En esta entrada veremos los leds más habituales y como calcular la resistencia necesaria.
Vimos en la entrada anterior que los leds son diodos emisores de luz. Tienen una amplia aplicación en nuestra afición. Podemos emplearlos como indicadores luminosos, iluminación de la maqueta, señalizaciones o iluminación de material rodante.
Tipos habituales
El dato más relevante de los leds es la tensión de alimentación, es decir la diferencia de potencial que debe existir entre ánodo y cátodo para que conduzca. Este diferencial será también la caída de tensión que observaremos en el circuito. Otra caracteristica es la intensidad máxima soportada, por encima de la cúal el diodo se quema.
Para los de rango intermedio o comunes, de intensidad máxima aproximada de 20mA, que son los que habitualmente usamos podemos considerar.
Leds rojos 1,8 V
Leds verdes y amarillos 2,1 V
Blancos y azules 3,6 V
En algunos casos, especialmente en los smd, viene indicado el voltaje exacto.
Existen en diversos encapsulados.
- Leds miniatura, son los que todos tenemos en mente. Led de color con diversas formas de la cubierta de plástico. Redonda, cuadrada, triangular o plana y en diversos tamaños, desde 2 mm a 8 mm. Existen para baja intensidad, rango intermedio y alta intensidad.
- El encapsulado en smd presenta los mismos valores aproximados de tensión. Los encapsulados más clásicos son los 0402, 0603, 0805 y 1206. Estos códigos estandarizados hacen referencia a su medida en centésimas de pulgada. Las medidas en milímetros
0402 (1.0 mm * 0,5 mm)
0603 (1,6 mm * 0,8 mm)
0805 (2,0 mm * 1,25 mm)
1206 (3,2 mm * 1,6 mm)
Podemos encontrarlos igualmente en diversos colores. Son altamente eficientes, e iluminan mucho más que sus hermanos mayores.
Existen muchos más tipos, especialmente para aplicaciones de iluminación, pero no tienen un uso generalizado en nuestra afición. Para saber más sobre leds y encapsulados
https://es.wikipedia.org/wiki/Led
https://tecnologiademontajesuperficial.es.tl/LED-SMD.htm
Análisis del circuito
Observemos el siguiente circuito en el que tenemos un led y una resistencia. A diferencia del que vimos en la entrada explicando la Ley de Ohms, en este circuito tenemos ya dos elementos.
Para entenderlo fácilmente. El led necesita una tensión mínima para dejar pasar la corriente (por ejemplo 1,8 V), cuando se alcanza se ilumina, pero si hay más tensión pasa por el led y solo se ve reducida por la que necesita para mantener el paso de la corriente abierto. Por eso decimos que el diodo (led) produce una caída de tensión.
En este circuito la tensión de alimentación Vt es la que proporciona la fuente de alimentación. Si medimos el voltaje entre los puntos a y c esta será la misma que la de la fuente. Pero entre b y c tenemos el led y observaremos que la tensión entre sus extremos (Vl) es la que requiere para conducir (1,8 V), sea la que sea la tensión de la fuente.
Veamos por ejemplo una fuente de alimentación 5V y led rojo (1,8v)
En un circuito en serie, donde los componentes están uno detrás de otro y la corriente solo puede pasar por un hilo conductor, el voltaje total del circuito será igual a la suma de los voltajes en los bornes de los componentes.
Vt = Vl+ Vr
Ya sabemos que Vl es de 1,8 V. Así que podemos despejar que tensión existirá entre los bornes de la resistencia, los puntos a y b.
5 V = 1,8 V + Vr
Vr = 5 V – 1,8 V
Vr = 3,2 V
Calculo de resistencia
En los circuitos en serie la intensidad que los atraviesa es igual en todo el circuito. Como la corriente solo puede seguir un camino, pasará la misma intensidad por todo el recorrido. Así
It = Il = Ir
Por tanto. Calculando la intensidad que pasará por una determinada resistencia, limitamos la intensidad que pasará también por el diodo led.
Existe la creencia equivocada que con la resistencia bajamos el voltaje para adaptarlo al led, pero no es así. Si fuera así podriamos poner un led con caída de tensión de 3 V, con alimentación de 3 V y que encendiera como una bombilla. Pero se quema al momento. Porque una vez alcanzada la tensión de conducción del led, conduce sin resistencia, deja pasar toda la corriente que puede dar la fuente, superando la intensidad máxima y se funde. Siempre necesita una resistencia que límite la intensidad.
