LED's

Eine LED anzuschliessen ist beim Arduino ganz einfach. Dazu braucht man natürlich ein LED und einen Widerstand. Um den zu brechnen, brauchen wir ein paar Daten der LED. Zuerst die sog. Durchflussspannung, das ist die Spannung, die an einer LED abfällt, wenn man Sie im Arbeitspunkt betreibt. Und wir brauchen den Strom der LED in diesem Punkt. Beispiel allerwelts rote LED. Durchflußspannung: 2,2V Strom: 0,02A

Jetzt noch die Versorgungsspannung 5V.

R_LED = (V₊ - V_LED) / I_LED

also bei uns (5V- 2,2V) /0,02 = 140Ohm; Den gibt's aber so nicht, außerdem haben LED's recht große Streuungen in ihren Parametern. Da wir ja eigentlich die Langlebigkeit der LED's nutzen wollen sollten wir etwas höher mit dem Widerstand gehen. Die Leuchtkraft wird dadurch kaum beeinflusst. Also wäre 150Ohm der nächste gute Wert. (Selbst bei 210 Ohm wird man kaum etwas bemerken…) Hier die „Schaltung“:

Man sollte übrigens beachten, daß man nicht mehr als 1 normale LED bzw. 10 LowCurrent LED's an eine Port anschliesst. Ein Port im ATMega kann max. 40mA betreiben. Das ist schon recht ordentlich, aber Probleme macht auch, das über die V_cc und GND Pins des Controllers selber nur max. 200mA fliessen sollten. D.h. will man mehr als 10 LED's betreiben, kommt man um mehr externe Peripherie nicht herum.

Das einfachste ist ein einfacher Transistortreiber.

Der BC337 kann bis zu 500mA treiben. Die Versorgunsspannung (+v) kann beliebig angeschlossen werden. Der Widerstand der LED berechnet sich wie oben auch. Nur Statt 5V müssen wir jetzt die Spannung nehmen, die wir an die LED anlegen. Weiterhin muss vor dem Transistor noch ein Basiswiderstand gelegt werden. Die Berechnung ist etwas komplizierter. Hier gibt's ein gutes Tutorial dafür. Der Widerstand zwischen Basis und Masse dient dazu, im Falle das der Ausgang mal Hochohmig ist, (Wenn als Eingang geschaltet oder beim Reset) der Transiostor im definierten Sperrzustand bleibt. (Nennt sich Pulldown Widerstand, weil der Anschluss auf Masse gezogen wird.) 100K sind da ein guter Wert.

Beispielrechnung: Wie wollen 100mA mit dem BC337 treiben. H_fe ist bei Sättingung, und das wollen wir ja genau, 20. Also brauchen wir einen Strom von 5mA. Am Ausgang des Arduinos iegen ca. 4,5V an. Davon jetzt die 0,7V für die Emitter-Basisstrecke abziehen. Macht also 3,8V. Als Basis Widerstand müßten wir dann also 760 Ohm einsetzen. Nächster Wert, damit der Transistor auch immer gut schaltet würde ich 680 Ohm vorschlagen.

Jetzt sollten wir noch kurz überschlagen, ob nicht der LED-Vorwiderstand oder der Transistor zu heiß wird.
LED Vorwiderstand:
sagen wir mal wir betreiben rote LED's mit 12V und 100mA. Vorwiderstand wäre dann ca. 100 Ohm. (das würde allerdings niemand so machen…) 100mA² * 100Ohm = 1W. DAs bedeutet der LED Vorwiderstand sollte min 1W Leistung verbraten können. (Im wahrsten Sinne des Wortes. Die LED's verbrauchen nur in diesem Beispiel nur 0,22W… sollte uns das nicht zu denken geben?)

Transistor:
Max. Verlustleistung liegt beim BC337 bei 625mW. Wir haben 2 Quellen, einmal die Verluste des LED Stroms: 1,4V (das ist die Collector-Emitterstrecke) * 100mA plus 0,7V (Basis-Emitter-Strecke) * 5mA = 0,1435 W = 144mW → Also kein Problem.

Beispiel wäre hier der ULN 2003. Das ist ein Darlington Array mit 7 Kanälen. (gibt's auch mit 8 heißt dann ULN2803) Der ULN kann pro Kanal max 500mA treiben und alle Kanäle zusammen dürfen nicht mehr als 2,5A haben. Einen Kanal des ULN's kann man direkt an den Pin anschliessen.

Der ULN ist einfach und preisgünstig. Normalerweise liegt der nicht über 50Cent. Allerdings ist das eben ein Darlington Array. D.h. jeder Kanal besteht aus 2 Transistoren. Dadurch bleibt der Eingansstrom gering und es wird sichergestellt, daß die Stufe immer schön durchschaltet, aber man muss mit min. 1,4V Spannungsverlusten rechnen. Sowohl an der Basis-Emitter-Strecke wie auch an der Colector-Emitter-Strecke. Will man z.B. bei einem normalen RC Autoakku mit 7,2V 2 weiße LED's betreiben, z.B. als Fahrscheinwerfer, liegt man bei Serienschaltung der beiden LED's schon bei 6,6V. Bei 7,2V Fahrstrom - 1,4V haben wir nur aber nur 5,8V übrig. Das reicht zum Leuchten, und wir brauchen keinen Widerstand. Allerdings gehen dann Spannungsspitzen direkt auf die LED's. Dafür ist der Vorwiderstand nämlich auch da. Und Spannungsspitzen haben wir gerade bei Elektroautos sehr viele. Die sollte man immer schön mit ein paar Kondensatoren abkoppeln. (Am besten eine Elko Keramik Variante. also einen Elko mit 100uF für die Spitzen mit niedrigerer Frequenz und mehr Leistung und dazu parallel einen 220nF Keramikkondensator für die höherfrequenetn Anteile.)