LED am Transistorausgang: Den Spannungsabfall des Schalters mitrechnen
16.10.2026
Bei einem Low-Side-Treiber liegt der LED-Widerstand nicht an der ganzen Versorgungsspannung: Auch am eingeschalteten Ausgang fällt Spannung ab. Das ULN2003A-Datenblatt zeigt, warum Prüfwerte nur für ihre angegebenen Ströme gelten.
Der geschaltete Zweig hat drei Spannungsabfälle
Bei der einfachen LED-Rechnung besteht der Kreis aus Versorgung, LED und Vorwiderstand. Mit einem Low-Side-Treiber kommt der Schalter als weiteres Bauteil in den Strompfad: Plusversorgung → LED → Widerstand → Kollektorausgang des Treibers → gemeinsamer Emitter → Masse. Das ULN2003A ist ein Darlington-Transistorarray; seine Emitter sind gemeinsam verbunden und typischerweise an Masse gelegt. Der Ausgang ist also nicht einfach eine ideale Drahtverbindung nach Masse. Für eine eingeschaltete LED gilt näherungsweise: U_R = U_Versorgung − U_LED − U_Ausgang. Erst die Spannung U_R liegt am Vorwiderstand. Mit dem Ohmschen Gesetz folgt R = U_R / I. Der Ausgangsabfall ist kein zusätzlicher Reihenwiderstand, den man unabhängig wählen könnte; er hängt vom Treiberstrom und dessen Ansteuerung ab.
Beispiel: WP1043SRD an einem ULN2003A
Nehmen wir als Rechenrahmen eine 5-V-Versorgung, eine rote Kingbright WP1043SRD und einen gewünschten Zweigstrom von 20 mA. Kingbright nennt für diese LED bei genau 20 mA 1,85 V typisch und 2,5 V maximal. Bei typischem LED-Wert wären vor Abzug der Treiberspannung zunächst 3,15 V für Widerstand und Schalter zusammen übrig: 5 V − 1,85 V = 3,15 V. Die Rechnung für den Widerstand lautet daher R = (3,15 V − U_Ausgang) / 0,020 A. Das ist absichtlich noch kein fertiger Widerstandswert. U_Ausgang muss zum verwendeten Treiber und zum tatsächlichen Strom passen. So nennt TI beim ULN2003A 0,9 V typisch und 1,1 V maximal nur unter den tabellierten Bedingungen von 100 mA Kollektorstrom. Würde man den typischen Wert rein rechnerisch einsetzen, ergäben sich 112,5 Ω – aber diese Zahl ist kein belegter Arbeitspunkt für den LED-Zweig mit 20 mA. Sie zeigt, wie ein scheinbar konkretes Ergebnis irreführend wird, wenn der Datenblatt-Prüfstrom nicht passt.
Prüfwerte nicht auf andere Ströme übertragen
Datenblätter liefern keine universellen Bauteilwerte. Die angegebene LED-Durchlassspannung gilt für einen Prüfstrom; für die WP1043SRD sind 1,85 V typisch und 2,5 V maximal bei 20 mA aufgeführt. Ebenso ist die Sättigungsspannung des ULN2003A an bestimmte Kollektorströme gebunden. Ein Tabellenwert bei 100 mA belegt nicht automatisch den Spannungsabfall bei 5 mA oder 20 mA. Zwischen Varianten und Betriebsbedingungen können sich die Werte unterscheiden. Auch der maximale LED-Strom ist keine sinnvolle Zielgröße: Die absolute DC-Grenze der genannten LED beträgt 30 mA, und der Hersteller warnt vor übermäßigem Strom. Wähle einen gewünschten Betriebsstrom mit Abstand zur Grenze und prüfe, ob die für diese Wahl nötigen Daten tatsächlich vorhanden sind. Wenn das Datenblatt keinen garantierten Treiberwert für den eigenen Strompunkt liefert, setze nicht einfach einen fremden Prüfpunkt als Gewissheit ein.
Rechnen und den realen Zweig abgleichen
Für eine belastbare Auslegung brauchst du Versorgungsspannung, LED-Spannung und Treiberausgangsspannung für passende Betriebsbedingungen. Dann setzt du sie in R = (U_Versorgung − U_LED − U_Ausgang) / I ein. Für eine konservative Grenzbetrachtung müssen außerdem Min-/Max-Werte und Toleranzen in die richtige Richtung berücksichtigt werden; ein typischer LED-Wert allein ist keine garantierte Grenze. Am aufgebauten Zweig kannst du Versorgung, Spannung über der LED und Spannung am Treiberausgang messen. Die verbleibende Spannung gehört dem Widerstand. Miss außerdem den tatsächlichen Strom durch den Zweig oder bestimme ihn aus dem Widerstandsspannungsabfall geteilt durch dessen Wert. So erkennst du, ob Strom und Spannungsverteilung mit der Rechnung übereinstimmen.
Nicht nur einen Kanal betrachten
Ein einzelner Kanalwert sagt noch nicht, ob das ganze Treibergehäuse thermisch passend betrieben wird. Werden mehrere Lichtzweige gleichzeitig eingeschaltet, addiere ihre Verlustleistungen näherungsweise als U_Ausgang × I je Kanal und prüfe anschließend die thermischen Angaben für genau deine Gehäusevariante, Platine und Umgebung. TI führt thermische Widerstände zwischen Sperrschicht und Umgebung auf; sie sind für die verwendete Gehäusevariante relevant. Der praktische Ablauf bleibt damit: passenden Datenblattpunkt suchen, Widerstand mit dem tatsächlichen Schalterabfall berechnen, Zweig messen und die Gesamtbelastung des Bauteils betrachten.