'''

'''Kurzbeschreibung:''' Du dimensionierst den Vorwiderstand einer Leuchtdiode in einem berührungssicheren Modell. Du nutzt Stromlaufbilder, Signaldiagramme, Herstellerdaten und digitale Schaltungssimulationen.

'''Zielgruppe:''' Auszubildende in elektrotechnischen Berufen

'''Dauer:''' ca. 45–60 Minuten

'''Vorkenntnisse:''' [[Ohmsches Gesetz]], [[Gleichspannung]], [[Reihenschaltung]]

'''Lernziel:''' Du kannst eine LED-Schaltung berechnen, simulieren, auf Belastungsgrenzen prüfen und Deine Entscheidung fachlich begründen.

{{BR}}
= Einleitung =

'''Dein Ausbildungsauftrag: Eine rote LED soll den Betriebszustand eines Schulungsmodells anzeigen.'''

Die LED darf nicht durch einen zu hohen Strom beschädigt werden. Du wählst deshalb einen geeigneten [[Vorwiderstand]].

[[Datei:LED circuit.svg|350px|rahmenlos|center]]

'''Betrachte das Stromlaufbild:''' Welche Aufgabe übernimmt der Widerstand?

{{BR}}
== Sicherheit zuerst ==

'''Alle praktischen Lernschritte finden zunächst ausschließlich in einer digitalen Simulation statt.'''

Für Demonstrationen kommt nur ein geeignetes, geprüftes, berührungssicheres Schulungsmodell mit galvanisch getrennter und strombegrenzter Kleinspannungsversorgung infrage.

# Keine Verbindung mit [[Netzspannung]] oder Netzstromkreisen.
# Keine eigenständigen Arbeiten an offenen elektrischen Anlagen.
# Keine ungeschützten Akkuzellen oder ungesicherten Stromquellen.
# Reale elektrische Aufbau-, Anschluss-, Änderungs- und Messarbeiten ausschließlich durch entsprechend qualifizierte und beauftragte Personen.
# Eine erfolgreiche Simulation oder ein bestandenes Quiz stellt niemals eine Arbeitsfreigabe dar.

'''Wichtig:''' Auch Kleinspannungsquellen können bei Kurzschlüssen hohe Ströme liefern. Berührungssicherheit und Schutz gegen Überstrom müssen durch das Schulungsmodell sichergestellt sein.

{{BR}}
== Dein Lernweg ==

{| class="wikitable"
! Lerneinheit
! Inhalt
! Zeit
|-
| 1
| LED erkennen und Schaltzeichen lesen
| 5 Minuten
|-
| 2
| Vorwiderstand berechnen
| 10 Minuten
|-
| 3
| Schaltung simulieren und Signale auswerten
| 10 Minuten
|-
| 4
| Belastung und Toleranzen prüfen
| 10 Minuten
|-
| 5
| Anwenden, übertragen und reflektieren
| 10–25 Minuten
|}

{{BR}}
= Lerneinheit 1: Die Leuchtdiode verstehen =

{{BR}}
== Aufbau und Polarität ==

Eine [[Leuchtdiode]] ist ein Halbleiterbauelement. Fließt Strom in Durchlassrichtung, kann sie Licht aussenden.

[[Datei:LED-wiring.svg|500px|rahmenlos|center]]

[[Datei:Basic led.svg|200px|rahmenlos|center]]

'''Merke:'''

# [[Anode]]: Anschluss A, bei der üblichen Durchlassbeschaltung mit dem Pluspol verbunden.
# [[Kathode]]: Anschluss K, bei vielen bedrahteten LEDs durch eine Abflachung am Gehäuse erkennbar.
# [[Durchlassrichtung]]: Technischer Strom fließt von der Anode zur Kathode.
# [[Sperrrichtung]]: Die LED sperrt weitgehend; ihre zulässige Sperrspannung darf nicht überschritten werden.

Die Anschlusskennzeichnung muss im Zweifelsfall anhand des [[Datenblatt|Datenblatts]] überprüft werden.

{{BR}}
== Das Schaltzeichen ==

[[Datei:Symbol LED +-.svg|350px|rahmenlos|center]]

'''Bildauftrag:''' Markiere in einer Kopie des Schaltbildes Anode, Kathode und die technische Stromrichtung.

{{BR}}
== Video: LED und Vorwiderstand ==

{{#ev:youtube|https://www.youtube.com/watch?v=jaMxg1WTm1w|500|center}}

'''Video:''' Studytiger – „Vorwiderstand berechnen (mit LED)“

'''Beobachtungsauftrag:''' Erkläre den Zusammenhang zwischen Durchlassspannung, Strom und Vorwiderstand.

{{BR}}
= Lerneinheit 2: Einen Vorwiderstand dimensionieren =

{{BR}}
== Der konkrete Ausbildungsfall ==

Eine rote LED soll an einer 4,5-V-Gleichspannungsquelle betrieben werden.

Als Referenz dient die rote 5-mm-LED '''Kingbright WP7113ID'''.

