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Por qué necesitamos resistencias en los led

He investigado y dice que las resistencias limitan la corriente que pasa por el LED.

Pero esta afirmación me confunde porque sabemos que en un circuito en serie, la corriente es constante en cada punto, entonces ¿cómo es que una resistencia puede limitar la corriente que circula?

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Un LED es un diodo fabricado con un material semiconductor que genera fotones de luz cuando la corriente fluye a través del material. Cuanta más corriente pase por el LED, más luz emitirá y más brillante será. Sin embargo, existe un límite superior que es la cantidad de corriente suficiente para dañar el LED.

Un LED ofrece poca resistencia a la corriente que circula por él. La mayor parte de la poca resistencia que ofrece procede de la energía perdida por la luz emitida y la generación de fotones es tan eficiente que la resistencia es bastante insignificante. Sin embargo, a medida que la corriente aumenta, incrementando la cantidad de luz, el LED fallará en algún momento porque la cantidad de corriente que lo atraviesa provoca fallos en el material. Con cantidades suficientemente grandes de corriente, la vaporización catastrófica del material puede dar lugar a lo que equivale a una pequeña explosión dentro de la envoltura exterior del LED. Con los niveles de corriente más bajos que se encuentran en los circuitos digitales de 3,3 V o 5 V, el resultado más probable es que el material semiconductor falle y deje de conducir y el LED deje de brillar.

¿Cómo afecta la tensión del circuito al consumo de corriente de un LED? Dado que un LED es un tipo de diodo, la ecuación del diodo de Shockley describe la corriente que permite un diodo a distintos niveles de tensión. La ecuación muestra que los resultados de la función de Shockley para un determinado rango de tensión siguen una curva exponencial. Esto significa que pequeños cambios en la tensión pueden provocar grandes cambios en la corriente. Por lo tanto, si se utiliza un LED en un circuito sencillo cuya tensión sea superior a la tensión de salida del LED, se corre el riesgo de que el LED consuma una corriente sorprendentemente superior a sus niveles recomendados, con el consiguiente fallo del LED.

Véase Tema de Wikipedia Circuito LED así como Wikipedia topic Ecuación del diodo de Shockley .

Así que la idea es diseñar el circuito del LED de forma que se limite la cantidad de corriente que fluye a través del LED. Queremos equilibrar tener suficiente corriente para causar el nivel de brillo deseado sin tener tanta que el material del LED falle. El método más común para limitar la corriente es añadir una resistencia al circuito.

Un LED debe tener una hoja de datos que describa sus características eléctricas y sus tolerancias. Por ejemplo, consulte esta hoja de datos Nº de modelo: YSL-R531R3D-D2 .

Las primeras características que nos interesan son (1) cuál es la corriente máxima que puede soportar el LED antes de que sea posible un fallo del material que provoque el fallo del LED y (2) cuál es el rango de corriente recomendado. Estos y otros valores máximos para un LED rojo estándar típico (LEDs diferentes tendrán valores diferentes) se encuentran en una tabla como se duplica a continuación.

screen shot of standard red LED data sheet

En la tabla de la hoja de datos de este LED rojo estándar vemos que la corriente máxima es de 20mA siendo el rango recomendado de 16mA a 18mA. Esta gama recomendada es la corriente para que el LED esté en su más brillante mientras que no arriesga fracaso material. También vemos que la disipación de potencia nominal es de 105mW. Queremos asegurarnos que en el diseño de nuestro circuito LED nos mantengamos dentro de estos rangos recomendados.

Mirando en la siguiente tabla encontramos un valor de Forward Voltage para el LED de 2.2v. El valor de Forward Voltage es la caída de tensión cuando la corriente fluye a través del LED en la dirección de avance, del ánodo al cátodo. Ver ¿Qué es la tensión "directa" e "inversa" cuando se trabaja con diodos? .

Si utilizáramos este LED en un circuito con 2,2v y una corriente de 20mA, el LED disiparía 44mW, lo que está dentro de nuestra zona de seguridad de disipación de potencia. Si la corriente cambia de 20mA a 100mA la disipación será 5 veces mayor o 220mW que está muy por encima de la disipación de potencia nominal de 105mW para el LED por lo que podríamos esperar que el LED falle. Ver ¿Qué le pasa a mi LED cuando le aplico demasiada corriente? .

Para reducir la corriente que atraviesa el LED a los niveles recomendados, introduciremos una resistencia en el circuito. ¿Qué valor de resistencia debemos utilizar?

Calculamos el valor de una resistencia utilizando la Ley de Ohms, V = I x R . Sin embargo, haremos una transformación algebraica porque queremos resolver la Resistencia en lugar de la Tensión, por lo que utilizaremos la fórmula R = V / I .

El valor de I, corriente en amperios, es bastante obvio, utilicemos el mínimo recomendado de 16 mA o 0,016 A de la hoja de datos del LED en la fórmula transformada. Pero, ¿qué valor debemos utilizar para los voltios, V?

Debemos utilizar la caída de tensión de la resistencia, que es la contribución de la resistencia a la caída de tensión total de todo el circuito. Así que tendremos que restar la contribución de la caída de tensión del LED de la tensión total del circuito para determinar la contribución de la caída de tensión necesaria de la resistencia. La caída de tensión de un LED es el valor de la tensión directa, la caída de tensión en dirección directa del ánodo al cátodo, según la tabla anterior.

Para un proyecto Raspberry Pi estándar que utilice el carril de 3,3 V como fuente de alimentación, el cálculo sería el siguiente (3.3v - 2.2v) / .016A = 69 ohms (rounding 68.75 up)

Entonces, ¿por qué se suele utilizar un valor de resistencia como 200 ohmios cuando los cálculos indican 69 ohmios?

La respuesta fácil es que una resistencia de 200 ohmios es una resistencia común incluida en muchos kits de experimentación. Queremos utilizar una resistencia común si la luz emitida por el LED no va a disminuir notablemente.

Entonces, si cambiamos de una resistencia de 69 ohmios a una de 200 ohmios, ¿cuál es el cambio en la corriente? Volvemos a utilizar la ley de Ohm para resolver el problema de la corriente en el circuito, I = V / R o 3.3v / 200 ohms = .0165A y cuando miramos la hoja de datos del LED vemos que este valor está en el rango recomendado de 16 mA a 18 mA por lo que el LED debería ser suficientemente brillante.

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totallymike Puntos 124

Simplemente, el led tiene una baja resistencia, si se conecta a una batería solo la corriente que fluye a través de él será muy alta (I = V / R), alta corriente significa más potencia disipada en la pequeña resistencia del led, lo que lleva a burninng el diodo (térmicamente), porque el material tiene muy baja constante de transferencia de calor.

Tenga en cuenta que la potencia disipada =(I^2 ×R).

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