Die LEDs in elektronischen Versuchen

Die LEDs in elektronischen Versuchen Titelbild

Lektion 2 Versuche mit LEDs

In den nachfolgenden Versuchen brauchst für jeden Aufbau einen Arduino, der angeschlossen ist. Dafür kannst du den Arduino einfach über das beigelegte Kabel mit einem Computer oder einem USB-Ladegerät verbinden. Später gehen wir auch darauf ein, was alles mit dem Arduino machbar ist. Bei jedem Aufbau gibt es auch noch eine Liste mit elektronischen Bauteilen, die du brauchst. Diese findest du alle im Kit.

Bei den Widerständen musst du immer kontrollieren, ob du auch den richtigen Widerstandswert hast, ansonsten kann es sein, dass deine Schaltung nicht funktioniert oder die einzelnen Bauteile kaputt gehen. Mehr dazu findest du ab Seite x im Widerstandsguide.

Bei jedem Versuch gibt es ein Bild mit der Steckplatine, auf dem du sehen kannst, wie die einzelnen Bauteile angeschlossen werden. Teilweise gibt es daneben auch noch einen Schaltplan, der dir zeigt, wie der Aufbau bei einer technischen Zeichnung aussehen würde. Darauf folgt eine Erklärung zur Schaltung. Wenn es mal nicht beim ersten Mal klappt, kontrolliere einfach nochmal ganz genau, ob du alles richtig angeschlossen hast. Im Zweifelsfall findest du, wie schon gesagt, noch mehr Informationen online.
















2.1 Eine LED, die (für) immer leuchtet

Du brauchst:

  • Breadboard
  • Verbindungskabel
  • 1 x LED (am besten eine rote)
  • 1 x 470Ω-Widerstand (Farbcode 5 Ringe: Gelb, Lila, Schwarz, Schwarz, Braun)



Arduino mit LED und Widerstand

Auf geht's an deine erste Schaltung! Schritt 1: Verbindungskabel heraussuchen. Das steckst du dann in den GND (Masse-)Pin am Arduino und das andere Ende ins Breadboard. Da kannst du natürlich nicht irgendein Loch wählen, sondern musst eins in der blau markierten, vertikalen Spalte (der Minus-Spalte) nehmen. Anschließend machst du das Gleiche nochmal für den 5V-Pin und die Plus-Spalte (also die rote). Dadurch ist das Breadboard an die Spannungsquelle angeschlossen.

Damit die Spannung für die LED nicht zu hoch ist, brauchst du noch einen Widerstand, genauer gesagt einen 470Ω-Widerstand. Den verbindest du mit der Minus-Spalte und mit einer Reihe in der Mitte des Breadboards. In die gleiche Reihe wie den Widerstand steckst du das kurze Bein der LED. Das lange Bein steckst du in die Plus-Spalte am Rand des Breadboards.

Prima, nun haben wir einen geschlossenen Stromkreislauf. Wenn du alles richtig gemacht hast, sollte dir jetzt ein Licht aufgehen ;)

Und warum leuchtet jetzt unser erster Versuch? Naja, eine LED ist eine Lampe und wenn du eine Spannung an diese LED anschließt, wird sie leuchten, weil elektrischer Strom durch sie hindurchfließt.

Doch was haben wir jetzt konkret gemacht? Damit die LED leuchtet, muss ein Strom in einer bestimmten Stromspannung anliegen und durch die LED fließen. Erst dann fängt die LED an zu leuchten. Da unsere LED aber gar nicht so viel Strom braucht, um zu leuchten, würde sie von einer zu großen Spannung kaputt gehen. Deswegen haben wir die LED nicht direkt mit der Masse verbunden, sondern noch einen Widerstand dazwischen platziert. Dieser begrenzt die Menge an Strom und verhindert, dass die LED oder der Arduino beschädigt werden. Man nennt solch einen Widerstand auch Vorwiderstand. Du kannst dir das Ganze wie einen Wasserkreislauf vorstellen. Die LED wäre in diesem Fall ein Wasserrad. Damit dieses anfängt, sich zu drehen muss es a) einen Wasserfluss geben und b) muss dieser stark genug sein. Wenn das Wasser aber zu stark fließt, würde das Rad kaputt gehen und deswegen dient der Widerstand als eine Begrenzung und verringert den Wasserfluss.











2.2 Mehrere LEDs

Du brauchst:

  • Breadboard
  • Verbindungskabel
  • 3 x LED (am besten Rot, Gelb und Grün)
  • 3 x 470Ω-Widerstand (Farbcode 5 Ringe: Gelb, Lila, Schwarz, Schwarz, Braun)

    Arduino mit mehreren LEDs und Widerständen

In diesem Versuch machen wir nichts anderes, als zwei weitere LEDs anzuschließen. Dafür benutzen wir dasselbe Prinzip wie beim letzten Mal und verbinden die langen Beine der LED mit der Plus-Spalte und die kurzen Beine über die Widerstände mit der Minus-Spalte. Wenn alles richtig angeschlossen ist, sollten die drei LEDs leuchten. Wenn du ganz genau hinsiehst, sollte dir auffallen, dass die Helligkeit der LEDs variiert. Das liegt daran, dass die LEDs aufgrund ihrer Farbe eine unterschiedliche Stromspannung brauchen.