[https://www.kingbrightusa.com/images/catalog/spec/wp7113id.pdf Herstellerdatenblatt Kingbright WP7113ID, Revision V.14A, 2026]

Das Datenblatt nennt bei 25 °C unter anderem:

{| class="wikitable"
! Kenngröße
! Herstellerangabe
|-
| Durchlassspannung bei 10 mA
| typisch 1,9 V; maximal 2,3 V
|-
| Maximaler kontinuierlicher Durchlassstrom bei 25 °C
| 30 mA
|-
| Maximale Verlustleistung der LED bei 25 °C
| 75 mW
|}

'''Achtung:''' Absolute Grenzwerte sind keine empfohlenen Betriebswerte. Temperaturabhängigkeit, Stromabsenkung bei höheren Temperaturen und die konkrete Bauteilversion müssen berücksichtigt werden.

Für unser vereinfachtes Ausbildungsmodell gelten folgende Vorgaben:

{| class="wikitable"
! Größe
! Modellwert
|-
| Versorgungsspannung U_B
| 4,5 V
|-
| Maximal zugelassene Modellversorgung U_B,max
| 4,8 V
|-
| Angenommene Durchlassspannung U_F
| 1,9 V
|-
| Gewünschter Betriebsstrom
| ungefähr 8 mA
|-
| Widerstandstoleranz
| ±5 %
|-
| Verfügbare Widerstandsbauform
| 0,25 W
|}

Die angenommene Durchlassspannung ist ein Näherungswert. Der tatsächliche Wert hängt unter anderem von Strom, Temperatur und Fertigungsstreuung ab.

{{BR}}
== Stromlaufbild des Ausbildungsfalls ==

[[Datei:LEDCircuit.PNG|300px|rahmenlos|center]]

'''Vereinfachtes Modell:'''

<pre>
+4,5 V
│
S1
│
R1
330 Ω
│
A
LED1
K
│
0 V

S1: Schalter
R1: Vorwiderstand
LED1: rote Leuchtdiode

Technische Stromrichtung:
Plus → S1 → R1 → A → K → Minus
</pre>

'''Merke:''' Der Widerstand und die LED liegen in [[Reihenschaltung]]. Im geschlossenen Stromkreis fließt durch beide derselbe Strom.

{{BR}}
== Die Berechnung in drei Schritten ==

'''Schritt 1: Widerstandsspannung'''

U_R = U_B − U_F

U_R = 4,5 V − 1,9 V = '''2,6 V'''

'''Schritt 2: Widerstand berechnen'''

R = U_R / I

R = 2,6 V / 0,008 A = '''325 Ω'''

'''Schritt 3: Normwert auswählen'''

Aus der [[E-Reihe|E12-Widerstandsreihe]] wählen wir den nächsthöheren Wert:

'''R1 = 330 Ω'''

Damit ergibt sich näherungsweise:

I = 2,6 V / 330 Ω = '''7,9 mA'''

Dieser Strom liegt in der Nähe unseres gewünschten Modellwerts von 8 mA.

'''Ergebnis: 330 Ω ist für diesen Ausbildungsfall ein geeigneter Vorwiderstand, sofern die weiteren Modellannahmen und Belastungsgrenzen eingehalten werden.'''

{{BR}}
== Widerstandsfarbringe erkennen ==

[[Datei:Resistor Color Code.svg|500px|rahmenlos|center]]

Ein 330-Ω-Widerstand mit vier Farbringen und 5 % Toleranz ist typischerweise folgendermaßen gekennzeichnet:

'''Orange – Orange – Braun – Gold'''

'''Bildauftrag:''' Erkläre die Bedeutung des dritten und vierten Farbrings.

{{BR}}
== Video: Widerstand auswählen ==

{{#ev:youtube|https://www.youtube.com/watch?v=p0dt-6F-EZg|500|center}}

'''Video:''' eHaJo – „LED Vorwiderstand berechnen“

'''Arbeitsauftrag:''' Vergleiche den Rechenweg im Video mit Deinem Ausbildungsfall.

{{BR}}
= Lerneinheit 3: Die LED-Schaltung simulieren =

{{BR}}
== Berührungssichere digitale Lernumgebung ==

Nutze den browserbasierten Schaltungssimulator '''CircuitJS''':

[https://www.falstad.com/circuit/ CircuitJS – Elektronischer Schaltungssimulator]

[https://circuitjs1.falstad.com/circuit/doc/overview.html Bedienhinweise zum Simulator]

'''Simulationsauftrag:'''

# Öffne den Simulator.
# Erstelle eine Reihenschaltung aus Gleichspannungsquelle, Schalter, 330-Ω-Widerstand und LED.
# Stelle die Gleichspannung auf 4,5 V ein.
# Nutze die LED als Diodenmodell und überprüfe die gewählten Modellparameter.
# Beobachte den Strom bei geschlossenem und geöffnetem Schalter.
# Ändere die Versorgungsspannung ausschließlich in der Simulation auf 4,2 V und 4,8 V.
# Vergleiche Simulation und vereinfachte Berechnung.

Die Bauteile lassen sich im Simulator über die Zeichen- beziehungsweise Kontextmenüs hinzufügen und bearbeiten. Für Strom- und Spannungsverläufe kannst Du die Oszilloskopanzeige nutzen.

