LED Vorwiderstand berechnen: Formel, Farbtabelle & Werte

Den LED Vorwiderstand zu berechnen ist der erste Schritt, um eine LED mit der richtigen Helligkeit zu betreiben, ohne sie zu zerstören oder den Pin deines Boards zu überlasten. Dafür brauchst du nur eine Formel: R = (U_quelle − U_LED) / I. Du ziehst die Durchlassspannung der LED von der Quellspannung ab und teilst die Restspannung durch den gewünschten Strom; das Ergebnis ist der Widerstand in Ohm. Beispiel: Eine rote LED am 5-V-Ausgang eines Arduino Uno soll mit 20 mA leuchten: (5 − 2) / 0,02 = 150 Ω.

In diesem Beitrag siehst du, warum eine LED immer mit Widerstand betrieben werden muss, welche Durchlassspannung welche Farbe hat, fertige Widerstandstabellen für 5 V (Arduino Uno, Nano, Mega) und 3,3 V (ESP32, Raspberry Pi Pico), die Berechnung bei Reihen- und Parallelschaltung und die häufigsten Anfängerfehler. Wenn du nicht von Hand rechnen willst, nutzt der LED-Widerstandsrechner dieselbe Formel für dich.

Warum braucht eine LED einen Vorwiderstand?

Eine LED ist eine Diode und verhält sich nicht wie eine Glühlampe. Beim Glühdraht steigt der Widerstand mit der Wärme, er begrenzt seinen Strom also zum Teil selbst. Bei der LED ist das anders: Unterhalb der Durchlassspannung fließt fast kein Strom, darüber steigt der Strom exponentiell mit der Spannung. Eine rote LED zieht bei etwa 1,8 V nur wenige Milliampere und erreicht bei rund 2,0 V schon 20 mA; erhöhst du die Spannung um ein paar hundert Millivolt, liegt der Strom weit über dem, was die LED verträgt.

Außerdem sinkt die Durchlassspannung der LED, wenn sie warm wird; bei gleicher Spannung fließt dann mehr Strom, und sie erwärmt sich weiter. Dieser Teufelskreis heißt thermisches Weglaufen. Der Vorwiderstand unterbricht ihn: Steigt der Strom, fällt am Widerstand mehr Spannung ab, und die Spannung an der LED begrenzt sich von selbst. Schließt du eine LED ohne Widerstand direkt an 5 V an, bestimmen nur die Innenwiderstände von Quelle, Kabeln und Pin den Strom. Das Ergebnis ist eine sofort defekte LED oder ein langsam geschädigter Arduino-Pin. Beim ATmega328P liegt die absolute Grenze pro Pin bei 40 mA, im Dauerbetrieb sollten es höchstens 20 mA pro Pin sein.

Formel zur Berechnung des LED-Vorwiderstands

Die Formel ist das Ohmsche Gesetz (R = U / I), angewendet auf die LED. In der Reihenschaltung teilt sich die Quellspannung auf LED und Widerstand auf: Die LED nimmt ihre Durchlassspannung (Uf), der Rest fällt am Widerstand ab. Da durch den Widerstand derselbe Strom fließt wie durch die LED, ist sein Wert die Spannung am Widerstand geteilt durch den gewünschten Strom. Ein Beispiel: Du schließt eine rote LED an den 5-V-Ausgang des Uno an; U_quelle = 5 V, U_LED = 2,0 V, I = 20 mA = 0,02 A. Am Widerstand fallen 5 − 2 = 3 V ab, also R = 3 / 0,02 = 150 Ω. Willst du den Strom auf 10 mA senken, ergibt sich R = 3 / 0,01 = 300 Ω; da dieser Wert in der gängigen E12-Reihe fehlt, nimmst du den nächsthöheren, 330 Ω, und der tatsächliche Strom beträgt 3 / 330 ≈ 9,1 mA. Der häufigste Rechenfehler sind die Einheiten: Setzt du 20 mA als 20 in die Formel ein, kommt ein unsinniges Ergebnis wie 0,15 Ω heraus. Rechne den Strom immer in Ampere um oder nimm den Strom in Milliampere und lies das Ergebnis in Kiloohm ab (3 V / 20 mA = 0,15 kΩ = 150 Ω).

