Stromkreise mit Leuchtdioden – Schülerberichte

Leuchtdioden sind interessante elektronische Bauteile. Sie sind billig und lassen sich schon mit kleinen Spannungen zum Leuchten bringen. Baut man mehrere von ihnen in einen Stromkreis ein, und misst man Spannungen und Stromstärken, so kann man Gesetzmäßigkeiten erkennen. Die meisten Berechnungen sind schwierig und wir können sie in der siebten Klasse noch nicht durchführen. Manchmal treten auch ganz unerwartete Effekte auf, die man sich nach genauerer Untersuchung anschaulich erklären kann. Zum Einstieg stellen wir drei Parallelschaltungen mit Leuchtdioden vor, die auf unseren Steckbrettern aufgebaut worden waren.

Chantal und Dominik führten einen Versuch mit drei Leuchtdioden, einem Netzgerät, einem Voltmeter und einem Amperemeter durch und stellten die Messwerte in einer EXCEL – Tabelle zusammen.

Was kann man erkennen und was ist merkwürdig?

Der Versuchsaufbau: Am Gleichspannungs-netzgerät kann die Spannung variiert werden. Die verschiedenfarbigen Dioden sind parallel geschaltet und können mit den Kupferdraht – Schaltern  unabhängig voneinander an- und ausgeschaltet werden

Die Messwerte zeigen, dass die Stromstärke am größten ist, wenn alle Dioden leuchten. Werden die Dioden warm, was besonders dann der Fall ist, wenn die verwendete Spannung groß ist, so kann sich ihr Verhalten ändern.

Hilal, Manuela, und Carina versorgten ihre drei Leuchtdioden mit einer Flachbatterie. Vor die Leuchtdioden wurden Schutzwiderstände geschaltet. Auch bei diesem Versuch wurden Spannungen und Stromstärken gemessen.

In diesem Versuchsaufbau leuchtet zunächst nur eine Diode. Die angezeigte Spannung „gehört“ zum Schutzwiderstand, der links neben der Diode eingebaut ist, und zur leuchtenden Diode. Die Diode „erhält“ also nur einen Teil der angezeigten Spannung.

Jetzt leuchten zwei Dioden. Die Stromstärke ist merklich größer geworden, die Spannung ein wenig abgesunken. Würde man den Spannungsmesser an den Enden des mittleren Parallelzweigs anschließen, würde sich die gleiche Anzeige ergeben. ← Die Tendenz setzt sich fort: Die Spannung an Widerstand und Diode sinkt ein wenig, die Stromstärke steigt merklich, wenn die dritte Leuchtdiode eingeschaltet wird.

Schüler einer fünften Klasse führten nun ebenfalls Versuche mit Leuchtdioden durch und schalteten mehrere verschiedenfarbige parallel. Blaue, grüne und gelbe leuchteten gleichzeitig, aber sobald eine rote dazugeschaltet wurde, gingen die nicht roten trotz geschlossener Schalter aus! Wir untersuchen dieses Problem Simulationsprogramm MULTISIM^® von National Instruments. und erkennen, dass geeignete Widerstände dieses Problem beheben.

Parallel geschaltete Leuchtdioden einer Gruppe von Fünftklässlern:Warum setzt die rote Leuchtdiode die anderen außer Kraft?

Mit dem Technikförderungs – Notebook und dem Programm „Multisim“ von National Instruments haben wir Diodenschaltungen am Computerbildschirm simuliert und getestet und die Bedeutung der Widerstände für das Leuchten der Dioden erkannt.