'''Hinweis:''' Eine Simulation liefert modellabhängige Ergebnisse. Eine reale LED wird nicht durch einen einzigen konstanten Spannungswert vollständig beschrieben.

{{BR}}
== Signaldiagramm 1: LED ein- und ausschalten ==

<pre>
Zeit [s] 0 1 2 3 4

Schalter AUS EIN AUS EIN AUS

I_LED 0 7,9 0 7,9 0
[mA]

U_R 0 2,6 0 2,6 0
[V]
</pre>

'''Interpretation:'''

Bei geöffnetem Schalter ist der Strom null. Beim Schließen stellt sich im vereinfachten Modell ein Strom von ungefähr 7,9 mA ein.

Die angegebenen Werte sind rechnerische Näherungen, keine gemessenen Werte.

{{BR}}
== Signaldiagramm 2: Versorgungsspannung verändern ==

Für diesen Modellvergleich bleibt U_F rechnerisch konstant bei 1,9 V.

<pre>
Versorgung:
U_B [V] 4,2 ───── 4,5 ───── 4,8

LED-Strom:
I_LED [mA] 7,0 ───── 7,9 ───── 8,8

Widerstand:
R [Ω] 330 ───── 330 ───── 330
</pre>

'''Beobachtung:''' Höhere Versorgungsspannung führt bei konstantem Widerstand und dieser Näherung zu höherem LED-Strom.

'''Wichtig:''' Im realistischeren Diodenmodell verändert sich auch die Durchlassspannung.

{{BR}}
== Die Kennlinie der LED ==

[[Datei:VA charakteristika LED.svg|400px|rahmenlos|center]]

Die [[Strom-Spannungs-Kennlinie]] zeigt, dass der Strom nicht linear mit der LED-Spannung ansteigt.

'''Betrachtungsauftrag:''' Warum lässt sich eine LED nicht einfach wie ein ohmscher Widerstand behandeln?

{{BR}}
== Vertiefung: Kennlinien und Messprinzip ==

[[Datei:Measurement of v-a characteristic of led.svg|350px|rahmenlos|center]]

Dieses Bild zeigt das Prinzip einer Kennlinienmessung.

'''Arbeitsauftrag:''' Identifiziere im Stromlaufbild die Messgrößen Strom und Spannung. Übertrage das Messprinzip ausschließlich in eine Simulation.

Reale Messaufbauten und Änderungen am Schulungsmodell bleiben qualifizierten und beauftragten Personen vorbehalten.

{{BR}}
= Lerneinheit 4: Belastungsgrenzen prüfen =

{{BR}}
== Die Verlustleistung des Widerstands ==

Elektrische Energie wird im Vorwiderstand in Wärme umgewandelt.

P_R = U_R · I

Alternativ:

P_R = U_R² / R

Mit unseren Nennwerten:

P_R = (2,6 V)² / 330 Ω

'''P_R ≈ 0,0205 W = 20,5 mW'''

Ein Widerstand mit einer Nennbelastbarkeit von 0,25 W besitzt bei diesen Bedingungen ausreichende Reserve.

{{BR}}
== Bauteiltoleranzen berücksichtigen ==

Ein 330-Ω-Widerstand mit ±5 % kann zwischen folgenden Werten liegen:

R_min = 330 Ω · 0,95 = '''313,5 Ω'''

R_max = 330 Ω · 1,05 = '''346,5 Ω'''

Für eine besonders konservative Abschätzung betrachten wir innerhalb unseres ausdrücklich begrenzten Simulationsmodells:

U_B,max = 4,8 V

R_min = 313,5 Ω

Selbst wenn die LED idealisiert als Kurzschluss betrachtet wird, gilt für den Strom durch den Widerstand:

I_max ≤ 4,8 V / 313,5 Ω

'''I_max ≤ 15,3 mA'''

Dieser Grenzfall liegt beim ausgewählten LED-Typ bei 25 °C unter der angegebenen maximalen kontinuierlichen Stromstärke von 30 mA.

Das ist eine konservative Stromobergrenze für den definierten Modellzweig, kein vollständiger Sicherheitsnachweis für eine reale Schaltung.

{{BR}}
== Verlustleistung im ungünstigen Modellfall ==

Bei der gleichen konservativen Kurzschlussannahme:

P_R,max ≤ (4,8 V)² / 313,5 Ω

'''P_R,max ≤ 0,074 W'''

Die Nennbelastbarkeit von 0,25 W wird auch in diesem Modellfall unterschritten.

'''Beachte:''' Diese Rechnung schützt nicht gegen einen Kurzschluss der Spannungsquelle außerhalb des Vorwiderstands. Eine geeignete strombegrenzte Schulungsversorgung und weitere Schutzmaßnahmen bleiben erforderlich.