Tabelle der LED-Durchlassspannung nach Farbe

Die Durchlassspannung hängt vom Halbleitermaterial der LED und damit von der Lichtfarbe ab. Je kürzer die Wellenlänge, also von Rot Richtung Blau, desto mehr Energie hat das Photon und desto höher ist die Durchlassspannung. Rote, orange, gelbe und klassische gelbgrüne LEDs bestehen meist aus AlGaInP oder GaP und arbeiten bei etwa 2 V. Blaue, reingrüne und weiße LEDs basieren auf InGaN und liegen über 3 V. Eine weiße LED ist eigentlich eine blaue LED mit gelbem Leuchtstoff, daher liegt ihre Durchlassspannung sehr nah an der der blauen.

Die Werte in der Tabelle sind typische Durchlassspannungen bei etwa 20 mA. Selbst zwei LEDs derselben Farbe können je nach Hersteller und Charge einige hundert Millivolt auseinanderliegen, und die Durchlassspannung ändert sich auch leicht mit dem Strom. Hast du das Datenblatt, nimm den dortigen Uf-Wert, sonst den typischen Wert aus der Tabelle. Die Durchlassspannung einer unbekannten LED kannst du mit dem Diodentest des Multimeters messen; er misst mit sehr kleinem Strom und zeigt daher etwas zu wenig an. Für einen schnellen Blick auf die Werte nach Farbe hilft auch das Tool LED-Spannungen. Setzt du Uf in der Rechnung kleiner an als sie ist, erhältst du einen größeren Widerstand und bleibst auf der sicheren Seite.

Fertige Werte für 5 V (Arduino Uno, Nano, Mega)

Die Normwerte in der Tabelle sind das Ergebnis, aufgerundet auf den nächsten Wert der E12-Reihe; in Klammern steht der tatsächliche Strom mit diesem Widerstand. In der Praxis nehmen die meisten für jede Farbe 220 Ω oder 330 Ω, und das ist eine gute Wahl. Bei 5 V zieht eine rote LED mit 220 Ω etwa 13,6 mA, eine blaue etwa 8,6 mA; mit 330 Ω sinken die Werte auf 9,1 mA und 5,8 mA. Moderne, effiziente LEDs leuchten schon bei 5–10 mA hell genug, 20 mA sind meist unnötig; die LED bleibt kühler, hält länger und das Strombudget deines Boards wird entlastet. Das ist besonders wichtig, wenn du viele LEDs ansteuerst, denn der Gesamtstrom durch die VCC- und GND-Pins des ATmega328P ist auf 200 mA begrenzt.

Fertige Werte für 3,3 V (ESP32, Raspberry Pi Pico)

Die Pins von ESP32 und Raspberry Pi Pico liefern 3,3 V; deshalb fällt am Widerstand weniger Spannung ab und die Rechnung ändert sich. Auch die Stromgrenzen beider Boards sind anders. Beim ESP32 ist ein Pin bis etwa 20 mA sicher, aber wenn du mehrere LEDs gleichzeitig ansteuerst, ist ein Ziel von 10 mA ein guter Kompromiss aus Helligkeit und Sicherheit. Die Treiberstärke der Pins des RP2040 auf dem Raspberry Pi Pico ist standardmäßig auf 4 mA eingestellt (wählbar sind 2, 4, 8 und 12 mA), und der Gesamtstrom aller GPIOs ist auf etwa 50 mA begrenzt. Beim Pico solltest du daher 3–5 mA pro LED anpeilen; mit 330 Ω leuchtet eine rote LED trotzdem gut sichtbar.

Mehrere LEDs: Reihen- und Parallelschaltung

Schaltest du LEDs in Reihe, fließt durch alle derselbe Strom und ihre Durchlassspannungen addieren sich. Die Formel wird zu R = (U_quelle − n × U_LED) / I, wobei n die Anzahl der in Reihe geschalteten LEDs ist. Beispiel: Du willst an einem 12-V-Netzteil drei weiße LEDs in Reihe mit 20 mA betreiben: 12 − 3 × 3,2 = 2,4 V bleiben, also R = 2,4 / 0,02 = 120 Ω. Der Vorteil der Reihenschaltung: Ein einziger Widerstand begrenzt die ganze Kette, und der größte Teil der Energie landet in den LEDs statt im Widerstand. Achte darauf, dass die Summe der Durchlassspannungen nicht zu nah an die Quellspannung kommt. Bei 5 V arbeiten zwei rote LEDs (2 × 2,0 = 4 V) am Limit; mit 56 Ω fließen etwa 18 mA, aber kleine Unterschiede zwischen den LEDs verändern den Strom deutlich. Zwei blaue LEDs (6,2 V) leuchten an 5 V gar nicht. Plane so, dass am Widerstand mindestens 1–2 V abfallen; das macht die Schaltung stabil. Für Widerstandskombinationen siehe den Beitrag Reihen- und Parallelschaltung von Widerständen berechnen.

