Diode und LED

Lehrpläne: KS3, GCSE, Sek I, cycle 4

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Ziel

Überprüfen Sie, dass eine Diode den Strom nur in einer Richtung durchlässt, und schließen Sie eine LED mit einem Vorwiderstand an.

Aufbau

Oben befinden sich zwei 5-V-Stromkreise mit Glühlampen 4,5 V / 1 W: links ist die Diode in Durchlassrichtung geschaltet, rechts in Sperrrichtung. Unten befinden sich eine Spannungsquelle mit 5 V, ein Widerstand von 220 Ω und eine LED.

Durchführung

1. Vergleichen Sie die Lampen in den beiden oberen Stromkreisen.
2. Beobachten Sie die LED.
3. Ändern Sie in der Parameterkarte des Vorwiderstands der LED 220 Ω in 1 kΩ, dann in 100 Ω.

Erwartetes Ergebnis

Mit der Diode in Durchlassrichtung leuchtet die Lampe, in Sperrrichtung nicht: Eine Diode lässt den Strom nur von der Anode zur Kathode durch. Die LED leuchtet; die Stromstärke durch sie beträgt etwa 14 mA: etwa 1,8 V an der LED und die restlichen 3,2 V am Widerstand. Mit 1 kΩ wird die LED dunkler; mit 100 Ω wird sie heller – die Stromstärke beträgt etwa 31 mA. Bei einer gewöhnlichen 5-mm-LED beträgt der Betriebsstrom 20 mA und der Höchstwert 25–30 mA: 31 mA liegen bereits an der Grenze. Der Widerstand ist es, der den Strom begrenzt: Ohne ihn würden nur die Quelle und die LED selbst den Strom begrenzen, und eine echte LED würde sofort durchbrennen.

Fragen

1. Wie erkennen Sie am Schaltplan, in welcher Richtung die Diode den Strom durchlässt?
2. Welchen Vorwiderstand braucht eine LED mit 2 V und 20 mA an einer Versorgungsspannung von 9 V?

Antworten

1. Das Schaltzeichen der Diode ist ein Dreieck, das auf einen Strich zeigt. Der Strom fließt in die Richtung, in die das Dreieck zeigt, von der Anode auf der Seite des Dreiecks zur Kathode am Strich.
2. Der Widerstand muss die restlichen 9 − 2 = 7 V bei 20 mA übernehmen: \(R = (U - U_{LED}) / I\) = 7 V / 0,02 A = 350 Ω. Der nächsthöhere Normwert, 390 Ω, ergibt etwa 18 mA.