No debemos superar los 20 mA en los tipos de leds que usamos habitualmente. Para un indicador de tablero 5 o 10 mA pueden ser suficientes, pero para iluminar intensamente con una farola por ejemplo necesitaremos algo más de intensidad. Esto también dependerá de la eficiencia del tipo de led que usemos.
Ejemplo: Vamos a calcular para un máximo de 20 mA y 5V
Hemos visto en el ejemplo anterior que el voltaje cae al pasar el diodo y que la resistencia tenía entre sus bornes (puntos a y b) 3,2 V. Esta es la tensión que utilizaremos. Para ello usaremos la fórmula de la Ley de Ohms.
Ir = (Vt – Vl) / R
Observar que (Vt – Vl) es lo que hemos calculado antes Vr, es decir la tensión que había en el circuito entre los bornes de la resistencia, los puntos a y b. Así
0,020 A = (5 V – 1,8 V) / R
Despejamos R
R = (5 V – 1,8 V) / 0,020 mA = 3,2 V / 0,020 mA = 160 ohms
Necesitaremos una resistencia aproximada de 160 ohms. No se comercializan de todos los valores, así que buscaremos el valor más próximo. Aquí tenéis una tabla con los valores comerciales más habituales.
Podríamos escoger la de 150 o la de 180 ohms. Como ya hemos hecho cálculos para intensidad máxima 20 mA, mejor reducir. Como ya sabemos, a mayor resistencia menor intensidad, sería preferible la de 180 ohms.
Entonces ¿qué intensidad pasará con la de 180 ohms?
Ir = (Vt – Vl) / R
Ir = (5 V – 1,8 V ) / 180 = 0,0177 A
Pasarían 17,7 mA
Otros ejemplos
Ejemplo 1 : Queremos poner un led amarillo (2,1 V) para un indicador en el panel. Lo vamos a alimentar con 12 V.
¿Qué resistencia necesito para que encienda con 10 mA?
Ir = (Vt – Vl) / R
0,010 A = (12 V – 2,1 V ) / R
R = (12 V – 2,1 V ) / 0,010 A = 9,9 V / 0,01 A = 990 ohms
Mirando la tabla de valores comerciales vemos que lo más cercano es la de 1 K (1000 ohms)
Ya vimos como calcular potencias en una entrada anterior, comprobamos que con las típicas de ¼ W (0,250 W) tenemos suficiente.
P = I * V = 0,010 A * 9,9 V = 0,099 W
Ejemplo 2: Ponemos un led smd blanco (3,6 V) alimentado a 5 V para una farola. Como son más eficientes, para empezar a probar la luz que nos proporciona podemos empezar con un valor de 15 mA. ¿Qué resistencia necesito?
Ir = (Vt – Vl) / R
0,015 A = (5 V – 3,6 V ) / R
R = (5 V – 3,6 V ) / 0,015 A = 93,33 ohms
Mirando en la tabla podríamos usar la de 82 ohms o la de 100 ohms.
¿Qué potencia debe disipar la resistencia?
Para ser más exactos. Veamos que intensidad circulará con la resistencia comercial elegida (100 ohms).
Ir = = (5 V – 3,6 V ) / 100 = 0,014 mA
Ahora calculamos la potencia para esa intensidad
P = I * V = 0,014 * 1,4 = 0,0196 W
¿Y si usamos 12 V con ese mismo led?
Ir = (Vt – Vl) / R
0,015 A = (12 V – 3,6 V ) / R
R = (12 V – 3,6 V ) / 0,015 A = 560 ohms
En este caso la de 560 ohms se comercializa. Pero ¿cuánta potencia disipará a 12 V?
P = I * V = 0,015 * 8,4 = 0,126 W
La resistencia deberá soportar un valor superior al calculado, si usamos resistencia standard, las más habituales soportan hasta ¼ W (0,250 W), ya nos valen. Pero en resistencias smd, solo la de encapsulado 1206 soporta la potencia calculada. Veremos con más detalle los tipos de resistencias en la próxima entrada.
Si disponéis de una placa de prototipos y un multímetro, os invito a tomar mediciones y comprobar todo lo anterior o la caída de tensión real del led. Podremos ajustar más los cálculos, aunque van a seguir existiendo diferencias pequeñas entre lo calculado y lo medido por las tolerancias de los componentes.
Si no queréis hacer cálculos, existen muchas calculadoras en internet que nos permiten saber la resistencia necesaria. Aquí tenéis algunas.
https://www.inventable.eu/paginas/LedResCalculatorSp/LedResCalculatorSp.html
https://ledcalculator.net/es#p=3&v=1.8&c=20&n=1&o=w
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