Bei der Parallelschaltung sieht jede LED die volle Quellspannung und die Ströme addieren sich. Die goldene Regel lautet: Gib jeder LED ihren eigenen Widerstand. Schaltest du mehrere LEDs parallel an einen einzigen Widerstand, übernimmt die LED mit der etwas niedrigeren Durchlassspannung den Großteil des Stroms, erwärmt sich, ihre Durchlassspannung sinkt weiter und sie fällt schließlich aus; danach trifft dieselbe Last die nächste LED. Verschiedene Farben mit einem Widerstand parallel zu schalten ist noch schlechter: Die rote LED leitet schon bei etwa 2,0 V, sodass die blaue nie auf 3,1 V kommt und gar nicht leuchtet. Mit eigenen Widerständen wird der Strom jeder LED unabhängig berechnet; vier rote LEDs mit je 220 Ω an 5 V ziehen zusammen etwa 4 × 13,6 ≈ 54 mA. Das ist für einen einzelnen Arduino-Pin zu viel; speise die LEDs aus der 5-V-Schiene und schalte sie über einen NPN-Transistor oder einen MOSFET.

Leistung des Widerstands: Welche Wattzahl brauchst du?

Der Widerstand wandelt die an ihm abfallende Spannung in Wärme um. Die Verlustleistung berechnest du mit P = (U_quelle − U_LED) × I oder gleichwertig P = I² × R. Bei 5 V, 150 Ω und 20 mA für die rote LED ist P = 3 × 0,02 = 0,06 W; ein Standardwiderstand mit 1/4 W (0,25 W) hält das locker aus. Bei einer einzelnen roten LED an 12 V sieht es anders aus: Am Widerstand fallen 10 V ab, R = 10 / 0,02 = 500 Ω, du wählst 560 Ω. Der Strom beträgt etwa 17,9 mA, die Leistung etwa 0,18 W. Das liegt nah an der Grenze von 1/4 W, der Widerstand wird deutlich warm; besser ist ein 1/2-W-Widerstand oder eine Reihenschaltung der LEDs, um weniger Spannung zu verheizen. Als Faustregel betreibst du den Widerstand höchstens mit der Hälfte seiner Nennleistung. Details findest du im Beitrag Elektrische Leistung berechnen und im Ohmsches-Gesetz-Rechner.

Schritt für Schritt: LED mit Widerstand an den Arduino anschließen

1. Bestimme die Farbe der LED und suche ihre Durchlassspannung in der Tabelle; für Rot sind das 2,0 V.
2. Wähle Quellspannung und Zielstrom; für den Arduino Uno sind 5 V und 10–15 mA ein guter Start.
3. Berechne den Widerstand mit der Formel und runde auf den nächsthöheren Normwert; für eine rote LED an 5 V passen 220 Ω (rot, rot, braun). Den Farbcode kannst du im Beitrag Widerstands-Farbcode nachprüfen.
4. Verbinde das lange Bein (Anode) der LED mit einem Ende des Widerstands und das andere Ende des Widerstands mit Pin 9 des Arduino.
5. Verbinde das kurze Bein (Kathode, Seite mit der abgeflachten Kante am Gehäuse) mit GND. Der Widerstand kann auf der Anoden- oder Kathodenseite sitzen; solange er in Reihe liegt, ist das Ergebnis gleich.
6. Lade den folgenden Code hoch; wenn du möchtest, kannst du mit dem Multimeter im Strombereich in Reihe den tatsächlichen Strom messen.