{{BR}}
== Entscheidung dokumentieren ==

{| class="wikitable"
! Prüfkriterium
! Ergebnis im Modell
|-
| LED richtig gepolt
| Im Schaltbild überprüfen
|-
| Vorwiderstand
| 330 Ω
|-
| Erwarteter Nennstrom
| ca. 7,9 mA
|-
| Konservative Stromobergrenze im Modell
| ca. 15,3 mA
|-
| Höchste berechnete Widerstandsleistung
| ca. 0,074 W
|-
| Gewählte Widerstandsbelastbarkeit
| 0,25 W
|-
| Reale Arbeitsfreigabe
| Nicht Bestandteil des Kurses
|}

'''Fazit:''' Die Dimensionierung ist innerhalb der angegebenen Modellgrenzen rechnerisch plausibel. Eine reale Umsetzung setzt zusätzlich die Bewertung des konkreten LED-Datenblatts, der Versorgung, aller Schutzmaßnahmen und der Einsatzbedingungen durch entsprechend qualifizierte und beauftragte Personen voraus.

{{BR}}
= Lerneinheit 5: Aufgaben mit gestuften Hilfen =

{{BR}}
== Basisaufgabe: Warum 330 Ω? ==

'''Auftrag:''' Berechne für U_B = 4,5 V und U_F = 1,9 V den Widerstand für 8 mA. Begründe die Wahl des E12-Normwerts.

'''Hilfe 1 – Orientierung:''' Welche Spannung liegt am Vorwiderstand?

'''Hilfe 2 – Rechenansatz:''' Verwende U_R = U_B − U_F und R = U_R / I.

'''Hilfe 3 – Teillösung:''' U_R = 2,6 V. Rechne mit I = 0,008 A.

'''Begründetes Feedback:''' 325 Ω ist der rechnerische Wert. Der nächsthöhere E12-Normwert von 330 Ω führt im vereinfachten Modell zu etwas weniger als 8 mA. Das ist bei diesem Ausbildungsfall erwünscht, weil der Vorwiderstand den Strom begrenzt.

{{BR}}
== Anwendungsaufgabe: Fehler erkennen ==

'''Auftrag:''' Ein anderes Team schlägt 100 Ω bei 4,5 V vor. Berechne den näherungsweisen LED-Strom und beurteile den Vorschlag anhand des Ausbildungsziels.

'''Hilfe 1 – Orientierung:''' Die Widerstandsspannung bleibt in der vereinfachten Rechnung 2,6 V.

'''Hilfe 2 – Rechenansatz:''' I = 2,6 V / 100 Ω.

'''Hilfe 3 – Teillösung:''' Der Strom beträgt näherungsweise 26 mA.

'''Begründetes Feedback:''' 26 mA sind wesentlich mehr als die angestrebten 8 mA. Der Vorschlag ist für die konkrete Aufgabenstellung ungeeignet. Dass ein LED-Datenblatt unter bestimmten Bedingungen höhere Ströme erlaubt, bedeutet nicht, dass diese im Ausbildungsfall notwendig oder zweckmäßig wären.

{{BR}}
== Transferaufgabe: Zwei LEDs statt einer ==

'''Auftrag:''' Zwei rote LEDs sollen bei 4,5 V in Reihe betrieben werden. Jede LED hat im vereinfachten Modell eine Durchlassspannung von 1,9 V. Berechne den erforderlichen Widerstand für 8 mA und diskutiere die geringe Spannungsreserve.

'''Hilfe 1 – Orientierung:''' Addiere die beiden LED-Durchlassspannungen.

'''Hilfe 2 – Rechenansatz:''' U_R = U_B − 2 · U_F.

'''Hilfe 3 – Teillösung:''' U_R = 0,7 V und R = 87,5 Ω. Ein E12-Wert darüber ist 100 Ω.

'''Begründetes Feedback:''' Der 100-Ω-Widerstand ergibt näherungsweise 7 mA. Allerdings beträgt die Spannungsreserve nur 0,7 V. Änderungen der LED-Durchlassspannungen oder der Versorgung wirken sich deshalb vergleichsweise stark auf den Strom aus. Prüfe die Variante mit realistischen Diodenkennlinien in der Simulation. Eine [[Konstantstromquelle]] kann für Anwendungen mit größeren Schwankungen sinnvoller sein.

{{BR}}
== Übertragung auf die Leistungselektronik ==

Bei [[Hochleistungs-LED|Hochleistungs-LEDs]] spielen höhere Ströme, [[Verlustleistung]], [[Wärmemanagement]] und der [[Wirkungsgrad]] der Stromversorgung eine zentrale Rolle.

Für solche Anwendungen werden häufig geregelte [[LED-Treiber]] beziehungsweise Konstantstromquellen eingesetzt.

'''Denkfrage:''' Welche Nachteile hätte ein großer Vorwiderstand bei einer leistungsstarken LED?

