allgemeine Frage zu Spannung/Stromg

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  • Hey,
    hab mich gerade mit dem Thema Spannung und Strom auseinandergesetzt und ein bisschen mit dem Multimeter rumgespielt.
    Jetzt stellen sich mir folgende Fragen:

    1) Wenn ich auf meinem Breadboard eine LED über den 3,3V Pin zum leuchten bringe erhalte ich eine Stromstärke von ungefähr 40mA.
    Das ganze ohne Widerstand. Wie kommt das zu stande?
    Gilt also U=3,3V und I=0,04 -> R= 3,3/0,04 = 82,5Ohm -> Also das die Kabel einen 82,5 Ohm Widerstand entsprechen oder wieso kommen 0,04A in den Amperemeter?

    2) Wenn ich auf meinem Breadboard eine LED über den 5V Pin zum leuchten bringe erhalte ich 160mA.
    Ist das das Maximum was rauskäme? Konnte das leider nicht lange verfolgen, da die LED durchgebrannt ist ;)
    Und hiernach wäre der WIderstand nun von den Kabeln und co. ja bei nur ungefähr 30 Ohm.


    (Mir ist schon klar, dass das Breadboard und die Kabeln niemals einen so hohen Widerstand haben, würde nur gern wissen wie die Werte zustande kommen.)


    3) Als ich den +-Pol mit meiner Hand berührt habe (-Pol im GND-Pin)
    fing die LED auch an zu leuchten. Wie kann das sein? Sobald den -Pol aus dem GND-Pin gezogen habe, und ihn z.B. mit dem MInuspol einer beliebigen Batterie verbunden habe, leuchtete die LED nicht mehr.
    Ich dachte die Masse beträgt 0V, wo ist der Unterschied zwischen dem GND-Pin und dem Minuspol einer Batterie?
    Auch die Spanung zeigte 0,01mV an als ich die Verbindung zur LED berührt habe, kann das überhaupt sein, damit dürfte die doch nichtmal glimmen. (hier ist auch gut möglich, dass ich mich vermessen hab, hab leider noch keine Krokodilsklemmen)
    Sobald die Raspberry aus war, hat das alles mit dem Berühren und LED leuchtet nicht mehr funktioniert. Aber ich hab bei den ganzen Versuchen hier keinen Pin in einem Spannungsausgang oder GPIO-Pin gehabt.

  • Hallo Madman,

    na, da machst Du Deinem Nickname alle Ehre - sorry... ;)


    1) Wenn ich auf meinem Breadboard eine LED über den 3,3V Pin zum leuchten bringe erhalte ich eine Stromstärke von ungefähr 40mA.
    Das ganze ohne Widerstand. Wie kommt das zu stande?
    Gilt also U=3,3V und I=0,04 -> R= 3,3/0,04 = 82,5Ohm -> Also das die Kabel einen 82,5 Ohm Widerstand entsprechen oder wieso kommen 0,04A in den Amperemeter?

    Du hast hier den Gesamtwiderstand Deiner Schaltung gemessen, bestehend aus:
    - Kabel (annähernd 0 Ohm, hängt von Länge, Material und Durchmesser ab - s. Icon Tutorial Teil 12)
    - Summe der Kontaktwiderstände (ca. 0,4 Ohm je Kontakt), zu den Kontakten zählen auch die des Steckbretts
    - LED (mit zunehmender Spannung sinkt der LED-Widerstand)
    - Amperemeter

    Sei froh, dass Du einen Dich verblüffend hohen Widerstand hast - sonst wäre Dir der Raspberry Pi verbrutzelt

    MERKE: LED wird immer mit Vorwiderstand verwendet. Bei Raspberry Pi ist ein Vorwiderstand zu wählen, so dass ein Strom von - jetzt halte Dich fest - von 2 mA nicht deutlich überschritten wird. DEn Vorwiderstand immer ausrechnen und ausprobieren.

    Was Du hier getrieben hast, war also sehr leichtsinnig!


    2) Wenn ich auf meinem Breadboard eine LED über den 5V Pin zum leuchten bringe erhalte ich 160mA.
    Ist das das Maximum was rauskäme? Konnte das leider nicht lange verfolgen, da die LED durchgebrannt ist ;)
    Und hiernach wäre der WIderstand nun von den Kabeln und co. ja bei nur ungefähr 30 Ohm.


    (Mir ist schon klar, dass das Breadboard und die Kabeln niemals einen so hohen Widerstand haben, würde nur gern wissen wie die Werte zustande kommen.)

