Leuchtdioden in Reihen- oder Parallelschaltung ? Wer Leuchtdioden (Leds) zu Beleuchtungszwecken verwendet, wird oft nicht nur eine, sondern  mehrere Leuchtdioden (Leds) an eine Spannungsquelle anschließen wollen. Die Frage, die sich dann meistens stellt, ist, wie schließe ich mehrere Leuchtdioden an eine Spannungsquelle an ? Prinzipiell gibt es zwei Möglichkeiten: In Reihe oder Parallel. Beide Möglichkeiten haben ihre Vor- und Nachteile und sollen daher nachfolgend kurz erläutert werden.   Die einfache Reihenschaltung (Annahme: Spannungsquelle 12 Volt) Die Reihenschaltung (Bild 1) kommt bei richtiger Anzahl der Leds ohne jegliche Vorwiderstände aus.   Zur Funktionsweise: An jeder Led der Reihe fällt dieselbe Spannung ab. Wenn man die  Reihenschaltung zwischen dem meist roten (+) und dem schwarzen (-) Kabel realisiert und 4 Leds verwendet, fallen an jeder Led 3 V ab (3 * 4 = 12 Volt). Dies entspricht ungefähr der benötigten Spannung, um weiße bzw. blaue Leds für viele  Anwendungsfälle ausreichend zum Leuchten zu bringen. Benötigen die verwendeten Leds mehr Versorgungsspannung, um die bestmögliche Leuchtintensität zu erzielen (z.B. 3,7V bei manchen blauen und weißen Leds), kann man natürlich nur entsprechend weniger Dioden verwenden. Vorteile: sehr einfach zu realisieren keine  Vorwiderstände nötig Nachteile: bei Bedarf kann keine zusätzliche Led hinzugeschaltet werden, da die Spannung dann an allen  Leds absinkt. Die Diodenspannung kann nicht exakt eingestellt werden (Beispiel 1: 12V  Versorgungsspannung. Bei 3 Dioden erhält jede Diode 4V, bei 4 Dioden erhält jede nur 3V: 3,7  Volt können nicht eingestellt werden.) Anschluß von 3 Leds an der Autobatterie: Fall 1: stehender Motor: Die Autobatterie gibt eine Spannung von 12 Volt ab. Jede der drei Leds wird mit der von uns empfohlenen max. Spannung von 4 Volt belastet Fall 2: laufender Motor: Die Autobatterie wird von der Lichtmaschine mit bis zu 15 Volt  geladen. Die maximale Spannung, die sich die Leds teilen, beträgt also auch 15 Volt. Jede  Led wird mit 15 Volt : 3 Leds = 5 Volt belastet. Die Folge: die Zerstörung der Leds innerhalb kürzester Zeit.  Die “einfache” Parallelschaltung Bezeichnend für eine Parallelschaltung (s. Bild 2) ist, daß an jedem Bauteil der Parallelschaltung dieselbe Spannung anliegt, in dieser Schaltung also an jeder der 4 Leuchtdioden. Die Spannung wird nicht geteilt. Der Strom teilt sich auf, über jede Led fließt ein Teilstrom. Der Gesamtstrom ist gleich der Addition der Teilströme. Mit einer Spannungsquelle von ca. 3,0 - 4,0 Volt und einem ausreichend großen Leitungsquerschnitt können nahezu beliebig viele Leds parallel geschaltet werden.   Aber: Auch handelsübliche Kleinakkus (Mignon, Micro,...) haben unmittelbar nach Aufladung eine höhere  Spannung als angegeben ! Ein Beispiel: 3 Akkus in Reihe jede 1,2 Volt = 3,6 Volt. 3 Akkus frisch geladen in Reihe jede 1,4 Volt = 4,2 Volt !! (= Grenzbelastung !)   Parallelschaltung mit vorgeschaltetem Gesamtwiderstand Mit einem vorgeschalteten Gesamtwiderstand (s. Bild 3) könnten die Leds auch an höheren  Spannungen z.B. an der Autobatterie) betrieben werden. Da die Autobatterie im Normalfall mindestens 12 Volt abgibt, beträgt die durch den Gesamtvorwiderstand aufzunehmende Spannung 9 Volt. (Spannungsdifferenz zwischen Ledspannung und Bordspannung. Dies bewirkt bereits bei einer Parallelschaltung von nur 5 Leds (weiß/blau) einen vom Gesamtwiderstand aufzunehmenden Energieverlust in Höhe von ca. 1 Wattstunde. (Annahme: Spannungsquelle konstant 12 Volt, ULed=3Volt, Ityp.