Back to the roots - der LED auf der Spur

Willkommen im neuen Jahr 2023! Heute, am 13.1. (oh Schreck, es ist ein Freitag!) trafen wir uns erstmalig wieder in etwas kleinerer Besetzung. Unsere "10 - Klässler" befinden sich im Sozialpraktikum und einige Mitglieder waren zusätzlich verhindert. Also nutzten wir dieses Treffen einmal wieder zum Bearbeiten der Grundlagen der Elektronik.

Strom, Spannung und Widerstand, die Grundgrößen der Elektronik, benötigt man, um den Geheimnissen elektronischer Bauteile auf die Spur zu kommen. Nur wenn wir diese Größen sicher und korrekt messen können, verstehen wir die vielfältigen elektrischen Schaltungen, die in unserer AG aufgebaut werden. Strom und Spannung bilden die sogenannte Kennlinie eines Bauteils.

Löten einer Testschaltung

Zunächst war erst einmal "Lernen durch Kaputtmachen" angesagt. Eine sogenannte "LED" (Light Emitting Diode) wurde unter einer Sicherheitsscheibe direkt ohne Vorwiderstand an eine 12 Volt Spannungsquelle angeschlossen. Ein kurzer heller Lichtblitz, etwas Rauch und das Bauteil verabschiedete sich in weniger als einer Sekunde in den Bauteilehimmel. Warum reagiert eine LED so empfindlich? Wieso sind da Glühlampen viel genügsamer?

"Proband" auf AATiS - Platine

Nach einer kurzen Einführung in die Handhabung unserer Multimeter wurde dann auch gleich eine geeignete Testschaltung aufgebaut. Ein Schülerstromversorgungsgerät wurde über ein 200 Ohm Potentiometer mit Klemmen auf eine schnell "zusammengelötete LED mit Vorwiderstand geklemmt. Dazu benutzten wir die bewährten Streifenplatinen des AATiS (Arbeitskreis Amateurfunk und Telekommunikation in der Schule). Mit dem Potentiometer und einem in Reihe geschalteten Strommessgerät lies sich jetzt der Strom sehr genau und feinfühlig einstellen und messen. Parallel zur LED wurde die anliegende Spannung registriert, um im Anschluss ein I-U-Kennliniendiagramm zu zeichnen.

Die Ergebnisse überraschten dann alle doch sehr. Bei einer Schaltung mit einer roten LED floss zunächst bis etwa 1,5 Volt Spannung an der LED überhaupt kein Strom. Bei etwa 1,6 Volt begann die LED leicht zu glimmen und der Strom stieg auf etwa 0,1mA an. Im weiteren Verlauf, bis 1,9 Volt, stieg die Helligkeit der Diode und der Strom in der Schaltung immer mehr an. Wird die Spannung ab 1,9 Volt weiter erhöht, bleibt die Helligkeit der LED konstant, Spannung und Strom steigen jedoch unaufhörlich. Bei etwa 25 mA Strom und einer Spannung von 2,1 Volt brachen wir das Experiment ab, um unsere Diode nicht zu zerstören.

Aufnahme der Kennlinie

Die Wiederholung des Experiments mit einer grünen LED lieferte ähnliche Ergebnisse, nur war die Sättigungsspannung nicht bei 1,9 sondern erst bei 2,1 Volt zu verzeichnen.

Was haben wir aus unseren Experimenten gelernt? Es ist keine gute Idee, an eine LED einfach so Spannungen über 2,5 Volt anzulegen. Der Strom nimmt nach der Sättigung steil zu, ohne die Leuchtkraft zu erhöhen. Irgendwann führt dieser Stromzuwachs zwangsläufig zum Fiasko. Ganz nebenbei haben einige auch festgestellt, dass eine LED polaritätsrichtig (Anode, Kathode +/-) angeschlossen werden muss. Alle haben wieder etwas mehr Grundlagenwissen auf dem spannenden Gebiet der Elektronik mitgenommen.

 

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