Resistencia limitadora de corriente del LED y Ley de Ohm

Question

Ayer estaba tratando de averiguar cuántos ohmios de resistencia debo usar para mi LED, y encontré este puesto aquí en el foro.

La fórmula dice que hay que restar la caída de tensión del LED a Vcc, y luego dividirla por la corriente objetivo (A), en el ejemplo, era (5-3,4)/0,005 = hay que utilizar una resistencia de 320 ohmios.

Mi pregunta es la siguiente: ¿por qué la resistencia se calcula no con la totalidad de los 5V sino sólo con una fracción de los mismos? Supongamos que la resistencia de todo el circuito estaría en el nivel más bajo de 320 ohmios si el LED es de 0 ohmios, y si he utilizado la Ley de Ohm en este circuito: 5/320 = 0,015625 (A), que está muy lejos de la corriente objetivo que esperaba.

Es como un misterio para mí, y espero que alguien pueda explicármelo de verdad.

EDIT: Otra forma de decirlo: Si uno imagina que la carga útil de la caja negra consume 5V, para suministrar 5mA a través del circuito, la caja negra tiene que tener 5/0,005 = 1000 ohmios. Y sé que la caja negra está compuesta por 2 componentes: el LED y la resistencia, y la suma de sus resistencias debe ser de 1000 ohmios. Si la R del LED es x, y la R de la resistencia es y, tienen la relación x+y = 1000. Eso significa que cualquiera que sea la resistencia que ponga, la R del LED cambia automáticamente a un valor adecuado para que su suma sea 1000, ¿es eso posible?

¿No es necesario conocer la resistencia del LED, o la resistencia del LED es realmente dinámica?

Answer 1

Porque no toda la tensión de 5V cae a través de la resistencia. Una parte cae a través del LED ... si usaron 3,4V en el ejemplo debe haber sido un LED azul o blanco ... dejando sólo 1,6V a través de la resistencia.

Poner un LED rojo allí (que cae 1,7V) y dejaría 3,3V a través de la resistencia. Entonces, ¿qué resistencia necesitarías para obtener 5ma ahora?

Answer 2

Todos los LEDs se pueden modelar como diodos zener con una tensión directa específica del color/sustrato Vf y una serie resistiva Rs, donde se combinan ambas para dar la Vf a la corriente nominal. Rs tiende a ser pequeña, por lo que se puede despreciar para las aproximaciones de añadir resistencias en serie limitadoras de corriente. (ver más abajo)

Por lo tanto, la corriente es no lineal y proporcional a la diferencia de tensión entre la alimentación y la caída de Vf a la corriente deseada.

Las baterías con baja variación de voltaje son ideales, como las células primarias de litio. La mayoría de las linternas blancas que utilizan 3V por LED las usan sin resistencias en serie ya que la célula de Litio también es de 3V. Sin embargo, es posible que especifiquen un conjunto ordenado de LEDs para lograr esto.

Mi regla de oro es encadenar conjuntos de LEDs de forma que la diferencia de tensión sea de ~1V para la resistencia limitadora de corriente para un regulador fijo. Si el rango de suministro tiene una amplia gama, por ejemplo, 10 ~ 15V entonces un circuito de disipación de corriente constante es mejor.

Información adicional

Para una mayor precisión en un rango más amplio de corrientes, puede determinar el valor de Rs a partir de las hojas de especificaciones para una temperatura determinada. La tensión de avance Vf también es una función de la temperatura que afecta ligeramente a los resultados. El Rs de los LEDs es mucho menor que el Rs dinámico de los Zeners que utilizan uniones de silicio.

• Los dispositivos HB de 20mA son <20 ohmios.
• Los dispositivos HB de 300mA son < 2 ohmios.
• Los módulos de potencia de 1Amp son de ~ 0,3 ohmios.
• Rs para matrices de LEDs , sumar en serie, y dividir en paralelo.
• Los LEDs de la antigua tecnología tenían valores Rs mucho más altos.
• La Rs se reducirá a medida que aumente la corriente, pero se puede aproximar al valor del 10% de la corriente nominal y extrapolar si el dispositivo se mantiene a temperatura constante.
• Debido al efecto Shockley con la variación de la tensión, se puede calcular la temperatura de la unión a partir de la caída de tensión de un LED calibrado.

Answer 3

La ley de la corriente de Kirkhoff nos dice que la corriente a través de los dispositivos en serie es la misma a través de todos los dispositivos. La corriente que circula por la resistencia es la misma que circula por el diodo. Por lo tanto, sólo tenemos que determinar la corriente a través de la resistencia, que nos dice cuál es la corriente a través del diodo también.

Dado que la tensión a través de la resistencia es, de hecho, aproximadamente la tensión de alimentación menos la tensión caída por el diodo, y estamos aplicando la ley de Ohm a la resistencia, tenemos que utilizar esa tensión.

No podemos utilizar toda la tensión de alimentación presente a través de la resistencia y el diodo para calcular la corriente a través de sólo la resistencia.

En realidad, tal vez sí. Hay situaciones en las que se puede obtener una aproximación útil suponiendo que la caída de tensión a través de la unión de un diodo es cero. Supongamos que la tensión de alimentación es algo bastante alto, como 30V. Si se supone que un diodo no deja caer ninguna tensión cuando conduce, es decir, que deja caer 0V en lugar de 1,2V o lo que sea, el error en el cálculo es del 4%. Ahora considere que algunos componentes tienen tolerancias de hasta el 5%. En algunos circuitos, es suficiente con utilizar un modelo de diodo como una simple válvula unidireccional. Esa es la primera aproximación. Por ejemplo, cuando construimos un puente rectificador de onda completa en una fuente de alimentación, no siempre pensamos mucho en la caída de tensión de los diodos. La segunda aproximación del diodo consiste en modelarlo como una válvula unidireccional con una tensión de offset (como 0,7 para un diodo de silicio). Eso cubre la mayoría de los escenarios restantes que se producen. A continuación, el siguiente modelo es algo más exacto, que modela la curva tensión-corriente del diodo, las corrientes de fuga y demás.

Pero hay una diferencia entre cometer un error, y hacer una elección justificada del modelo.