Ik had mijn best gedaan om het zo simpel mogelijk te houden.
Dat bracht onvermijdelijk met zich mee dat ik wat details weg moest laten. Om jouw vraag te beantwoorden, is het belangrijk om te weten dat de spanningsval over een diode een karakteristische eigenschap van die diode is. Vaak wordt gedaan alsof het een vaste waarde is, maar dat is een vereenvoudiging: de spanningsval hangt af van de stroom door de diode en van de omgevingstemperatuur. Als je een stroom door een diode laat lopen, kun je de werkelijke spanningsval eenvoudig meten met een multimeter.
Bij een led met een spanningval van 3,0 V wordt eigenlijk bedoeld dat 3,0 V een typische waarde is als er een typische stroom doorheen loopt, een stroom waarbij de led goed zichtbaar brandt. Als je online op zoek gaat naar leds, zie je steevast deze twee waarden staan, al dan niet afgekort tot iets als "20 mA / 3,0 V" voor een led met een spanningsval van 3,0 V als er 20 mA loopt. Als je verder kijkt, staat er soms een temperatuur bij.
Bij een kleine verandering in de stroom zal de spanningsval nauwelijks veranderen, die blijft dicht bij de 3,0 V. Daarom is het voor veel toepassingen onbelangrijk om er rekening mee te houden en is het vaak ook geen probleem om over deze spanningsval te praten alsof het wél een vaste waarde is. Omgekeerd echter betekent een relatief kleine verandering in spanningsval een grote verandering in de stroom die er loopt!
Als je hem direct op een batterij of netvoeding aansluit, zonder weerstand of wat dan ook, staat er over een led altijd de volledige spanning van die batterij of voeding. En om eindelijk jouw vraag te beantwoorden: alleen in dat geval is de voedingsspanning gelijk aan de spanningsval over de led. Bij een 20 mA / 3,0 V led hoeft die spanning dan maar weinig hoger te zijn dan 3,0 V of er gaat al een véél te grote stroom lopen, met als gevolg einde led. Met 3,1 V over een led van 3,0 V / 20 mA kan de stroom al richting de 30 mA gaan, zó gevoelig kan het zijn.
Zoals gezegd hangt de spanningsval ook een beetje af van de temperatuur. Voor een led met een spanningsval van 3,0 V bij 20 mA bij 20º kan de spanningsval bij 40º dalen naar 2,95 V. Dat is niet veel, maar stel dat de voeding altijd 3,0 V is, ook bij 40º. Gegeven dat er bij 2,95 V over de led een stroom loopt van 20 mA, hoeveel zal er dan lopen bij 3,0 V? Een formule of antwoord heb ik niet, maar als de led bij een normale temperatuur al fel brandt, dicht tegen de maximale stroom die hij aankan, zou hij bij een hittegolf over zijn grens kunnen gaan.
Eén oplossing om toch met deze onzekerheden om te gaan, is een voedingsspanning te gebruiken waardoor de stroom ruim onder het maximum van de led blijft. Voor een 3,0 V led zal dat bij 2,9 V wel werken. Dan krijg je iets meer dan de helft van de typische stroom en daarmee geeft een led ook al aardig wat licht, en een kleine afwijking in de voedingsspanning blijft zonder gevolgen. Veel lager dan 2,9 V moet je echter niet gaan want dan loopt er te weinig stroom om de led te laten branden. Dit is wat Robert doet (
): met extra diodes zorgt hij ervoor dat de spanning van de USB-voeding wordt verlaagd tot een spanning waarbij de leds nog wel branden, maar niet al te fel. Hoeveel stroom zijn usb-voeding kan leveren, doet er daarbij niet toe.
Een betere en veel stabielere oplossing is een hogere voedingsspanning en een voorschakelweerstand. Dankzij die weerstand zal een iets hogere voedingsspanning of temperatuur nog maar een heel klein effect hebben op de stroom die er zal lopen. En een weerstand is ook nog eens de goedkoopste oplossing.
P.S. Ik heb realistische waarden genoemd, maar er zijn allerlei leds met heel verschillende eigenschappen. Als je een schakeling ontwerpt met bepaalde leds, moet je de specificaties bestuderen of zelf de eigenschappen van de led gaan meten.P.P.S. Als het op mijn treinkamer 40º is, zul je mij daar niet aantreffen.