Aufgabe: Was passiert, wenn du eine LED andersherum verbindest und warum ist das wohl so? Die Auflösung gibt es online ;)




2.3 Parallel- und Reihenschaltung

Der vorherige Versuch hat zwei Dinge gezeigt: 1. Verschiedenfarbige LEDs leuchten bei gleicher Stromspannung unterschiedlich hell. 2. Es gibt zwei verschiedene Arten von elektronischen Schaltungen, die Reihenschaltung und die Parallelschaltung.

Parallelschaltung und Reihenschaltung im Vergleich

Wie zu sehen ist, liegen bei der Reihenschaltung die einzelnen Bauteile hintereinander (also in Reihe). Das ist zum Beispiel der Fall, wenn nach der LED ein Widerstand angeschlossen ist. Dort fließt ein Strom mit der gleichen Stromstärke und die Spannung teilt sich auf die Bauteile auf. Deswegen können wir in einer Reihenschaltung einen Vorwiderstand zum Schutz einer LED benutzen. Wenn wir die Kombination aus LED und Widerstand als ein Element betrachten und uns anschauen, wie diese drei Elemente zueinander stehen, erkennen wir eine Parallelschaltung. Das bedeutet, dass an jedem Element die gleiche Spannung anliegt und sich der Strom auf alle Elemente aufteilt. Folglich leuchten die LEDs weiter und weiter und weiter, solange ausreichend Strom vorhanden ist.


Hier ist die mathematische Erklärung dazu:

Parallelschaltung Reihenschaltung
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2.4 Photowiderstand und LED

Du brauchst:

  • Breadboard
  • Verbindungskabel
  • 1 x LED
  • 1 x Photowiderstand

    Arduino mit LED und Photowiderstand

Wie beim Widerstand muss auch beim Photowiderstand nicht auf die Polung (Plus- und Minuspol) geachtet werden. Wenn du jetzt in einem beleuchteten Raum sitzt und mit deinem Finger den Photowiderstand (den kannst du einfach anfassen) berührst, sollte sich die LED verdunkeln. Denn wie der Name schon sagt, handelt es sich dabei um einen Widerstand, der aber nicht immer gleich stark ist, sondern seinen Widerstandswert ändert, wenn Licht auf den Widerstand trifft. Das heißt, wenn du eine Lichtquelle (Lampe/Handy) über den Photowiderstand hältst, verringert sich der Widerstandswert bis es nur noch ein paar hundert Ω sind. Wenn das nicht der Fall ist, kann der Widerstandswert bei ein paar Mega-Ω liegen.






2.5 Taster und LED

Du brauchst:

  • Breadboard
  • Verbindungskabel
  • 1 x LED
  • 1 x 470Ω Widerstand (Farbcode 5 Ringe: Gelb, Lila, Schwarz, Schwarz, Braun)
  • 1 x Taster

    Arduino mit LED und Widerstand und Taster

Die Schaltung für diesen Versuch basiert auf der Schaltung des Versuchs in 2.1. Hier wird der Stromkreis von einem Taster unterbrochen. Damit du sicher sein kannst, dass du den Taster richtig anschließt, steckst du ihn am besten über die Kerbe des Breadboards, so kannst du ihn nämlich nicht verdrehen. Jetzt musst du nur noch das lange Bein der LED in die gleiche Reihe wie das eine Bein des Tasters stecken und den Widerstand in die gleiche Reihe des anderen Beins. Die LED fängt erst an zu leuchten, wenn der Taster gedrückt wird. Wie das genau funktioniert, haben wir ja bereits am Anfang bei den Beschreibungen für die einzelnen Bauteile erklärt.






2.6 2 LEDs und ein Taster

Du brauchst:

  • Breadboard
  • Verbindungskabel
  • 2 x LED (1 x Rot; 1 x Weiß)
  • 1 x 470Ω Widerstand (Farbcode 5 Ringe: Gelb, Lila, Schwarz, Schwarz, Braun)
  • 1 x Taster

    Arduino mit 2 unterschiedlichen LEDs und und einem Taster

Wenn wir zwei unterschiedliche LEDs parallel anschließen, stehen wir vor einem Problem. Da der Strom immer versucht, den Weg des geringsten Widerstandes zu nehmen, würden die weiße und die rote LED nicht gleichzeitig leuchten, sondern nur die rote, weil diese eine deutlich geringere Spannung braucht. Diese Tatsache können wir aber in diesem Versuch nutzen. Indem wir einfach beide LEDs über einen Taster anschließen, leuchtet im ungedrückten Zustand die weiße LED. Wenn der Taster gedrückt wird, sind beide LEDs miteinander verbunden, das heißt in diesem Fall leuchtet dann nur die rote LED. Wichtig ist dabei, dass der Widerstand auch wirklich an der Seite der weißen LED befestigt ist. Damit haben wir ein simples Entweder-Oder-Licht gebaut.

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