Cómo calcular la resistencia en serie de un LED

Por qué un LED necesita una resistencia en serie

Un LED conduce como cualquier diodo, con una corriente que crece exponencialmente con la tensión, de modo que un pequeño cambio de tensión produce un gran cambio de corriente. Conectado directamente a una fuente, un LED típico consume mucho más que su valor nominal y se quema.

Una resistencia en serie lo soluciona. Fija la corriente absorbiendo la tensión que el LED no utiliza, con lo que la corriente es mucho menos sensible a pequeñas diferencias de tensión.

El simulador de LED muestra lo pronunciado que es el problema. Con el preset de LED rojo (20 mA nominales a 2,0 V), el modelo da 20 mA a 2,0 V, pero unos 27 mA a 2,1 V y unos 34 mA a 2,2 V. Un aumento del 10 % en la tensión da un 70 % más de corriente.

La fórmula

Aplique la ley de tensiones de Kirchhoff a la malla: la tensión de alimentación es igual a la tensión del LED más la tensión en la resistencia, es decir, V_s = V_f + I × R. Despejando R se obtiene:

R = (V_s − V_f) / I

• V_s es la tensión de alimentación en voltios.
• V_f es la tensión directa del LED a la corriente elegida, según la hoja de datos.
• I es la corriente directa deseada en amperios, igual o inferior a la corriente nominal.

Elija primero I. La hoja de datos suele indicar 20 mA para un LED estándar de 5 mm, pero una corriente menor, de 5 a 10 mA, suele bastar para un indicador y es más suave con el LED.

Ejemplo resuelto: LED rojo con 5 V

Tome un LED rojo con V_f = 2,0 V y una corriente objetivo de 20 mA, alimentado con 5 V.

1. Tensión en la resistencia: 5 − 2,0 = 3,0 V. 2. Resistencia: 3,0 / 0,02 = 150 Ω. 3. Potencia en la resistencia: P = I² × R = 0,02² × 150 = 0,06 W, o bien 3,0 V × 20 mA. 4. Potencia en el LED: 2,0 V × 20 mA = 0,04 W.

150 Ω es un valor estándar de la serie E12, así que puede usarse tal cual. Una resistencia de un cuarto de vatio (0,25 W) tiene mucho margen sobre 0,06 W. Si el valor calculado no es estándar, redondee al siguiente valor estándar. Entonces la corriente queda ligeramente por debajo del objetivo, que es la dirección segura.

Si quiere un LED menos brillante, elija una corriente menor: a 10 mA la misma alimentación necesita 3,0 / 0,01 = 300 Ω.

Por qué la tensión directa depende del color

La tensión directa viene determinada sobre todo por la banda prohibida del semiconductor, que también fija el color de la luz. Una banda prohibida más ancha implica una tensión directa mayor y una longitud de onda más corta.

Los presets de Curvo Studio para LED de 5 mm a 20 mA muestran el patrón.

• Rojo (AlGaInP, 625 nm): 2,0 V
• Naranja (605 nm): 2,05 V
• Amarillo (590 nm): 2,1 V
• Verde (InGaN, 525 nm): 3,0 V
• Azul (InGaN, 470 nm): 3,2 V
• Blanco (chip azul con fósforo): 3,2 V

El salto entre el amarillo y el verde se produce porque los materiales cambian de AlGaInP a InGaN, no porque la tensión varíe suavemente con la longitud de onda. Son valores típicos. Los componentes reales varían según el fabricante, el lote y la temperatura, así que consulte la hoja de datos del LED que vaya a usar.

La misma fórmula sirve para todos los colores. Un LED azul con 5 V a 20 mA necesita (5 − 3,2) / 0,02 = 90 Ω, así que el siguiente valor estándar por encima es 100 Ω, que da unos 18 mA. Con una alimentación de 3,3 V, un LED azul deja solo 0,1 V en la resistencia, por lo que la corriente se vuelve extremadamente sensible a la tensión directa exacta y el cálculo deja de ser fiable.

Potencia nominal y otras comprobaciones

Tras elegir la resistencia, compruebe tres cosas.

• Potencia de la resistencia: P = I² × R. Elija una potencia nominal de al menos el doble de la calculada cuando sea posible, ya que deja margen y mantiene el componente frío.
• Corriente del LED: no supere nunca la corriente continua nominal del LED.
• Tensión inversa: los LED toleran poca tensión inversa. Los presets usan un máximo de 5 V, y el simulador marca el LED como sobrecargado en ruptura.

Si la alimentación varía, calcule con su tensión más baja para asegurarse de que el LED se enciende, y luego compruebe la corriente con su tensión más alta para asegurarse de que el LED está a salvo.

Pruébelo en el simulador de LED

Abra el simulador de LED y elija el preset de LED rojo de 5 mm. El simulador aplica una tensión directamente al LED, así que la resistencia en serie que usted calcule es la que añadiría por fuera. Su propio parámetro de resistencia en serie (12 Ω en este preset) es la resistencia interna del material del LED, no la resistencia externa.

• Fije la tensión aplicada en 2,0 V y lea la corriente, unos 20 mA, el valor nominal.
• Súbala a 2,1 V y 2,2 V y observe cómo la corriente se acerca a la sobrecarga.
• Cambie al preset azul y busque la tensión que da 20 mA, que debería ser 3,2 V.
• Reste cada tensión directa de su tensión de alimentación, divida entre 20 mA y compare los valores de resistencia que obtiene para cada color.