Diode und LED: Strom in eine Richtung
Halbleiterbauelemente wie Diode und LED lassen Strom nur in einer Richtung durch.
Das lernst du heute
- Ich kann erklären, was ein Halbleiter ist.
- Ich kann Durchlass- und Sperrrichtung einer Diode unterscheiden.
- Ich kann den Vorwiderstand einer LED berechnen.
Das brauchst du schon: Vielleicht hilft dir zuerst diese Lektion: Grenzen von Bauteilen: der Vorwiderstand
Metalle leiten Strom gut. Kunststoff und Glas leiten fast nicht. Dazwischen liegen die Halbleiter. Das bekannteste Material ist Silizium. Reines Silizium leitet schlecht. Wenn man es gezielt mit anderen Stoffen verunreinigt, leitet es besser. Diesen Vorgang nennt man Dotieren. Aus dotiertem Silizium baut man Dioden. Eine Diode lässt Strom nur in einer Richtung durch. Die Richtung, in der sie leitet, heißt Durchlassrichtung. In der anderen Richtung sperrt sie. Sie hat zwei Anschlüsse: die Anode (Plus-Seite) und die Kathode (Minus-Seite, oft mit einem Ring markiert). Eine LED ist eine Leuchtdiode. Sie leuchtet nur in Durchlassrichtung. Sie verträgt nur wenig Strom, meist etwa 20 mA. Deshalb schaltet man immer einen Vorwiderstand davor. Hier arbeitest du nur mit Kleinspannung aus Batterien.
| Bauelement | Anschlüsse | Verhalten |
|---|---|---|
| Diode | Anode, Kathode | leitet von Anode zu Kathode, sperrt in Gegenrichtung |
| LED | Anode, Kathode | wie Diode, sendet in Durchlassrichtung Licht aus |
| Vorwiderstand | zwei Anschlüsse | begrenzt den Strom durch die LED |
Vorwiderstand einer LED berechnen
- Gegeben: Batterie 5 V, LED mit 2 V Spannung, Strom 20 mA = 0,02 A.
- Am Widerstand bleibt: 5 V − 2 V = 3 V.
- R = U : I = 3 V : 0,02 A.
- R = 150 Ω. Das ist ein üblicher Normwert. Liegt ein Ergebnis zwischen zwei Normwerten, nimmt man den nächstgrößeren.
Ich verstehe das noch nicht
Such dir aus, was dir hilft.
Noch einfacher erklärt
Eine Diode ist wie ein Ventil für Strom.
Sie lässt Strom nur in eine Richtung durch.
Eine LED braucht einen Widerstand davor.
Ein Beispiel
Ein Fahrradventil lässt Luft nur in den Reifen hinein, nicht heraus. Eine Diode macht dasselbe mit Strom. Eine LED ist wie eine Lampe mit Ventil. Der Vorwiderstand schützt sie vor zu viel Strom.
Schritt für Schritt
Du berechnest einen Vorwiderstand.
- Schritt 1: Spannung der Batterie minus Spannung der LED.
- Schritt 2: Strom in Ampere umrechnen. 20 mA sind 0,02 A.
- Schritt 3: Spannung am Widerstand durch den Strom teilen.
Mit einem Bild erklärt
| Richtung | Anschluss an Plus | Ergebnis |
|---|---|---|
| Durchlassrichtung | Anode | Strom fließt, LED leuchtet |
| Sperrrichtung | Kathode | kein Strom, LED dunkel |
Zur Grundlage zurück
- Grenzen von Bauteilen: der Vorwiderstand – Du kennst den Vorwiderstand aus der Schaltungstechnik.
Jetzt zusammen
Wir lösen die Aufgabe gemeinsam. Nutze die Hilfen, wenn du sie brauchst.
Zeig mir den ersten Schritt
Die Anode ist die Plus-Seite.
Lösung ansehen
Lösung: Wenn die Anode an Plus und die Kathode an Minus liegt
Jetzt du
Jetzt probierst du es allein.
Eine LED (2 V, 20 mA = 0,02 A) hängt an einer 6-V-Batterie. Wie groß muss der Vorwiderstand mindestens sein? Antwort in Ω.
Zeig mir den ersten Schritt
Rechne zuerst 6 V − 2 V.
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Lösung: 200
6 V − 2 V = 4 V. R = 4 V : 0,02 A = 200 Ω.
Tipp: Der kurze Anschluss einer LED und die abgeflachte Seite am Gehäuse zeigen meist die Kathode. Die Kathode kommt an Minus.
Merksatz: Eine Diode leitet nur von der Anode zur Kathode. Eine LED braucht immer einen Vorwiderstand: R = (U Batterie − U LED) : I.
Typischer Fehler: Viele denken, eine LED leuchtet auch in Sperrrichtung schwächer. Das stimmt nicht. In Sperrrichtung fließt praktisch kein Strom, die LED bleibt dunkel.
Mini-Quiz
4 kurze Fragen, ohne Noten. Bei jeder Frage kannst du dir die Lösung ansehen.
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Lösung: Ein Halbleiter
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Lösung: Stimmt nicht
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Lösung: Er begrenzt den Strom
Frage 4 Eine LED (2 V, 10 mA = 0,01 A) hängt an 5 V. Wie groß ist der Vorwiderstand in Ω?
Zeig mir den ersten Schritt
5 V − 2 V = 3 V.
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Lösung: 300
R = 3 V : 0,01 A = 300 Ω.
Geschafft
Halbleiter leiten besser als Isolatoren und schlechter als Metalle. Eine Diode leitet Strom nur in Durchlassrichtung, von der Anode zur Kathode. Eine LED ist eine Diode, die leuchtet. Sie braucht einen Vorwiderstand.
Kannst du das schon?
Hake ab, was du schon kannst. Was noch fehlt, schaust du dir einfach noch einmal an.
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