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    • Lernziele dieser Einheit:

      • Du verstehst den Aufbau einer Leuchtdiode und wie diesem vom Mikrocontroller angesteuert werden.
      • Dir ist klar, was ein Vorwiderstand ist und wie dieser berechnet werden kann.

    • Anschluss der Leuchtdioden am Mikrocontroller

      In dieser Schaltung sind mehrere Leuchtdioden mit einem Mikrocontroller verbunden. Jede Leuchtdiode ist dabei an einen separaten Pin angeschlossen. Diese Pins können jeweils entweder auf '0' oder '1' gesetzt werden, um die entsprechende Leuchtdiode aus- oder einzuschalten. Der Widerstand, welcher in Reihe mit der Leuchtdiode angeschlossen ist und auch Vorwiderstand genannt wird, regelt den Stromfluss und damit die Helligkeit der Leuchtdiode.

    • Leuchtdiode anschalten

      Wenn ein Pin des Mikrocontrollers auf '1' geschaltet wird, dann wird dieser intern mit der Versorgungsspannung von +5 V verbunden. Dadurch fallen diese +5 V an Widerstand und Leuchtdiode ab. Es fließt ein Strom und die Leuchtdiode leuchtet.

    • Leuchtdiode ausschalten

      Wird der Pin eines Mikrocontrollers auf '0' gesetzt, so wird dieser intern mit Ground verbunden. Da auch die Leuchtdiode mit Ground verbunden ist, fällt über Widerstand und Leuchtdiode keine Spannung ab. Es kann kein Strom fließen und die Leuchtdiode bleibt dunkel.

    • Berechnung des Vorwiderstandes

      Zur Berechnung des Vorwiderstands benötigst du drei verschiedene Parameter. Zunächst musst du die Versorgungsspannung deines Systems \(V_{SYS}\) kennen. Außerdem ist die Durchlassspannung der Leuchtdiode \(V_D\) relevant. Für rote Leuchtdioden liegt dieser Wert in der Regel bei \(V_D = 2.2 V\). Nun ist noch der gewünschte Stromfluss nötig. Bei modernen Leuchtdioden kann man von etwa \(I = 10 mA\) ausgehen. Mit diesen Werten kann nun der benötigte Vorwiderstand berechnet werden:

      \(R = \frac{V_R}{I} = \frac{V_{SYS} - V_D}{I} = \frac{5V - 2.2V}{0.01A} = \frac{2.8V}{0.01A} = 280 \Omega\)

      Nun muss man noch schauen, ob es diesen Widerstand in der Realität gibt. Sollte dies nicht der Fall sein, dann kann einfach der nächstgrößere Widerstand gewählt werden.

      Trotz all dieser Berechnungen kann das eigentliche Erscheinungsbild in der Praxis anders als erwartet aussehen. Mal leuchtet die Leuchtdiode zu hell, mal könnte sie etwas heller leuchten. Besonders schwer wird es, wenn Leuchtdioden in mehreren Farben gleich hell leuchten sollen. Auch für diese Schaltung waren mehrere Prototypen nötig, um die Leuchtdioden farblich abzustimmen ;)