{{BR}}
= Interaktive Aufgaben =

{{BR}}
== Quiz: Teste Dein Wissen ==

{{MC}}

'''Welche Aufgabe hat der Vorwiderstand einer LED?'''
(Den Strom begrenzen)
(!Die Netzfrequenz verändern)
(!Die LED-Spannung verdoppeln)
(!Die LED in einen Kondensator verwandeln)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Welcher Anschluss einer üblichen bedrahteten LED ist oft durch eine Gehäuseabflachung markiert?'''
(Kathode)
(!Anode)
(!Schutzleiter)
(!Gate)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Welche Spannung fällt im vereinfachten Ausbildungsfall bei 4,5 V Versorgung und 1,9 V LED-Spannung am Widerstand ab?'''
(2,6 V)
(!4,5 V)
(!1,9 V)
(!6,4 V)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Welcher Strom ergibt sich näherungsweise bei 2,6 V Widerstandsspannung und 330 Ohm?'''
(7,9 mA)
(!79 mA)
(!0,79 A)
(!33 mA)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Welcher E12-Normwert liegt knapp über dem berechneten Widerstand von 325 Ohm?'''
(330 Ohm)
(!270 Ohm)
(!220 Ohm)
(!100 Ohm)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Wie groß ist die Widerstandsverlustleistung im vereinfachten Nennfall ungefähr?'''
(0,021 W)
(!2,1 W)
(!21 W)
(!0,21 kW)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Welcher kleinste Widerstandswert ergibt sich bei 330 Ohm und fünf Prozent Toleranz?'''
(313,5 Ohm)
(!346,5 Ohm)
(!3300 Ohm)
(!165 Ohm)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Welche konservative Stromobergrenze ergibt sich bei 4,8 V und mindestens 313,5 Ohm im betrachteten Modellzweig?'''
(15,3 mA)
(!153 mA)
(!1,53 A)
(!48 mA)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Welche maximale Widerstandsleistung ergibt sich im konservativen Kurzschlussmodell ungefähr?'''
(0,074 W)
(!7,4 W)
(!74 W)
(!0,74 kW)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Welche Aussage zur praktischen Arbeitsfreigabe ist richtig?'''
(Ein Quizresultat ersetzt keine fachliche Beauftragung)
(!Ein bestandenes Quiz erlaubt Arbeiten an Netzspannung)
(!Ein Simulator erteilt automatisch eine Elektrofreigabe)
(!Eine richtige Widerstandsberechnung ersetzt alle Sicherheitsprüfungen)

{{E}}
<br>

{{BR}}
== Memory ==

Ordne die Begriffe ihren Funktionen zu.

<div class="memo-quiz">
{|
|-
| Anode || Anschluss der LED auf der positiven Seite in Durchlassrichtung
|-
| Kathode || Häufig durch eine Gehäuseabflachung gekennzeichnet
|-
| Vorwiderstand || Begrenzung des Betriebsstroms
|-
| Reihenschaltung || Gemeinsamer Strom durch alle Bauteile des Zweigs
|-
| Durchlassspannung || Spannungsabfall an der leitenden LED
|-
| Toleranz || Zulässige Bauteilabweichung vom Nennwert
|-
| Verlustleistung || Elektrische Leistung mit thermischer Wirkung
|-
| Datenblatt || Dokumentation von Bauteilkennwerten und Grenzwerten
|}
</div>
{{E}}
<br>

{{BR}}
== Drag and Drop ==

Ordne jedem Fachbegriff seine passende Bedeutung zu.

<div class="lueckentext-quiz">

{| class="wikitable"
! Ordne die richtigen Begriffe zu.
! Bedeutung
|-
| '''Strombegrenzung'''
| Aufgabe des Vorwiderstands
|-
| '''Polarität'''
| Zuordnung der elektrischen Anschlüsse
|-
| '''Durchlassrichtung'''
| Leitende Betriebsrichtung einer LED
|-
| '''Herstellerangabe'''
| Grundlage der Bauteilauswahl
|-
| '''Widerstandstoleranz'''
| Streuung des tatsächlichen Widerstandswerts
|-
| '''Konstantstromregelung'''
| Aktive Anpassung zur Stabilisierung des LED-Stroms
|}

</div>
{{E}}
<br>

{{BR}}
== Kreuzworträtsel ==

<div class="kreuzwort-quiz">
{|
|-
| KATHODE || Wie heißt der Anschluss einer LED, an dem der technische Durchlassstrom austritt?
|-
| ANODE || Wie heißt der Anschluss, an dem der technische Durchlassstrom eintritt?
|-
| WIDERSTAND || Welches elektrische Bauelement begrenzt in unserem Modell den Strom?
|-
| DATENBLATT || Welches Dokument enthält elektrische Kennwerte und Grenzwerte?
|-
| REIHENSCHALTUNG || Wie heißt eine Schaltung, bei der alle Bauteile denselben Zweigstrom führen?
|-
| LEISTUNG || Welche physikalische Größe beschreibt die Energieumsetzung pro Zeit?
|}
</div>
{{E}}
<br>

{{BR}}
== LearningApps ==

Hier findest Du eine Suchmöglichkeit für weitere Übungen zum Thema:

<iframe> https://learningapps.org/index.php?s=Leuchtdioden+sicher+dimensionieren </iframe>

Die Suchergebnisse sind externe Lernmaterialien und müssen vor ihrer Verwendung auf fachliche Richtigkeit geprüft werden.

{{BR}}
== Lückentext ==

<quiz display=simple>
{'''Vervollständige den Text.'''<br>
|type="{}"}
Eine LED ist eine lichtemittierende { Diode }.

Der Anschluss A einer Leuchtdiode heißt { Anode }.

Der Anschluss K einer Leuchtdiode heißt { Kathode }.

