LED-Vorwiderstand-Rechner

Warum braucht eine LED einen Vorwiderstand?

Eine LED verhält sich nicht wie eine Glühlampe. Sobald ihre Flussspannung erreicht ist, steigt der Strom stark an. Der Vorwiderstand begrenzt diesen Strom und nimmt die überschüssige Spannung auf. Ohne diese Begrenzung kann die LED sehr hell aufleuchten, heiß werden oder ausfallen.

Für die Rechnung brauchst du die Versorgungsspannung, die Flussspannung der LED, die Anzahl der LEDs in Reihe und den gewünschten LED-Strom. Beim Strom lohnt sich ein kurzer Praxischeck: Viele Standard-LEDs werden zwar mit 20 mA betrieben, leuchten aber bei 5 bis 10 mA oft schon gut sichtbar. Low-Current-LEDs sind für 2 mA gedacht. Der genaue zulässige Strom steht im Datenblatt der LED.

Die Flussspannung hängt stark von der Farbe ab. Rot liegt typisch bei 2 V, gelb bei 2,1 V, klassisch grün bei 2,2 V, blau und weiß bei 3,2 V, UV bei 3,7 V und infrarot bei 1,3 V. Das sind typische Werte. Wenn du eine bestimmte LED sicher auslegen willst, nimm den Datenblattwert U_F oder V_F statt nur die Farbe.

Wie kann man den LED-Vorwiderstand berechnen?

Die Formel lautet in Worten: Ziehe von der Versorgungsspannung die Flussspannungen aller LEDs in Reihe ab und teile die verbleibende Spannung durch den gewünschten LED-Strom. Als Formel: R = (U_B - n · U_F) ÷ I_F. Die Verlustleistung am Widerstand berechnest du mit P_R = (U_B - n · U_F) · I_F.

Beispiel: Eine rote LED mit 2,00 V Flussspannung soll an 5,00 V mit 20 mA betrieben werden. Am Widerstand bleiben 3,00 V übrig. Die Rechnung ist 3,00 V ÷ 0,0200 A = 150 Ω. Die Verlustleistung liegt bei 60 mW.

Bei diesem Beispiel passt der Normwert direkt: E12 und E24 liefern jeweils 150 Ω, damit fließen 20 mA. Die Farbringe des E12-Werts sind Braun - Grün - Braun - Gold. Für die Belastbarkeit wird 1/8 W (0,125 W) gewählt, denn mit doppelter Reserve sind 120 mW nötig.

Der Rechner nimmt dir die Auswahl des nächstgrößeren Normwerts ab und zeigt zusätzlich Strom, Leistung, Farbringe und eine Einschätzung an.

Welcher Vorwiderstand für LED an 5 V, 9 V, 12 V und 24 V?

Der passende Widerstand hängt stark davon ab, wie viel Spannung am Widerstand übrig bleibt. Bei einer roten LED an 5 V und 20 mA sind es 150,0 Ω rechnerisch. Der Normwert ist 150 Ω, die Verlustleistung am Widerstand liegt bei 60,0 mW.

An 12 V sieht dieselbe rote LED anders aus: Rechnerisch ergeben sich 500,0 Ω. In E12 ist der nächstgrößere Wert 560 Ω, damit fließen 17,9 mA. In E24 ist 510 Ω möglich, damit fließen 19,6 mA. Die Verlustleistung liegt bei 200,0 mW, als Belastbarkeit passt 1/2 W (0,5 W), denn mit doppelter Reserve sind 400 mW nötig.

An 24 V wird die Leistung am Widerstand deutlich größer. Für eine rote LED bei 20 mA ergeben sich 1.100,0 Ω. E12 wählt 1,2 kΩ mit 18,3 mA, E24 wählt 1,1 kΩ mit 20 mA. Die Verlustleistung beträgt 440,0 mW, deshalb wird 1 W gewählt, denn mit doppelter Reserve sind 880 mW nötig.

Auch die LED-Farbe verändert das Ergebnis. Eine blaue LED an 12 V bei 20 mA braucht rechnerisch 440,0 Ω. Der Normwert ist 470 Ω, damit fließen 18,7 mA. Eine weiße LED an 5 V bei 10 mA braucht 180,0 Ω; der Normwert ist 180 Ω und die Verlustleistung liegt bei 18,0 mW. Für eine weiße LED am 9-V-Block bei 20 mA ergeben sich 290,0 Ω. E12 nimmt 330 Ω mit 17,6 mA, E24 nimmt 300 Ω mit 19,3 mA.

LEDs in Reihe und parallel richtig auslegen

LEDs in Reihe teilen sich einen gemeinsamen Vorwiderstand. In der Formel werden dann die Flussspannungen addiert. Zwei rote LEDs an 12 V bei 20 mA ergeben rechnerisch 400,0 Ω. Der E12-Normwert ist 470 Ω mit 17 mA, der E24-Normwert 430 Ω mit 18,6 mA. Am Widerstand fallen 8,00 V ab, die Verlustleistung liegt bei 160,0 mW.

Bei mehr LEDs in Reihe wird der Widerstand kleiner, solange noch genug Spannung für den Widerstand übrig bleibt. Vier weiße LEDs an 24 V bei 20 mA brauchen rechnerisch 560,0 Ω. E12 und E24 treffen mit 560 Ω genau, die Verlustleistung liegt bei 224,0 mW. Die Einschätzung ist günstig, weil 11,2 V Reserve am Widerstand bleiben.

Parallel ist anders: Gleiche Stränge parallel bekommen je einen eigenen Vorwiderstand. Zwei parallele Stränge mit je einer blauen LED an 12 V bei 20 mA brauchen pro Strang 470 Ω. Pro Strang fließen damit 18,7 mA. Der Gesamtstrom aus der Quelle beträgt 40,0 mA und die Gesamtleistung 480 mW. Ein gemeinsamer Widerstand für parallel geschaltete LEDs ist riskant, weil sich der Strom nicht sauber verteilt.

Typische Fehler beim LED-Vorwiderstand berechnen

Der häufigste Fehler ist ein zu kleiner Widerstand. Beim Beispiel weiße LED am 9-V-Block liegt der rechnerische Wert bei 290,0 Ω. 270 Ω lässt 21,5 mA fließen und ist damit mehr Strom als gewünscht. 300 Ω aus E24 ergibt 19,3 mA und ist sicher, 330 Ω aus E12 ergibt 17,6 mA und ist etwas dunkler.

Der nächste Fehler ist die Verlustleistung zu unterschätzen. Bei einer UV-LED an 24 V und 30 mA ergeben sich 676,7 Ω rechnerisch. Der Normwert ist 680 Ω, damit fließen 29,9 mA. Am Widerstand fallen 20,30 V ab, die Verlustleistung beträgt 609,0 mW. Als Belastbarkeit werden 2 W gewählt, denn mit doppelter Reserve sind 1.218 mW nötig.

Achte außerdem auf die echte Versorgungsspannung. USB und typische Mikrocontroller-Schaltungen sind oft gut vorhersehbar, Akkus und Fahrzeugnetze können stärker schwanken. Der Hinweis im Eingabefeld nennt beim Auto 12 V im Betrieb bis 14,4 V - damit solltest du rechnen, wenn die LED dauerhaft zuverlässig laufen soll.

Wenn der Widerstand größer gewählt wird, sinkt der Strom und die LED wird dunkler. Das ist meist sicher. Wenn der Widerstand kleiner gewählt wird, steigt der Strom. Das kann die LED überlasten und erhöht die Wärme im Widerstand.