LED ohne Programmierung testen

Abbildung: Materialien für die erste Aufgabe

Quelle: BBS 2 Wolfsburg

Für den Einstieg betrachten wir erst einmal eine einfache Schaltung ohne Programmierung oder sonstige Konfigurationen. 

Aufgabe: 

Die LED soll über einen Vorwiderstand an einer Spannung von 5 V betrieben werden. Der erforderliche Vorwiderstand ist zu berechnen.

Lies Dir den nachfolgenden Text durch und teste die dargestellte Schaltung.

Was wird benötigt?

 

Anmerkungen zur LED:

Beim Anschließen der LED ist darauf zu achten, dass sie nur dann leuchtet, wenn sie in Durchlassrichtung betrieben wird. Es ist somit auf die richtige Polung zu achten. Das bedeutet, dass die Kathode an das Negative Potential (GND) angeschlossen wird und die Anode an das Positive Potential angeschlossen wird (5V).

Die Kathode (–) ist an unterschiedlichen Merkmalen zu erkennen (siehe Abbildung rechts):

1. Am kürzeren Anschlussdraht,
2. am abgeflachten Gehäuserand und
3. an der daran angeschlossenen Reflektorwanne.

Die LED darf nur über einen Vorwiderstand betrieben werden, der den Strom begrenzt. Ohne Vorwiderstand führt die Eigenerwärmung zu einer Stromerhöhung in der LED (Heißleiterverhalten), die die Temperatur noch weiter erhöht. Somit steigt der Strom grenzenlos an, bis die LED überlastet und somit zerstört wird (Lawineneffekt).

Daneben führt der grenzenlose Strom durch die LED auch zu einer Überlastung und somit Zerstörung des genutzten ESP-Ausganges und kann im ungünstigsten Fall den gesamten Microcontroller zerstören.

Eine Verpolung schädigt die LED bei kleinen Spannungen nicht. Die LED wird dann lediglich in Sperrrichtung betrieben.

Die 5 V werden über den errechneten Vorwiderstand an die Anode (das längere Beinchen) und GND (0 V) an die Kathode angeschlossen (siehe Schaltungsaufbau).

Erklärung Durchlassrichtung/Sperrrichtung:

Eine Diode ist ein elektronisches Bauteil, das den Strom in einer Richtung besser durchlässt als in der anderen. Man kann sich eine Diode wie eine Art elektrisches Ventil vorstellen. Die "Sperrrichtung" einer Diode ist die Richtung, in der sie den elektrischen Strom schlechter oder überhaupt nicht leitet.

Angenommen, du denkst an eine Straße mit einem Einbahnstraßenschild. In dieser Analogie repräsentiert die Diode die Einbahnstraße. Der Verkehr (der elektrische Strom) kann nur in eine Richtung fließen, und das ist die "Durchlassrichtung" der Diode. Das ist so, als ob Autos nur in eine Richtung auf der Einbahnstraße fahren dürfen.

Die "Sperrrichtung" ist dann die entgegengesetzte Richtung, in der der Verkehr nicht erlaubt ist. Versuchst du, in diese Richtung zu fahren (den Strom anlegen), wird die Diode wie ein geschlossenes Tor wirken und den Stromfluss blockieren. Das ist vergleichbar mit dem Versuch, entgegen der Einbahnstraße zu fahren, was normalerweise nicht erlaubt ist.

In einfachen Worten: Die Sperrrichtung ist die Richtung, in der die Diode den Strom nicht durchlässt. Es ist die Richtung, in der die Diode "gesperrt" ist und wie ein Einbahnstraßenverbot wirkt.

Durchlassrichtung:

_{Abbildung: Durchlassrichtung Diode}
^{Quelle: BBS 2 Wolfsburg}


_{Abbildung: Durchlassrichtung Wasseranalogie}
^{Quelle: BBS 2 Wolfsburg}

Sperrrichtung:


_{Abbildung: Sperrrichtung Diode}
^{Quelle: BBS 2 Wolfsburg}

_{Abbildung: Sperrrichtung Wasseranalogie}
^{Quelle: BBS 2 Wolfsburg}

Aufbau der Schaltung:

_{Abbildung: Aufbau - LED ohne Programmierung testen}
^{Quelle: BBS 2 Wolfsburg}

^Schaltplan:

_{Abbildung: Schaltplan - LED ohne Programmierung testen}
^{Quelle: BBS 2 Wolfsburg}


Wenn man jetzt den ESP32 mit dem Micro-USB Kabel verbindet, leuchtet die LED auf.


_{Video: Darstellung des Aufbaus}
^{Quelle: BBS 2 Wolfsburg}

Anschließend bringen wir Interaktionen und Logik mit ins Spiel. Dafür bauen wir in den nächsten Abschnitten einen Taster und weitere LEDs ein, welche dann per Programmierung angesteuert werden.