El LED es un dispositivo semiconductor con una característica de corriente-voltaje (CVC) no lineal. Su funcionamiento estable, en primer lugar, depende de la magnitud de la corriente que lo atraviesa. Cualquier sobrecarga, incluso insignificante, conduce a la degradación del chip LED y a una disminución de su vida útil.
Para limitar la corriente que fluye a través del LED al nivel deseado, el circuito eléctrico debe complementarse con un estabilizador. El elemento limitador de corriente más simple es una resistencia.
¡Importante! La resistencia limita pero no estabiliza la corriente.
Calcular una resistencia para un LED no es una tarea difícil y se realiza utilizando una fórmula escolar simple. Pero con los procesos físicos que ocurren en la unión p-n del LED, se recomienda familiarizarse más.
Teoría
Cálculo matemático
A continuación se muestra un diagrama de circuito en su forma más simple. En él, el LED y la resistencia forman un circuito en serie por el que circula la misma corriente (I). El circuito está alimentado por una fuente de voltaje EMF (U). En el modo de funcionamiento, se produce una caída de tensión en los elementos del circuito: en la resistencia (U R) y en el LED (U LED). Usando la segunda regla de Kirchhoff, se obtiene la siguiente igualdad: 
o su interpretación
En las fórmulas anteriores, R es la resistencia de la resistencia calculada (Ohm), R LED es la resistencia diferencial del LED (Ohm), U es el voltaje (V).
El valor del LED R cambia a medida que cambian las condiciones de funcionamiento del dispositivo semiconductor. En este caso, las variables son corriente y tensión, cuya relación determina el valor de la resistencia. Una explicación clara de lo dicho es el CVC del LED. 
En la sección inicial de la característica (hasta aproximadamente 2 voltios), hay un aumento suave de la corriente, como resultado de lo cual el LED R tiene una gran importancia. Luego se abre la unión p-n, lo que va acompañado de un fuerte aumento de la corriente con un ligero aumento del voltaje aplicado.
Mediante una simple transformación de las dos primeras fórmulas, puede determinar la resistencia de la resistencia limitadora de corriente: U LED es un valor de pasaporte para cada tipo individual de LED.
Cálculo gráfico
Teniendo a la mano el CVC del LED en estudio, se puede calcular la resistencia de forma gráfica. Por supuesto, este método no tiene una amplia aplicación práctica. Después de todo, conociendo la corriente de carga, a partir del gráfico, puede calcular fácilmente la magnitud del voltaje directo. Para ello, basta con trazar una línea recta desde el eje y (I) hasta la intersección con la curva, y luego bajar la línea hasta la abscisa (LED U). Como resultado, se reciben todos los datos para calcular la resistencia.
Sin embargo, la opción de gráfico es única y merece algo de atención.
Calculamos la resistencia para un LED con una corriente nominal de 20 mA, que debe conectarse a una fuente de alimentación de 5 V. Para ello, dibuje una línea recta desde el punto de 20 mA hasta que se cruce con la curva del LED. Además, a través de un punto de 5 V y un punto en el gráfico, dibujamos una línea hasta que se cruza con el eje y y obtenemos el valor máximo de corriente (I max), aproximadamente igual a 50 mA. Usando la ley de Ohm, calculamos la resistencia: para que el circuito sea seguro y confiable, es necesario excluir el sobrecalentamiento de la resistencia. Para hacer esto, encuentre su disipación de potencia mediante la fórmula:
¿Cuándo es posible conectar un LED a través de una resistencia?
Puede conectar un LED a través de una resistencia si el tema de la eficiencia del circuito no es primordial. Por ejemplo, usar un LED como indicador para iluminar un interruptor o un indicador de voltaje de red en electrodomésticos. En tales dispositivos, el brillo no es importante y el consumo de energía no supera los 0,1 vatios. Al conectar un LED con un consumo de más de 1 W, debe asegurarse de que la fuente de alimentación proporcione un voltaje estabilizado.