1const int LED_PIN = 9;   // 220 Ω direnç üzerinden LED / LED through a 220 Ω resistor
2
3void setup() {
4  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);       // pini çıkış yap / set pin as output
5}
6
7void loop() {
8  digitalWrite(LED_PIN, HIGH);    // tam parlaklık / full brightness
9  delay(1000);
10  analogWrite(LED_PIN, 64);       // yaklaşık %25 PWM ile kısık / dimmed with about 25% PWM
11  delay(1000);
12  digitalWrite(LED_PIN, LOW);     // söndür / turn off
13  delay(1000);
14}

Der Code lässt die LED zuerst mit voller Helligkeit leuchten, dimmt sie dann mit analogWrite auf etwa 25 % Tastverhältnis und schaltet sie zuletzt aus. Pin 9 ist beim Uno einer der PWM-fähigen Pins (3, 5, 6, 9, 10 und 11). Wichtig: PWM ändert die Widerstandsberechnung nicht. Bei PWM schaltet der Pin sehr schnell ein und aus, und in jedem Moment, in dem er an ist, fließt der Spitzenstrom, den der Widerstand zulässt (hier etwa 13,6 mA); die Helligkeit sinkt, weil der mittlere Strom kleiner wird. Deshalb wird der Widerstand immer für den vollständig eingeschalteten Zustand berechnet. Details zu PWM findest du im Beitrag Was ist PWM?.

LED am ESP32 und Raspberry Pi Pico

Beim ESP32 funktionieren dieselbe Verdrahtung und derselbe Arduino-Code; aktuelle ESP32-Arduino-Core-Versionen unterstützen auch analogWrite. Du musst nur die Pinnummer ändern, zum Beispiel auf GPIO 18, und den Widerstand nach der 3,3-V-Tabelle wählen; für eine rote LED passen 150–220 Ω. Beim Raspberry Pi Pico kannst du die LED mit MicroPython per PWM sanft ein- und ausblenden. Im folgenden Beispiel hängt die LED über 330 Ω an GP15, sodass der Strom innerhalb der Standard-Treiberstärke von 4 mA bleibt.

1from machine import Pin, PWM
2import time
3
4led = PWM(Pin(15))          # GP15 -> 330 ohm -> LED -> GND / GP15 -> 330 ohm -> LED -> GND
5led.freq(1000)              # 1 kHz PWM frekansı / 1 kHz PWM frequency
6
7while True:
8    for duty in range(0, 65536, 1024):      # yavaşça aydınlat / fade in
9        led.duty_u16(duty)
10        time.sleep_ms(10)
11    for duty in range(65535, -1, -1024):    # yavaşça söndür / fade out
12        led.duty_u16(duty)
13        time.sleep_ms(10)

Projektideen mit LED-Widerstandsberechnung

• Ampel: Schließe rote, gelbe und grüne LED mit getrennten Widerständen an; da die Durchlassspannungen dieser Farben ähnlich sind, passen für alle drei 220 Ω. Details im Beitrag Arduino-Ampel.
• Knight-Rider-Effekt: Schließe sechs oder acht LEDs jeweils mit eigenem Widerstand an verschiedene Pins an und lass sie nacheinander leuchten; siehe Knight Rider und Lauflicht.
• Farbmischung mit RGB-LED: Wähle für den roten Kanal einen etwas größeren und für Blau und Grün einen kleineren Widerstand, um die Farbbalance einzustellen; schau dir den Beitrag RGB-LED verwenden an.
• Nachtlicht: Lass mit einem LDR weiße LEDs leuchten, wenn es dunkel wird; an 5 V genügen für eine weiße LED 100–150 Ω.
• 7-Segment-Anzeige: Jedes Segment ist eine eigene LED und braucht einen eigenen Widerstand; siehe 7-Segment-Anzeige.
• Viele LEDs: Reichen die Pins nicht, nimm ein 74HC595-Schieberegister; setze auch hier an jeden Ausgang einen Widerstand und überschreite nicht den Gesamtstrom des Bausteins.

Häufige Fehler und Lösungen

Den LED-Vorwiderstand zu berechnen dauert nur Sekunden, wenn du das Prinzip verstanden hast: Farbe bestimmen, Durchlassspannung von der Quellspannung abziehen, durch den gewünschten Strom teilen und auf den nächsthöheren Normwert aufrunden. Merke dir 220–330 Ω bei 5 V, 330 Ω beim Pico, einen kleinen, aber unbedingt nötigen Widerstand für blaue und weiße LEDs an 3,3 V und bei Parallelschaltung für jede LED einen eigenen Widerstand. In der BlueGrays-App kannst du Projekte wie LED-Blinken, Ampel, Lauflicht und Knight Rider als Arduino-, ESP32- und Pico-Version Schritt für Schritt nachbauen, mit Schaltplänen und Code mit den richtigen Widerstandswerten.