    Ebenso leichtsinning: Vorwiderstand fehlt, der den Strom auf ein erträgliches Maß reduziert.

    MERKE: Eine LED, durch die mehr Strom fließt, als sie verkraften kann, brennt durch!

    Wenn Du ein wenig mehr (hängt vom Raspberry Pi Modell ab) an Strom gezogen hättest, dann hätte sich auch der Raspberry Pi abschalten können. Wenn er in dem Moment noch etwas auf die SD-Karte geschrieben hätte, dann wäre mit fast 100%-iger Wahrscheinlichkeit das Dateisystem bis zur Unbrauchbarkeit zerstört.

    Der Widerstand ist hier geringer, da die LED mit zunehmender Spannung besser leitet (s. LED-Kennlinien).



    3) Als ich den +-Pol mit meiner Hand berührt habe (-Pol im GND-Pin)
    fing die LED auch an zu leuchten. Wie kann das sein? Sobald den -Pol aus dem GND-Pin gezogen habe, und ihn z.B. mit dem MInuspol einer beliebigen Batterie verbunden habe, leuchtete die LED nicht mehr.
    Ich dachte die Masse beträgt 0V, wo ist der Unterschied zwischen dem GND-Pin und dem Minuspol einer Batterie?
    Auch die Spanung zeigte 0,01mV an als ich die Verbindung zur LED berührt habe, kann das überhaupt sein, damit dürfte die doch nichtmal glimmen. (hier ist auch gut möglich, dass ich mich vermessen hab, hab leider noch keine Krokodilsklemmen)
    Sobald die Raspberry aus war, hat das alles mit dem Berühren und LED leuchtet nicht mehr funktioniert. Aber ich hab bei den ganzen Versuchen hier keinen Pin in einem Spannungsausgang oder GPIO-Pin gehabt.


    Die LED leuchtet, weil der Strom durch Deinen Körper geflossen ist. Der Strom sucht sich immer den Weg des geringsten Widerstandes.

    Die LED leuchtet nicht mehr, weil der Stromkreis nicht geschlossen ist, der Widerstand zu groß ist, als dass durch die LED ein für das Leuchten / Glimmen erforderlicher Strom fließen könnte.

    Beste Grüße

    Andreas

    Ich bin wirklich nicht darauf aus, Microsoft zu zerstören. Das wird nur ein völlig unbeabsichtigter Nebeneffekt sein.
    Linus Torvalds - "Vater" von Linux

    Linux is like a wigwam, no windows, no gates, but with an apache inside dancing samba, very hungry eating a yacc, a gnu and a bison.

    Einmal editiert, zuletzt von Andreas (16. Oktober 2015 um 01:15)

  • Hallo madman,

    da sieht man einmal, wie leidensfähig der Raspi ist (wenn er überlebt hat).

    Ganz allgemein gilt, eine LED nie, nie !, nie !!, nie !!! ohne Vorwiederstand betreiben. Sonst ist der Innenwiderstand der Stromquelle der Vorwiderstand und der ist meistens viel zu klein (außer bei stromgeregelter Spannungsquelle). Zur Berechnung des Vorwiderstandes gibt es zahllose Fäden im Internet. Die Tante G. ist Deine Freundin.

    Normalerweise verträgt eine 5 mm LED um 20 mA. Das ist für einen GPIO-Port schon recht viel. Man sollte einen Treibertransistor dazwischen schalten. Direkt am Port verwende ich nur LEDs, die für 2 mA ausgelegt sind und die mit Vorwiederstand. Der Pi sagt dann ganz leise danke, wenn man genau hin hört.

    Viele Antworten auf Deine Fragen findest Du z.B. auf https://www.elektronik-kompendium.de
    Weiter viele Erkenntnisse bei Deinen Experimenten.
    Gruß nehcil

  • boah, da waren gleich 2 schneller... ;-))))))

    zu 1: eine Led sollte NIEMALS ohne Vorwiderstand betrieben werden, weil Leds sind stromgesteuert. Bei 3,3V geht das noch ohne Vorwiderstand, wenn ne weisse oder blaue Led nimmst. Ne rote Led wird kurz gelb und dann dunkel (siehe Deine Versuche mit 5V; damit ist auch Frage 2 erledigt).
    siehe hierzu: http://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/0201111.htm

    Zu 3: Dein Netzteil wird ein Schaltnetzteil sein und taktet intern mit 50-200kHz, je nach Modell. Ein geringer Teil davon gelangt auch an den Ausgang (hochfrequente Wechselspannung). Mit deinem Finger oder dem Kabel wird der Stromkreis kapazitiv zum Schutzleiter geschlossen. Aus ner Batterie kommt reiner Gleichstrom, und geerdet ist die auch net.
    Probier mal, obs auch leuchtet, wenn ein ca. 20cm langes Kabel an den Pluspol der Led dranloetest.