Si el voltaje de entrada del circuito no se estabiliza, todo el ruido y las sobretensiones se transmitirán a la carga, lo que interrumpirá el funcionamiento del LED. Un ejemplo llamativo es la red eléctrica del automóvil, en la que el voltaje de la batería es sólo teóricamente de 12 V. En el caso más sencillo, la iluminación LED del coche debería realizarse a través de un estabilizador lineal de la serie LM78XX. Y para aumentar de alguna manera la eficiencia del circuito, debe encender 3 LED en serie. Además, se demanda un circuito de suministro de energía a través de una resistencia con fines de laboratorio para probar nuevos modelos de LED. En otros casos, se recomienda utilizar un estabilizador de corriente (controlador). Especialmente cuando el costo del diodo emisor es proporcional al costo del controlador. Obtiene un dispositivo listo para usar con parámetros conocidos, que solo necesita estar conectado correctamente.
Ejemplos de cálculo de potencia y resistencia de resistencia
Para ayudar a los principiantes a orientarse, aquí hay un par de ejemplos prácticos de cómo calcular la resistencia de los LED.
Cree XM–L T6
En el primer caso, calcularemos la resistencia requerida para conectar un LED potente a una fuente de voltaje de 5 V. Cree XM-L con bin T6 tiene los siguientes parámetros: LED U típico = 2,9 V y LED U máximo = 3,5 V en la corriente I LED \u003d 0.7 A. El valor típico de U LED debe sustituirse en los cálculos, ya que. la mayoría de las veces es cierto. El valor calculado de la resistencia está presente en la serie E24 y tiene una tolerancia del 5%. Sin embargo, en la práctica a menudo es necesario redondear los resultados obtenidos al valor más cercano de la serie estándar. Resulta que, teniendo en cuenta el redondeo y una tolerancia del 5%, la resistencia real cambia y, tras ello, la corriente cambia de forma inversamente proporcional. Por lo tanto, para no exceder la corriente de operación de la carga, es necesario redondear hacia arriba la resistencia calculada.
Usando las resistencias más comunes de la serie E24, no siempre es posible encontrar el valor correcto. Hay dos formas de resolver este problema. El primero implica la conexión en serie de una resistencia limitadora de corriente adicional, que debería compensar los ohmios que faltan. Su selección debe ir acompañada de mediciones de corriente de control.
El segundo método proporciona una mayor precisión, ya que implica la instalación de una resistencia de precisión. Este es un elemento de este tipo, cuya resistencia no depende de la temperatura y otros factores externos y tiene una desviación de no más del 1% (serie E96). En cualquier caso, es mejor dejar la corriente real un poco menos que la nominal. Esto no afectará mucho el brillo, pero proporcionará al cristal un funcionamiento suave.
La potencia disipada por la resistencia será:
La potencia calculada de la resistencia para el LED debe aumentarse en un 20-30%.
Calculemos la eficiencia de la lámpara ensamblada:
Ejemplo con LED SMD 5050
Por analogía con el primer ejemplo, averigüemos para qué tipo de resistencia se necesita. Aquí es necesario tener en cuenta las características de diseño del LED, que consta de tres cristales independientes.
Si el LED SMD 5050 es de un solo color, entonces el voltaje directo en estado abierto en cada cristal diferirá en no más de 0,1 V. Esto significa que el LED se puede alimentar desde una resistencia combinando 3 ánodos en un grupo, y tres cátodos en otro. Seleccionamos una resistencia para conectar un SMD 5050 blanco con los siguientes parámetros: U LED típico \u003d 3.3 V a una corriente de un chip I LED \u003d 0.02 A. El valor estándar más cercano es 30 Ohm. 
Aceptamos para la instalación una resistencia limitadora con una potencia de 0,25 W y una resistencia de 30 Ohm ± 5%.
El LED SMD 5050 RGB tiene un voltaje directo diferente para cada matriz. Por lo tanto, deberá controlar los colores rojo, verde y azul con tres resistencias de diferentes clasificaciones.