Ein in Reihe geschalteter Widerstand begrenzt den { Strom }.

Das Ohmsche Gesetz beschreibt den Zusammenhang zwischen Spannung, Widerstand und { Stromstärke }.

Im Ausbildungsmodell beträgt die Versorgungsspannung { 4,5 } Volt.

Der gewählte E12-Vorwiderstand beträgt { 330 } Ohm.

Bei einer Versorgungsspannung von 4,5 Volt und einer angenommenen LED-Spannung von 1,9 Volt fallen am Widerstand { 2,6 } Volt ab.

Die elektrische Belastung des Widerstands beurteilst Du mithilfe seiner { Verlustleistung }.

Für die Auswahl eines bestimmten LED-Typs benötigst Du das { Datenblatt }.

Eine realistische Schaltungssimulation berücksichtigt die nichtlineare { Kennlinie } der LED.

Eine bestandene Lernkontrolle ersetzt keine fachliche { Beauftragung }.
}
</quiz>

<br>

{{BR}}
== Feedback zur Selbstkontrolle ==

{| class="wikitable"
! Beobachtung
! Fachlich begründetes Feedback
|-
| Der simulierte Strom weicht etwas von 7,9 mA ab.
| Das ist möglich, weil die reale beziehungsweise simulierte LED-Kennlinie nicht exakt einer konstanten Durchlassspannung entspricht.
|-
| Der Strom steigt bei höherer Versorgungsspannung.
| Die Spannung am Widerstand steigt und damit in der Regel auch der Strom.
|-
| Ein größerer Widerstand reduziert den Strom.
| Nach dem Ohmschen Gesetz führt bei vergleichbarer Widerstandsspannung ein höherer Widerstand zu niedrigerem Strom.
|-
| Die LED bleibt dunkel.
| Mögliche Ursachen sind ein geöffneter Stromkreis, falsche Polarität oder eine nicht ausreichende Versorgungsspannung. Untersuche die Ursachen nur in der Simulation.
|-
| Der berechnete Widerstand erfüllt den Nennfall.
| Zusätzlich müssen Toleranzen, Temperatur, Grenzwerte, Belastbarkeit und Schutzkonzept berücksichtigt werden.
|}

{{BR}}
= Offene Aufgaben =

Bearbeite die Aufgaben mit digitalen Werkzeugen, Zeichnungen, Berechnungen oder Dokumentationen. Führe keine eigenständigen realen Elektroarbeiten aus.

{{BR}}
=== Leicht ===

# [[Leuchtdiode|LED-Steckbrief]]: Gestalte eine kleine Infografik mit Anode, Kathode, Schaltzeichen und einer typischen Anwendung.
# [[Schaltplan|Stromlaufbild]]: Zeichne die LED-Schaltung des Ausbildungsfalls mit Spannungsquelle, Schalter und Vorwiderstand.
# [[Ohmsches Gesetz|Rechenkarte]]: Erstelle eine Lernkarte mit der Formel zur Vorwiderstandsberechnung und einem Zahlenbeispiel.
# [[Datenblatt|Datenblattrecherche]]: Finde im Kingbright-Datenblatt die Angaben zur Durchlassspannung und zum maximal zulässigen Strom.

{{BR}}
=== Standard ===

# [[Schaltungssimulation|Digitale Simulation]]: Simuliere die LED-Schaltung mit 270 Ω, 330 Ω und 470 Ω. Vergleiche die Ströme und begründe die Unterschiede.
# [[Signaldiagramm|Signaldiagramm]]: Zeichne ein zeitliches Stromdiagramm für eine LED, die wiederholt ein- und ausgeschaltet wird.
# [[Elektrische Leistung|Leistungsprüfung]]: Berechne die Widerstandsverlustleistung im Nennfall und im konservativen Modellgrenzfall.
# [[Fehleranalyse|Virtuelle Fehlersuche]]: Untersuche in einer Simulation eine falsch gepolte LED und einen unterbrochenen Stromkreis. Dokumentiere die Unterschiede.

{{BR}}
=== Schwer ===

# [[Bauteiltoleranz|Toleranzstudie]]: Untersuche die Auswirkungen der Versorgungsspannung und des Widerstandswerts auf den maximal möglichen Strom.
# [[Konstantstromquelle|Vergleich von LED-Treibern]]: Vergleiche eine LED-Schaltung mit Vorwiderstand und eine geregelte Konstantstromversorgung anhand von Verlusten, Stromstabilität und Einsatzgrenzen.
# [[Produktentwicklung|Technische Dokumentation]]: Entwickle eine vollständige rechnerische und simulierte Dokumentation für eine LED-Statusanzeige. Berücksichtige Bauteilauswahl, Kennwerte, Schaltbild, Grenzwerte und Sicherheitsanforderungen.
# [[Technikfolgenabschätzung|Effizienzvergleich]]: Vergleiche den Widerstandsverlust bei unterschiedlichen Versorgungsspannungen und beurteile, warum sich das Konzept nicht ohne Weiteres für Hochleistungs-LEDs eignet.