    Einmal editiert, zuletzt von wolf.so (16. Oktober 2015 um 01:28)


  • 1) Wenn ich auf meinem Breadboard eine LED über den 3,3V Pin zum leuchten bringe erhalte ich eine Stromstärke von ungefähr 40mA.
    Das ganze ohne Widerstand. Wie kommt das zu stande?

    Eine LED ist ein Halbleiter. Ein Halbleiter hat eine dynamische Leitfähigkeit. Wenn Du ihm Spannung gibst, dann zieht er sich den Strom, wie er will.
    Deshalb begrenzt man den Strom durch einen Halbleiter mit einem (ohmschen) Widerstand oder eine Konstantstromquelle.


    Gilt also U=3,3V und I=0,04 -> R= 3,3/0,04 = 82,5Ohm -> Also das die Kabel einen 82,5 Ohm Widerstand entsprechen oder wieso kommen 0,04A in den Amperemeter?

    Wie hast Du das berechnet? Mit URI?

    URI (Formel) oder das dazugehörige Ohmsche Gesetz gilt für ohmsche Verbraucher. Typischerweise sind das Widerstände, auch ohmsche Widerstände genannt.

    Was Du machst ist, das ohmsche Gesetz auf einen Halbleiter anwenden. Halbleiter sind aber KEINE ohmschen Verbraucher. Und deshalb ist das ohmsche Gesetz hier nur bedingt anwendbar.

    Selbstverständlich kannst Du aus der gemessenen Spannung und Strom den Widerstand berechnen. Das ist dann aber kein ohmscher Widerstand mehr, sondern der dynamische Widerstand dieses Halbleiters. Dieser Wert gilt nur in diesem einen Moment. Er ist also eine Augenblicksbetrachtung, die in der Praxis keine Rolle spielt.

    Der berechnete Widerstandswert macht keinen Sinn, weshalb er Dich verwirrt hat. Aber nur deshalb, weil Du von einem ohmschen Verbraucher ausgehst, was ein Halbleiter aber nicht ist.

    Ich hoffe, ich habe da ein wenig Klarheit reingebracht.

  • Danke für eure ganzen Antworten, die haben mir jetzt ein wenig mehr Klarheit gebracht.
    Das mit dem Vorwiderstand hab ich nun auch verstanden. Jedoch bleibt mir bei dem ganzen Spannungs und Stromzusammenspiel eine Frage offen.

    Nehmen wir mal das ohmsche Gesetz und erhalten R=U/I
    Jetzt hab ich die Raspberry und ne LED(2,2V) und will den Widerstand berechnen.
    Ok, gut, simpel -> U_gesamt = 3,3V, U_led = 2,2V -> U_widerstand = 3,3V-2,2V = 1,1V
    Jetzt wollen wir den Strom auf 5mA begrenzen und erhalten somit einen Vorwiderstand: R= (3,3V-2,2V)/0,005A = 220Ohm

    Macht alles Sinn, aber wieso muss denn jetzt durch den Widerstand zwangsweise der Strom begrenzt werden und nicht die Spannung?
    Wenn ich den 220 Ohm Widerstand einsetze und davon ausgehe, dass die Raspberry z.B. 10mA liefern kann, dann würde folgende Rechnung doch auch korrekt sein:
    220 Ohm = ( 3,3V - 1,1V )/ 10mA
    Nun haben wir die Spannung um 1,1V runtergesetzt und einfach den Stromfluss verdoppelt. Bei gleichbleibendem Widerstand.

    Bin jetzt kein Mathegenie, aber würde mathematisch meiner Meinung nach korrekt sein ;)
    Wenn man davon ausgeht, dass die LED ab 2V leuchtet, würde im 1. Beispiel die LED leuchten, im 2. würde die LED nicht leuchten

    Woher weiß ich bei einer Schaltung beim Raspberry, bei der ich einen gegebenen Widerstand, die gegebene Maximalspannung habe, wie viel Spannung bzw. wie viel Strom anliegt?


    edit: Ich hab genau den AUfbau jetzt mal durchgeführt. Bei mir kamen insgesamt ein Strom von ungefähr 3mA und eine Spannung von 2,55V raus.
    Ergibt insgesamt ein Widerstand von 250Ohm. Also 30Ohm zu viel. Liegt vllt. hier jetzt eben an der Leitfähigkeit der LED und co.