Calculadora online
La calculadora en línea para LED que se presenta a continuación es una adición útil que hará todos los cálculos usted mismo. Con él, no tienes que dibujar ni calcular nada manualmente. Todo lo que se necesita es ingresar los dos parámetros principales del LED, indicar su número y el voltaje de la fuente de alimentación. Con un clic del mouse, el programa calculará de forma independiente la resistencia de la resistencia, seleccionará su valor del rango estándar e indicará la marca de color. Además, el programa ofrecerá un esquema de conmutación listo para usar.
El LED tiene muy poca resistencia interna, si se conecta directamente a la fuente de alimentación, la corriente será lo suficientemente alta como para quemarlo. Los hilos de cobre o de oro, con los que se conecta el cristal a los terminales externos, pueden soportar pequeños saltos, pero si se superan con fuerza, se queman y deja de fluir energía al cristal. Un cálculo de resistencia en línea para un LED se basa en su corriente operativa nominal.
- 1. Calculadora en línea
- 2. Parámetros principales
- 3. Características del ICE barato
Calculadora online
Haga un diagrama de cableado de antemano para evitar errores de cálculo. La calculadora en línea le mostrará la resistencia exacta en ohmios. Como regla, resulta que las resistencias con esta clasificación no están disponibles y se le mostrará la clasificación estándar más cercana. Si no es posible realizar una selección precisa de la resistencia, utilice una denominación mayor. Se puede hacer un valor adecuado conectando la resistencia en paralelo o en serie. El cálculo de la resistencia para el LED se puede omitir si utiliza una potente resistencia variable o de sintonización. El tipo más común es el 3296 a 0,5 W. Cuando se utiliza una fuente de alimentación de 12 V, se pueden conectar hasta 3 LED en serie.
Las resistencias vienen en diferentes clases de precisión, 10%, 5%, 1%. Es decir, su resistencia puede fallar dentro de estos límites en una dirección positiva o negativa.
No olvide tener en cuenta la potencia de la resistencia limitadora de corriente, esta es su capacidad para disipar una cierta cantidad de calor. Si es pequeño, se sobrecalentará y fallará, rompiendo así el circuito eléctrico.
Para determinar la polaridad, puede aplicar un pequeño voltaje o usar la función de prueba de diodos en el multímetro. A diferencia del modo de medición de resistencia, generalmente se suministra de 2V a 3V.
parámetros principales
Además, al calcular los LED, se debe tener en cuenta la dispersión de los parámetros, para los económicos serán máximos, para los costosos serán más iguales. Para verificar este parámetro, debe habilitarlos en igualdad de condiciones, es decir, secuencialmente. Al reducir la corriente o el voltaje, reduzca el brillo a puntos ligeramente brillantes. Visualmente podrá juzgar, algunos brillarán más, otros tenuemente. Cuanto más uniformemente se queman, menos se esparcen. La calculadora de resistencia LED asume que las características de los chips LED son ideales, es decir, la diferencia es cero.
La caída de voltaje para los modelos comunes de bajo consumo de hasta 10 W puede ser de 2 V a 12 V. A medida que aumenta la potencia, aumenta la cantidad de cristales en el diodo COB, cada uno tiene una caída. Los cristales se conectan en serie en serie, luego se combinan en circuitos paralelos. En potencias de 10W a 100W, la reducción crece de 12V a 36V.
Este parámetro debe especificarse en las características técnicas del chip LED y depende del propósito:
- colores azul, rojo, verde, amarillo;
- RGB tricolor;
- RGBW de cuatro colores;
- bicolor, blanco cálido y frío.
Características del ICE barato
Antes de elegir una resistencia para un LED en una calculadora en línea, debe asegurarse de los parámetros de los diodos. Los chinos en Aliexpress venden muchos led, haciéndolos pasar por de marca. Los modelos más populares son SMD3014, SMD 3528, SMD2835, SMD 5050, SMD5630, SMD5730. Las peores cosas generalmente se hacen bajo la marca Epistar.