{{:Offene Aufgabe - MOOC erstellen}}

{{BR}}
= Lernkontrolle =

Bei diesen Aufgaben stehen Zusammenhänge, Entscheidungen und Transferleistungen im Mittelpunkt.

# [[Dimensionierung|Begründete Bauteilauswahl]]: Erkläre, warum ein rechnerisch passender Widerstand allein noch keine vollständige technische Eignungsprüfung garantiert.
# [[Toleranzanalyse|Fehler- und Grenzfallbewertung]]: Entwickle ein Verfahren zur Bestimmung eines konservativen maximalen Stroms und erkläre, welche Annahmen es benötigt.
# [[Simulation|Simulation und Wirklichkeit]]: Vergleiche ein vereinfachtes LED-Modell mit einem nichtlinearen Simulationsmodell. Begründe mögliche Abweichungen.
# [[Energieeffizienz|Technischer Vergleich]]: Beurteile, unter welchen Bedingungen ein Vorwiderstand zweckmäßig ist und wann eine geregelte Stromversorgung Vorteile bietet.
# [[Arbeitssicherheit|Sicherheitsentscheidung]]: Begründe, warum eine korrekte Berechnung oder ein bestandenes Quiz keine Qualifikation, Beauftragung oder Arbeitsfreigabe ersetzt.
# [[Technische Kommunikation|Entwurfsprüfung]]: Bewerte einen fremden LED-Schaltungsentwurf anhand von Schaltplan, Bauteildaten, Strom, Leistung und dokumentierten Annahmen.

<br>
<br>

{{BR}}
= Lernnachweis =

Dein Lernnachweis soll folgende Bestandteile enthalten:

# '''Stromlaufbild:''' Vollständig beschriftete LED-Reihenschaltung mit korrekter Polarität.
# '''Bauteildaten:''' Hersteller, Bauteilbezeichnung, relevanter Datenblattstand und elektrische Kennwerte.
# '''Berechnung:''' Vorwiderstand, Nennstrom und Widerstandsverlustleistung mit Einheiten.
# '''Grenzfallanalyse:''' Prüfung der Modellversorgung, Widerstandstoleranz und konservativen Stromobergrenze.
# '''Simulation:''' Dokumentierte Einstellungen, Ergebnisse und geeignete Signaldiagramme.
# '''Reflexion:''' Erklärung der Unterschiede zwischen Nennwertmodell, Simulation und realer Anwendung.
# '''Sicherheitsverständnis:''' Klare Trennung zwischen Lernerfolg und einer betrieblichen Arbeitsfreigabe.

'''Bewertungskriterien:''' Fachliche Richtigkeit, nachvollziehbarer Rechenweg, begründete Entscheidungen, korrekte Quellenverwendung und sichere Arbeitsplanung.

'''Wichtig:''' Der Lernnachweis bestätigt ausschließlich den bearbeiteten Lernstand. Er ersetzt weder eine elektrotechnische Qualifikation noch eine betriebliche Beauftragung, Gefährdungsbeurteilung oder Freigabe.

<br>
<br>

{{BR}}
= OERs zum Thema =

{{BR}}
== Wikipedia: Leuchtdiode ==

<iframe> https://de.m.wikipedia.org/wiki/Leuchtdiode </iframe>

{{BR}}
== Geprüfte Fachquellen ==

# [https://www.kingbrightusa.com/images/catalog/spec/wp7113id.pdf Kingbright: Datenblatt WP7113ID] – Original-Herstellerdatenblatt mit elektrischen Grenzwerten, Temperaturabhängigkeit und Kennlinien; Revision V.14A von 2026.
# [https://learn.sparkfun.com/tutorials/light-emitting-diodes-leds/all SparkFun Learn: Light-Emitting Diodes] – Grundlagen zu LED-Schaltungen und Strombegrenzung.
# [https://learn.sparkfun.com/tutorials/resistors/example-applications SparkFun Learn: LED Current Limiting] – Dimensionierung von Vorwiderständen.
# [https://learn.adafruit.com/all-about-leds/the-led-datasheet Adafruit Learning System: The LED Datasheet] – Hinweise zum Lesen und Einordnen von LED-Datenblättern.
# [https://www.falstad.com/circuit/ CircuitJS] – Browserbasierter elektronischer Schaltungssimulator.
# [https://de.wikipedia.org/wiki/Leuchtdiode Wikipedia: Leuchtdiode] – Grundlagen, Betrieb mit Vorwiderstand und Konstantstromquelle.

'''Quellenhinweis:''' Die Rechenwerte 4,5 V, maximal 4,8 V, 330 Ω und ±5 % sind Vorgaben des Ausbildungsmodells. Sie sind keine pauschalen Herstellergrenzwerte für beliebige Stromquellen oder LEDs.