= 20mA). Damit liegt der Energieverlust am Widerstand R1 über dem Eigenenergiebedarf der Leds. Das entscheidende Problem jedoch stellt die Leistungsgrenze des Gesamtwiderstandes R1 von ca. 0,4 bis 2 Watt (je nach Qualität der handelsüblichen Widerstände) dar. Eine noch höhere Wärmebelastung über die Leistungsgrenze von R1 würde ein thermisches Zerstören dieses Widerstandes zur Folge haben. Um eine Brandgefahr zu vermeiden, sollte unbedingt die am Widerstand tatsächlich abfallende Leistung überprüft werden ! Die wärmeabstrahlenden Bauteile dürfen nicht mit leicht entzündlichen Materialen in Kontakt treten.      Die vielleicht perfekteste Lösung, Leds zu verschalten: Jede Led erhält einen eigenen Vorwiderstand (Reihenschaltung). Alle Leds samt Ihrem  Vorwiderstand werden parallel  geschaltet (s. Bild 4) Man rechnet den Vorwiderstand der Leds für die gewünschte Spannungsquelle aus, baut einen   Widerstand dieser Größe vor jede Led, und schaltet die Leds dann parallel. Vor- und Nachteile der vielleicht perfektesten Schaltung: Vorteile: - recht einfach zu realisieren - beliebige  Anzahl von Leds möglich - exakte Einstellung der Led-Spannung  möglich Nachteile: - etwas mehr Lötarbeit - geringfügige Mehrkosten (pro Widerstand ca. 4-9 Cent)   Hintergrund: Wie berechnet man den Vorwiderstand einer Led ?   Problemstellung: Man will Leuchtdioden ins Auto einbauen. Dioden arbeiten aber bei einer viel geringeren  Spannung (ca.  3,7V) als die im Auto verwendete Bordspannung (12V /5V). Also muß man vor die Diode einen Widerstand schalten, so daß an diesem der Großteil der Spannung abfällt, und für die Diode nur noch die geforderten ca. 3,7 Volt übrigbleiben. Wie groß muß dieser Vorwiderstand sein ?   Der prinzipielle Aufbau: R: der zu berechnende Widerstand Led: Leuchtdiode Uv: Versorgungspannung (Autobatterie) UR: Spannung, die am Widerstand abfällt ULed: Spannung, die an der Diode abfällt Die Berechnung: Wie bereits erwähnt beträgt die angenommene Versorgungsspannung Uv hier 12V. Wenn nun die elektrischen Daten der Diode bekannt sind, kann der benötigte Widerstand leicht  ausrechnet werden. Hier im Beispiel verwenden wir eine Led, die 3,7 Volt Spannung benötigt und eine Stromaufnahme von ca. 20mA hat. Der Widerstand berechnet sich nach dem Ohmschen Gesetz: R=U/I (U: Spannung am Widerstand, hier UR, I: Strom durch den Widerstand.) Der Strom durch  den Widerstand ist genauso groß wie der Strom durch die Diode, also 20mA (0,020A). Die Spannung errechnet sich wie folgt: Gesamtspannung = Summe aller Teilspannungen, hier: 12V = ULed + UR. Damit folgt: UR = 12V - UD = 12V - 3,7V = 8,3V Und damit: R = 8,3V / 0,020A = 415 Ohm [ V/A ] Nach obiger Rechnung muß der Widerstand also ca. 420 Ohm betragen. Am besten überprüft man  nun diesen errechneten Wert, in dem man ein Strommeßgerät in Reihe zwischen Spannungsquelle und Vorwiderstand oder Led schaltet. Je nach gemessenem Wert kann man nun den Widerstand durch einen größeren bzw. kleineren Widerstandswert austauschen. Warum diese Abweichung vom errechneten Wert ? Leds sind hochentwickelte Halbleiterelemente, aber auch Sie haben Fertigungstoleranzen. Geringe Spannungsänderungen bewirken bereits große Änderungen in der Stromaufnahme. Wie wir wissen ist die Stromaufnahme der maßgebliche Richtwert für die optimale Auslegung der Leds. So kann es vorkommen, daß 2 Leds derselben Produktion folgende Kenndaten besitzen: Led Nr. 1: 11mA Stromaufnahme bei 3,7Volt Led Nr. 2: 20mA Stromaufnahme bei 3,7Volt Durch die Verwendung des jeweils korrigierten Vorwiderstandes wird die gleiche Stromaufnahme (Leuchtintensität) der Leds Nr. 1 und 2 erreicht. Hier finden Sie eine Auflistung der theoretisch errechneten Widerstandswerte pro Led in Abhängigkeit von der Versorgungsspannung. Anmerkung: Aufgrund der Wärmeentwicklung der Widerstände sollte man diese ausreichend dimensionieren (z.B. durch Verwendung von 0,6 / 1 Watt Widerständen) !   Wärmeentwicklung pro Widerstand bei obigem Beispiel: Aufgenommene Leistung des Widerstandes: P  = U * I = 8,3 * 0,02 = 0,168 = ca. 0,2 Watt.   (Alle Angaben ohne Gewähr)