El LED - Cálculo de la resistencia para un LED

Si ponemos un par de pilas de 1,5 voltios en serie, vemos que el voltaje total de la pila resultante es de 3 voltios.

Si ahora que tenemos un voltaje de 3 voltios, le enchufamos un diodo LED, veremos que hemos conseguido montar una pequeña linterna casera

Nota: En la imagen no se ve pero hay un cablecito uniendo el polo positivo y el polo negativa de las pilas con un poco de fiso para que no se despegue. Y así poder hacer que las dos pilas estén en serie.


Pero ¿qué pasaría si en lugar de dos pilas de 1,5 voltios, tuviéramos solo una pila de 9 voltios?

 Pues que nuestro LED brillará como una estrella durante un instante y luego dejará de funcionar.

¿Qué es lo que ha pasado?

Si con 3 voltios iba bien, con 9 voltios debería ir mejor, ¿no te parece?. Pues parece que no. La clave no está en la tensión de nuestra fuente de alimentación, sino en la cantidad de corriente que gracias a ella es capaz de generar nuestro circuito equivalente.

Si no recordamos lo que vimos cuando presentamos la Ley de Ohm,  para un valor de resistencia concreto, a mayor tensión mayor corriente.

por lo que si pudiéramos elegir bien el valor de la resistencia, podrías conseguir controlar también el valor de la corriente, independientemente de que el valor de nuestra batería fuera mucho más alto.

Podéis jugar con los valores haciendo clic en el simulador de la próxima figura.

Click to Run

Nota: Current es corriente, Resistance es resistencia y Voltage es Voltaje

Pero ¿qué sucedería si no solo no pudiéramos modificar la resistencia, sino que la propia resistencia redujera su valor a medida que siente que el voltaje es más elevado? Pues que según la Ley de Ohm la corriente cada vez sería más elevada, y por lo tanto al final acabaría fundiéndose por el propio calor que genera ese flujo tan elevado de electrones.

Un LED es un diodo emisor de luz ( Light Emitting Diode en inglés) y recordando la curva característica de los diodos que vimos cuando repasamos sus aplicaciones, vemos que a partir de un valor de tensión Vf, la resistencia interna del LED empieza a decrecer y la corriente se dispara.

Tipo de diodo	Tensiones Vf
Rojo de bajo brillo	1.7 voltios
Rojo de alto brillo, alta eficiencia y baja corriente	1.9 voltios
Naranja y amarillo	2. voltios
Verde	2.1 voltios
Blanco brillante, verde brillante y azul	3.4 voltios
Azul brillante y LED especializados	4.6 voltios

Por ello y para evitar que un incremento de la tensión de nuestra fuente de alimentación, haga que el LED reduzca su resistencia interna y la corriente se nos dispare, debemos usar una resistencia limitadora en serie de un valor adecuado a las características del LED que hayamos decidido implementar.

A fin de cuentas siguiendo con el símil hidráulico que hicimos en la entrada sobre la Corriente Eléctrica, un poco de agua puede mover la noria de un molino,  pero una riada, se llevará el molino por delante y lo destruiría. Por eso es tan importante controlar siempre la intensidad de la corriente, tanto si es de agua como si es electrónica.

Recordemos brevemente la Ley de Ohm  y cómo podemos aplicarla a nuestro circuito.

Si nuestra batería suministra una tensión de alimentación Vdd, Vf es la tensión directa (Forward Voltage en inglés) por el LED y If es la corriente que pasa a través de él (Forward Current), cuyos valores vendrán descritos en la hoja de datos del LED que vayamos a usar:

Podríamos decir aplicando la ley de OHM y la Ley de Kirchhoff (ver Por qué debemos usar una resistencia limitadora)

Vdd = If *Rs + Vf

siendo Rs el valor de la resistencia que estamos buscando, Vdd el voltaje de nuestra pila, y Vf la tensión de trabajo del LED.

Ahora despejamos la incógnita, esto es el valor de la resistencia que estamos calculando, y nos queda:

Rs = (Vdd - Vf) / If

En el caso de la figura inicial donde tenemos una pila de 9voltios, y considerando  que para un valor de corriente para el LED de 20mA como pone en su hoja de datos (datasheet en inglés), tendríamos una caída de tensión en el LED de menos de 2,4 voltios.

Pero volviendo a nuestro ejemplo de una pila de 9 voltios y un LED amarillo, aplicando la ley de Ohm, obtendríamos  que la Resistencia que tendríamos que colocar en serie con el LED debería ser de

RS = (9v - 2v) / 20mA = 7v / 20mA = 350 ohms

Nota: si nos sale un valor poco habitual, es conveniente siempre ir al valor estándar superior de resistencia para mayor seguridad (la explicación de por qué se normalizan los valores, la podéis encontrar en la entrada Resistencias - Valores ) En nuestro caso posiblemente fuera el de 390 ohms.

Una explicación más pausada sobre la aplicación de la ley de Kirchhoff aplicada al circuito que hemos usado la encontraréis en la siguiente entrada.

El LED

Los LEDs son componentes eléctricos semiconductores (diodos) que son capaces de emitir luz al ser atravesados por una corriente pequeña. Las siglas “LED” provienen del inglés “Light Emitting Diode”, que traducido al español es "Diodo Emisor de Luz".  Dos materiales conductivos cualesquiera forman un diodo cuando son puestos en contacto.

Los LED's poseen 4 componentes básicos de su estructura. Estos son:

• Material emisor semiconductor, montado en un chip-reflector. Este material determina el color de la luz.
• Los terminales  conductores (cátodo y ánodo).
• El cable conductor que une los dos polos.
• Un lente que protege al material emisor del LED y determina el haz de la luz. A diferencia de los emisores de luz tradicionales, los LED's poseen polaridad (siendo el ánodo el terminal positivo y el cátodo el terminal negativo) por lo que funcionan únicamente al ser polarizados en directo. Esto es dándole tensión positiva el ánodo y negativa al cátodo.

Un diodo, y un LED es un diodo que emite luz cuando fluye corriente por él, es un componente electrónico que actúa, respecto de la corriente eléctrica, como una válvula que la deja pasar en un sentido, pero no en el contrario. 

Si nos imaginamos la corriente eléctrica como si fuera corriente de agua por una tubería, sería algo parecido a esto

pero con la salvedad, que en este caso cada vez que el agua fluye emite luz, por eso  mientras que el símbolo para los diodos es el 

el símbolo de un diodo LED, un diodo emisor de luz, es 

Si cogemos un  LED en la mano podemos comprobar que las dos patitas (los terminales) no tienen el mismo tamaño. No es un error de construcción, es un truquillo que nos hemos inventado para distinguir una patita  de la otra, la corta será el terminal negativo (cátodo)  y la grande, el positivo (ánodo). Un truco para acordarse es que corta empieza por C al igual que el Cátodo.

Y ¿para qué hace falta identificarlos? pues porque, como hemos visto antes,  el LED es un dispositivo que deja fluir la corriente eléctrica de un terminal (el positivo) a otro (el negativo) pero no en sentido contrario, esto es lo que se viene a decir que funicionan únicamente al ser polarizados en directo. 

fr → es

su