Berechnung von Vorwiderständen

Woher weiß man, welchen Vorwiderstand man beispielsweise bei der folgenden Schaltung benötigt? 

_{Abbildung: Schaltplan} 

Die grundlegende Formel lautet:

\( R = \frac{(U_\mathrm{ges} – U_\mathrm{LED})}{I} \)

• \( R \) steht hierbei für den elektrischen Widerstand, welcher in Ω (Ohm) angegeben wird.
• \( U \) beschreibt die anliegende elektrische Spannung in V (Volt).
• \( I \) steht für die Stromstärke des hindurchfließenden elektrischen Stromes in A (Ampere).

Um den Vorwiderstand nun zu berechnen, benötigt man erst einmal die Kenndaten des Bauteils. 

• Betriebsspannung der LED \( U_\mathrm{LED} \) 
• Betriebsstrom der LED \( I_\mathrm{LED} \) 
• Versorgungsspannung der gesamten Schaltung \( U_\mathrm{ges} \)

In unserem Fall ist es eine LED, welche in der Regel einen Betriebsstrom von 20 mA, umgerechnet also 0,02 A und eine Betriebsspannung zwischen 1,6 und 4 V (in unserem Fall sind es 2 V) haben. Die genauen Daten einer LED findet Ihr im Datenblatt der vorliegenden LED.

Jetzt fehlt nur noch die Versorgungsspannung U. Dadurch, dass wir die LED an dem 5 V Pin angeschlossen haben, beträgt diese 5 V.
Falls man die LED an einem anderen Pin angeschlossen hat, müsste man in dem Datenblatt des ESP32 nachschauen, welche Spannung der Pin liefert.

Wenn wir diese Daten jetzt in die Formel einsetzen, ergibt sich folgende Rechnung:

\( R = \frac{(5\,\mathrm{V} – 2\,\mathrm{V})}{0,02\,\mathrm{A}} \)

\( R = 150 \, Ω \)

Somit müsste unser Vorwiderstand mindestens 150 Ω betragen.

Bei anderen Beispielen kann es jedoch dazu kommen, dass man einen Wert für einen Widerstand erhält (bspw. 215 Ω), welchen man nicht kaufen kann , da Widerstände nur in genormten Werten erhältlich sind.

Eine Lösung ist in diesem Fall, dass man bei dem errechneten Widerstandswert auf den nächsthöheren erhältlichen Widerstand zurückgreift. So könnte die LED jedoch dadurch etwas schwächer leuchten.

Mit der uns vorliegenden LED können wir bei einer Versorgungsspannung von 5 V mit einem 220 Ω Widerstand arbeiten, da uns ein 220 Ω Widerstand vorliegt.

Aufgabe: 

Berechne den Strom durch die Leuchtdiode bei einer Ausgangsspannung von 3,3 V an GPIO-Pin 16 mit einem Vorwiderstand von 220 Ω. 

Suche im Datenblatt der LED den passenden Wert für die Durchlassspannung der LED heraus und berechne den passenden Widerstand.