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== Bildquellen und Medienrechte ==

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! Abbildung
! Urheber
! Lizenz laut Commons
|-
| [https://commons.wikimedia.org/wiki/File:LED_circuit.svg LED circuit.svg]
| Dmccreary; Bearbeitung StevenBell
| CC BY-SA 2.5
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| [https://commons.wikimedia.org/wiki/File:LED-wiring.svg LED-wiring.svg]
| Sundance Raphael; Bearbeitung MikeRun
| CC BY-SA 3.0
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| [https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Basic_led.svg Basic led.svg]
| KDS4444
| CC BY-SA 4.0
|-
| [https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Symbol_LED_%2B-.svg Symbol LED +-.svg]
| MovGP0; Ergänzung wdwd
| Gemeinfrei laut Dateiseite
|-
| [https://commons.wikimedia.org/wiki/File:LEDCircuit.PNG LEDCircuit.PNG]
| Quincylus
| Gemeinfrei laut Dateiseite
|-
| [https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Resistor_Color_Code.svg Resistor Color Code.svg]
| Knarfili
| CC0 1.0
|-
| [https://commons.wikimedia.org/wiki/File:VA_charakteristika_LED.svg VA charakteristika LED.svg]
| Osmdesat
| CC BY-SA 3.0
|-
| [https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Measurement_of_v-a_characteristic_of_led.svg Measurement of v-a characteristic of led.svg]
| Filip Dominec
| CC BY-SA 3.0
|}

'''Lizenzhinweis:''' Bei einer Weiterverwendung der CC-BY-SA-Abbildungen sind die jeweiligen Bedingungen zur Namensnennung, Lizenzangabe und Weitergabe unter gleichen Bedingungen zu beachten. Die verlinkten Commons-Dateiseiten enthalten die maßgeblichen Lizenzdetails.

{{BR}}
== Videos und weitere Werkzeuge ==

# [https://www.youtube.com/watch?v=jaMxg1WTm1w Studytiger: Vorwiderstand berechnen mit LED] – Durchlassrichtung, Kennlinie und Berechnungsbeispiel.
# [https://www.youtube.com/watch?v=p0dt-6F-EZg eHaJo: LED Vorwiderstand berechnen] – Vorwiderstandsberechnung in einem Elektronik-Lernvideo.
# [https://www.falstad.com/circuit/ Falstad CircuitJS] – Interaktive Schaltungssimulation.

'''Medienrechtlicher Hinweis:''' Die YouTube-Videos werden als externe Inhalte der jeweiligen Anbieter eingebettet beziehungsweise verlinkt. Sie werden nicht als offen lizenzierte OER ausgegeben. Eine Einbettung ist von den Einstellungen und Nutzungsbedingungen der Videoplattform abhängig. Die Herstellerunterlagen werden verlinkt, nicht als freie Inhalte neu veröffentlicht.

{{BR}}
= Verknüpfte Lernbereiche =

{| align=center
{{:D-Tab}}
'''[[Analoge Elektronik]]'''
# [[Leuchtdiode]]
# [[Diode]]
# [[Durchlassspannung]]
# [[Strom-Spannungs-Kennlinie]]
# [[Reihenschaltung]]
# [[Ohmsches Gesetz]]
# [[Vorwiderstand]]
# [[Widerstandsfarbcode]]
# [[Bauteiltoleranz]]
# [[Elektrische Leistung]]

'''[[Leistungselektronik]]'''
# [[LED-Treiber]]
# [[Konstantstromquelle]]
# [[Wirkungsgrad]]
# [[Verlustleistung]]
# [[Wärmemanagement]]
# [[Schaltregler]]

'''[[Berufsausbildung]]'''
# [[Stromlaufplan]]
# [[Schaltungssimulation]]
# [[Datenblatt]]
# [[Technische Dokumentation]]
# [[Arbeitssicherheit]]
# [[Gefährdungsbeurteilung]]
|}

{{BR}}
= Zusammenfassung =

'''Die fünf wichtigsten Erkenntnisse:'''

# Eine LED benötigt eine geeignete Strombegrenzung.
# Der Vorwiderstand ergibt sich aus der Widerstandsspannung und dem gewünschten Strom.
# Der Normwert muss anhand realer Bauteildaten und der vorgesehenen Betriebsbedingungen beurteilt werden.
# Toleranzen, Grenzfälle und Verlustleistungen gehören zur Dimensionierung.
# Simulation und Lernerfolg ersetzen niemals die fachliche Prüfung oder eine betriebliche Arbeitsfreigabe.

'''Ergebnis des Ausbildungsfalls:''' Für das festgelegte 4,5-V-Modell wurde ein 330-Ω-Vorwiderstand mit 0,25 W Nennbelastbarkeit ausgewählt und innerhalb der angenommenen Modellgrenzen rechnerisch geprüft.

[[Kategorie:Elektrotechnik]]
[[Kategorie:Elektronik]]
[[Kategorie:Analoge Elektronik]]
[[Kategorie:Leistungselektronik]]
[[Kategorie:Berufsausbildung]]
[[Kategorie:Ausbildung]]
[[Kategorie:Leuchtdiode]]
[[Kategorie:Schaltungssimulation]]
[[Kategorie:Arbeitssicherheit]]
[[Kategorie:Technik]]

{{BR}}
= aiMOOC-Projekte =
[[Kategorie:AI_MOOC]] [[Kategorie:GPT aiMOOC]]
{{MT}}

Analoge Elektronik und Leistungselektronik – Leuchtdioden sicher dimensionieren - Versionsgeschichte

Glanz: aiMOOC über GPT aiMOOC Action erstellt