LED's an Port

[Ozzy]

Hi,

ich möchte LED's an den ATMega128 anschließen, und zwar an 6 Ports an jeweils 2-8 Pins, also pro Pin eine LED. Es kann auch vorkommen, dass alle LED's gleichzeitig leuchten. Ich habe mir für "LED 3 MM ROT LOW-CURRENT" entschieden, mit 1.6 - 2 V und 2mA. Doch wie schließe ich die am Besten an? Ich glaube, es gibt ja entweder die Möglichkeit zwischen Transistoren und diesem ULN2803A-Baustein.
Wie funktioniert der ULN2803A eigentlich? Man schließt da ja, wie ich das zumindest im Datenblatt gesehen habe, keine "externe" Spannung mehr an. Schafft das der AVR dann trotzdem?
Und wie müsste ich dann die Wiederstände berechnen? Bin da kein so großer Experte drin...
Oder was wären passend dimensionierte Transistoren für mein Problem?

Vielen Dank schon einmal für Eure Hilfe!!!

MfG, Ozzy

[askazo]

Eigentlich kannst Du die LEDs auch direkt an die Ports hängen (mit Vorwiderstand natürlich), wenn Du folgende Bedingungen einhälst: (Angaben für die sink currents, die source currents sind aber identisch. Siehe Datenblatt S. 323)

1] The sum of all IOL, for all ports, should not exceed 400 mA.
2] The sum of all IOL, for ports A0 - A7, G2, C3 - C7 should not exceed 100 mA.
3] The sum of all IOL, for ports C0 - C2, G0 - G1, D0 - D7, XTAL2 should not exceed 100 mA.
4] The sum of all IOL, for ports B0 - B7, G3 - G4, E0 - E7 should not exceed 100 mA.
5] The sum of all IOL, for ports F0 - F7, should not exceed 100 mA.
Mit den Low-Current-LEDs wirst Du nicht an diese Grenzen kommen. Aber ich weiß ja nicht, was Du sonst noch an den Ports hängen hast.

Zum ULN2803A:
Die Ausgänge sind Open-Collector-Ausgänge. Das steckt also auch nichts anderes dahinter als ein Transistor, dessen Emitter mit Ground verbunden ist und dessen Basis-Ansteuerung fertig integriert ist. Der Kollektor ist einfach nach aussen geführt. Der ULN arbeitet also eigentlich nur als Schalter, die Versorgungsspannung kommt direkt über den Vorwiderstand an die LED, die Kathode der LED an den ULN. Die Berechnung des Vorwiderstandes läuft wie üblich.

Gruß,
askazo

[Ozzy]

Also da komme ich auf keinen Fall drüber. Wenn ich mit 40 LED's a 2mA rechne, komme ich gerade mal auf 80mA. Und zwar für alle Ports. Und mehr kommt auch nich ran...
Weißt Du vielleicht auch, wie ich dann die Wiederstände berechnen muss?

MfG, Ozzy

[askazo]

Die Berechnung ist ganz einfach:

Rv = (Ub - Uf) / If

mit
Rv = Vorwiderstand
Ub = Betriebsspannung
Uf = LED-Spannung
If = LED-Strom

In Deinem Fall also z.B.:

Rv = (5V - 2V) / 0,002A = 1,5kOhm

askazo

[Ozzy]

Jo, vielen Dank, die fehlte Formel fehlte mir noch.
Aber noch eine letzte Frage: wenn ich jezt 2 LED's pro Port nehme, dann verdoppelt sich doch nur der If, oder?

MfG, Ozzy

[askazo]

Wenn Du beide LEDs parallel schaltest, dann ja.
Wenn Du sie in Reihe schaltest, bleibt If gleich und Uf verdoppelt sich.

Die Reihenschaltung wäre daher besser geeignet, wenn Du an einem Pin 2 LEDs betreiben möchtest.

askazo

[FriLu]

Hallo,
High-effizienz-LEDs sind (imho) besser als low-current, leuchten bei 1-2mA heller :cheesy:

gruss Lutz

[Ozzy]

@askozo: warum ist denn Reihenschaltung besser?
Und was wäre, wenn ich doch mehr als 2 anschließen wollte? Dann wieder parallel? Interssiert mich einfach.

MfG, Ozzy

[olfi13]

2 LED's sind nie ganz gleich. Der Extremfall bei der Parallelschaltung: 1 LED leuchtet nicht, die andere viel zu hell da der Vorwiderstand für 2 LED's berechnet wurde und ein zu hoher Stom durch diese fließt.
Gruß, olfi

[askazo]

@olfi: das wäre aber schon ein extrem-Szenario. Zwei LEDs vom gleichen Typ sollte man problemlos parallel an einem Vorwiderstand betreiben können, ohne das was passiert. Wahrscheinlich sieht man mit bloßem Auge noch nicht mal einen Unterschied in der Helligkeit.

Nein, der Grund, warum die Reihenschaltung besser geeignet ist, ist folgender:
Wenn Du eine LED an einem Port betreibst, wird ein gewisser Anteil an Leisung im Vorwiderstand in Wärme umgesetzt, also sinnlos verbraten. Nehmen wir mal Dein Beispiel: Die LEDs haben einen If von 2mA bei einer Uf von 2V. Am Vorwiderstand müssen also 3V abfallen, bei gleichem Strom. Die Verlustleistung im Widerstand beträgt also 3V x 2mA = 6mW. Zusammen mit dem Leistungsbedarf der LED muss der Prozessor also 5V x 2mA = 10mW an Leisung aufbringen.

Kommt jetzt noch eine LED parallel zur ersten hinzu, verdoppelt sich der Strom durch den Widerstand, die Spannung bleibt aber gleich. Demnach verdoppelt sich die Verlustleistung im Widerstand auf 12mW. Der Prozessor muss insgesamt eine Leistung von 5V x 4mA = 20mW aufbringen.

Bei einer Reihenschaltung sieht's anders aus:
Kommt zur ersten LED noch eine in Reihe hinzu, verdoppelt sich Uf, If bleibt aber gleich. Da Uf größer wird, ist der Spannungsabfall am Vorwiderstand geringer. Im Beispiel nur noch 1V. Die Verlustleistung sinkt dadurch auf 2mW. Eine Reihenschaltung von 2 LEDs an einem Port ist energetisch also sogar günstiger, als nur mit einer LED. Die Leistung, die der Prozessor aufbringen muss, ist nämlich mit 5V x 2mA = 10mW genau so groß wie bei einer LED, allerdings bekommt man damit 2 LEDs zum leuchten, da nicht so viel Leistung im Widerstand verloren geht.

Wenn Du noch mehr LEDs an einen Pin hängen willst, schaltest Du am besten immer 2 in Reihe und diese dann Parallel. Mehr als 2 in Reihe geht nicht, da 3xUf = 6V die Pin-Spannung von 5V übersteigt.

Gruß,
askazo

[Ozzy]

@askazo: Vielen Dank für Deine ausführliche Antwort! Ich denke, jetzt habe ich es wirklich verstanden!

Vielen Dank noch einmal für all Eure Hilfe, Ozzy