    Einmal editiert, zuletzt von madman (16. Oktober 2015 um 13:30)


  • Nehmen wir mal das ohmsche Gesetz und erhalten R=U/I
    Jetzt hab ich die Raspberry und ne LED(2,2V) und will den Widerstand berechnen.
    Ok, gut, simpel -> U_gesamt = 3,3V, U_led = 2,2V -> U_widerstand = 3,3V-2,2V = 1,1V
    Jetzt wollen wir den Strom auf 5mA begrenzen und erhalten somit einen Vorwiderstand: R= (3,3V-2,2V)/0,005A = 220Ohm

    Macht alles Sinn, aber wieso muss denn jetzt durch den Widerstand zwangsweise der Strom begrenzt werden und nicht die Spannung?

    Doch. In einer Reihenschaltung teilt sich die Gesamtspannung zwischen den Bauelementen auf. 2,2V an der LED und 1,1V am Widerstand.



    Wenn ich den 220 Ohm Widerstand einsetze und davon ausgehe, dass die Raspberry z.B. 10mA liefern kann, dann würde folgende Rechnung doch auch korrekt sein:
    220 Ohm = ( 3,3V - 1,1V )/ 10mA
    Nun haben wir die Spannung um 1,1V runtergesetzt und einfach den Stromfluss verdoppelt. Bei gleichbleibendem Widerstand.

    Du hast den Widerstand von der LED ausgerechnet. Wie ich im Post oben beschrieben habe, ist das nicht sinnvoll.



    edit: Ich hab genau den AUfbau jetzt mal durchgeführt. Bei mir kamen insgesamt ein Strom von ungefähr 3mA und eine Spannung von 2,55V raus.
    Ergibt insgesamt ein Widerstand von 250Ohm. Also 30Ohm zu viel. Liegt vllt. hier jetzt eben an der Leitfähigkeit der LED und co.

    Den Widerstand einer LED auszurechnen ist nicht sinnvoll.

  • Sry, ich steh da gerade krass auf dem Schlauch. Was meinst du damit, dass ich den Widerstand der LED berechne? Ich will den Vorwiderstand berechnen um die gewünschte Spannung und Stromstärke an der LED zu erhalten.

    Wenn ich eine LED habe die bei 2,2V Leuchtet und ich an der LED eine Spannung von 2,2V erreichen will über den 3,3V Pin mit einer Stromstärke von 5mA, rechne ich um den den Vorwiderstand zu berechnen:
    (3,3V - 2,2V)/5mA = 220Ohm

    Wenn ich eine LED habe die bei 1,1V leuchtet und ich an der LED eine Spannung von 1,1V erreichen will über den 3,3V Pin mit einer Stromstärke von 10mA, rechne ich um den den Vorwiderstand zu berechnen:
    (3,3V - 1,1V)/10mA = 220Ohm

    In beiden Fällen baue ich einen 220 Ohm Widerstand ein. Woher weiß der Raspberry nun dass er die LED mit 2,2V und 5mA oder 1,1V und 10mA betreiben soll, wenn er bis zu 160mA liefern kann?

    Einmal editiert, zuletzt von madman (16. Oktober 2015 um 15:12)

  • Der Raspi weiß garnichts.
    Der Strom der durch diesen Stromkreis fließt hängt von der Größe des Vorwiderstands und der Größe
    des Innenwiderstands der LED ab.
    (außerdem noch vom Innenwiderstand der Stromquelle, den wir hier der
    Übersichtlichkeit wegen vernachlässigen).

    Eine LED die bei 1,1 Volt leuchtet (gibs die überhaupt?) hat einen anderen Innenwiderstand als
    eine die bei 2,2 Volt leuchtet, deshalb fließt bei gleichem Vorwiderstand ein anderer Strom durch den Kreis.

    Der Innenwiderstand eines Halbleiters ist nicht linear und muß im Datenblatt nachgesehen werden.

    Kennlinie LED

    Zu einer bestimmten Spannung an einer LED (zb. 3,3V) gehört immer ein bestimmter Strom (z.B 5 mA),
    er wird bei 3,3V immer gleich sein und kann nicht verändert werden ohne dass sich die Spannung an der LED ändert.

    Einmal editiert, zuletzt von ait (16. Oktober 2015 um 15:35)

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