LED - ¿Por qué debemos usar una resistencia en serie con el LED?

Limitar la corriente que le llega al LED es algo tremendamente importante. Un LED se comporta de forma muy diferente a la resistencia de un circuito. Las resistencias tienen un comportamiento lineal de acuerdo a la ley de Ohm V=I*R. Por ejemplo, si incrementamos el valor de tensión aplicado a una resistencia, la corriente que pasa a través de él, se incrementará de forma proporcional, tanto como lo permita la propia resistencia. A fin de cuentas, si superamos la potencia máxima que puede gestionar una resistencia según su datasheet, se quemará. Los LEDs no se comportan de la misma manera. Ellos se comportan como lo que son un diodo (recordemos que LED significa Diodo Emisor de Luz), con una curva IV característica y diferente de la de una resistencia.

Por ejemplo, el diodo LED tiene un parámetro que se conoce como Tensión Directa (Forward Voltage en inglés) que normalmente está en el rango de 1,5V-4V. Y tienes que alcanzar este límite si quieres que el LED se encienda. 

Pero tan pronto como excedamos este punto, la resistencia del LED cae rápidamente y por lo tanto empieza a fluir por él una gran cantidad de corriente hasta que al final, si no la limitamos de alguna forma, terminamos quemando el LED.

Justo para ello, es para lo que usamos una resistencia limitadora en serie con el LED, para mantener el valor de la corriente al nivel recomendado de corriente por el LED que estemos usando, y esta información nos la podremos encontrar en el datasheet del LED en cuestión.

El esquema del circuito vendría a ser algo como esto.

Usando este circuito, necesitaremos conocer tres valores para determinar cuál es el valor de la resistencia limitadora que debemos usar.

Siendo:
i = La corriente directa del LED “forward current” en amperios (ver datasheet)
Vf = La tensión directa del LED “forward voltage drop” en voltios (ver datasheet)
Vs = La tensión de alimentación de nuestro circuito

Una vez que hemos obtenido los tres valores (los dos primeros del datasheet del LED que hayamos seleccionado, y el tercero de la fuente alimentación o la batería que tengamos conectada), los usaremos en la siguiente ecuación y determinaremos el valor de la resistencia limitadora que tendremos que usar.

Además, de las leyes de Kirchhoff recordaremos que:

1.-  La corriente, i, que saldrá de nuestra fuente de alimentación, atravesará la resistencia y luego el LED, será la misma que regrese por el polo negativo de nuestra fuente de alimentación. Esto parece que no es importante ahora, en sistemas más complejos donde la tierra venga dada por un pin del Arduino, deberemos verificar que sea de una magnitud que pueda drenarse por nuestro microcontrolador.

2.-  La caída de tensión en la resistencia limitadora más la caída en el LED será igual a la tensión de la fuente de alimentación

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Ejemplo 1

¿Qué valor de Resistencia debemos usar si tenemos un LED con Vf de 3,1V y una If de 30mA y vamos a usar una fuente de alimentación de 3,8 voltios?

Lo primero es NO OLVIDARSE de convertir todas las unidades a Voltios, Amperios y Ohmios.

Una vez hecho esto, si usamos la formula anterior tendremos:

Por lo que usando una Resistencia mayor o igual que 23,3 ohmios, nuestro LED no se fundiará.

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Ejemplo 2

¿Qué pasa si queremos usar un LED de potencia? ¿Cómo podemos seleccionar la potencia de la resistencia limitadora que debemos usar?  

Pongamos por ejemplo que tenemos LED para que su datasheet nos dice que tiene una Vf de 3,9voltios y una If de 1400 miliamperios.

En este caso, no solo es importante seleccionar bien el valor óhmico de la Resistencia limitadora que vayamos a usar, sino también de la potencia máxima que admite, con objeto de que una corriente muy alta (como es el caso de la que pretendemos usar en este caso de 1400 miliamperios) no funda la resistencia.

Para ello debemos saber que la ecuación que define la relación entre la potencia, la corriente y la tensión entre los terminales es  

Así que como hemos visto antes, sabemos que la corriente que va a pasar por nuestro LED es la misma que la corriente que va pasar por nuestra resistencia: 1400 miliamperios. Ahora resta saber cuál es la caída de tensión entre los terminales de nuestra resistencia. Para ello debemos saber dos cosas:

1.- Que una de las leyes de Kirchhoff nos dice que: “En un lazo cerrado, la suma de todas las caídas de tensión es igual a la tensión total suministrada”, o sea que si 12 voltios tiene que ser igual a la caída de tensión en la resistencia más la caída de tensión en el LED. Y como ésta última sabemos que es según el datasheet de este ejemplo la Vf=3,9V, entonces Kirchhoff nos dira que 12=V+Vf, o lo que es lo mismo que V=12-4=8voltios.

2.- Que la potencia disipada “Power” por la resistencia limitadora es igual a P=IV.

Por lo que sustituyendo la I por 1400 miliamperios (1,4A) y la V por 8 voltios, en nuestra formula tendremos que nuestra resistencia debería disipar unos 11,2 watios. Por seguridad el criterio es escoger un valor de potencia doble del valor calculado. Así en este caso tendríamos que escoger una resistencia limitadora de 20-25 watios (la unidad de medida de la potencia).

Entrada adaptada del tutorial 219 de Sparkfun: https://www.sparkfun.com/tutorials/219