Por ejemplo, la mayoría de las veces los chinos hacen trampa en SMD5630 y SMD5730. Los números en la marca indican solo el tamaño de la caja de 5,6 mm por 3,0 mm. En los de marca, se utiliza una caja tan grande para instalar cristales potentes a 0,5 W, por lo que los compradores de diodos SMD5630 están directamente asociados con una potencia de 0,5 W. El astuto chino se aprovecha de esto e instala un cristal barato y débil en la caja del 5630 a un promedio de 0.1W, mientras indica un consumo de energía de 0.5W.
Lámpara de maíz led china
Un buen ejemplo serían las lámparas de los automóviles y el maíz LED, que se suministran con una gran cantidad de chips LED débiles y de baja calidad. El comprador medio cree que cuantos más LED, mejor brilla y mayor es la potencia.
Lámparas de automóviles en el hielo más débil 0.1W
Para ahorrar dinero, mis colegas de LED están buscando LED decentes en Aliexpress. Están buscando un buen vendedor que prometa ciertos parámetros, ordenan, esperan la entrega durante un mes. Después de las pruebas, resulta que el vendedor chino hizo trampa y vendió chatarra. Tendrá suerte si vienen diodos decentes por séptima vez, y no basura. Usualmente harán 5 pedidos, y al no haber logrado un resultado, van a hacer un pedido en una tienda nacional que pueda hacer un cambio.
Un pequeño LED ordinario parece una lente cónica de plástico sobre patas conductoras, dentro de las cuales hay un cátodo y un ánodo. En el diagrama, el LED se representa como un diodo convencional, desde el cual la luz emitida se muestra mediante flechas. Entonces el LED sirve para producir luz, cuando los electrones se mueven del cátodo al ánodo, se emite luz visible.
La invención del LED se remonta a la lejana década de 1970, cuando se usaban lámparas incandescentes para producir luz. Pero hoy, a principios del siglo XXI, los LED finalmente han tomado el lugar de las fuentes de luz eléctrica más eficientes.
¿Dónde está el "más" del LED y dónde está el "menos"?
Para conectar correctamente el LED a la fuente de alimentación, primero debe observar la polaridad. El ánodo del LED está conectado al más "+" de la fuente de alimentación y el cátodo al menos "-". El cátodo conectado al menos tiene una salida corta, el ánodo, respectivamente, es largo, la pata larga del LED, al más "+" de la fuente de alimentación.
Mire dentro del LED: el electrodo grande es el cátodo, está en el negativo, el electrodo pequeño, que parece solo el final de la pierna, está en el positivo. Y al lado del cátodo, la lente LED tiene un corte plano.
No mantenga el soldador en la pierna durante mucho tiempo.
Suelde los cables del LED con cuidado y rapidez, ya que la unión del semiconductor tiene mucho miedo al exceso de calor, por lo que debe tocar brevemente el soldador con la punta en la pata soldada y luego apartar el soldador. Es mejor sujetar la pata soldada del LED con pinzas durante el proceso de soldadura para garantizar que se elimine el calor de la pata por si acaso.
Resistor requerido al probar LED
Llegamos a lo más importante: cómo conectar el LED a una fuente de alimentación. Si lo desea, no debe conectarlo directamente a la batería o a la fuente de alimentación. Si su fuente de alimentación es de 12 voltios, utilice una resistencia de 1 kΩ en serie con el LED que se está probando como red de seguridad.
No se olvide de la polaridad: un cable largo a un positivo, un cable de un electrodo interno grande a un negativo. Si no usa una resistencia, el LED se quemará rápidamente, si accidentalmente excede el voltaje nominal, fluirá una gran corriente a través de la unión p-n y el LED fallará casi de inmediato.
Los LED vienen en una variedad de colores, pero el color del brillo no siempre está determinado por el color de la lente del LED. Blanco, rojo, azul, naranja, verde o amarillo: la lente puede ser transparente y encenderla, resultará roja o azul. Los LED azules y blancos son los más caros. En general, el color del brillo del LED se ve afectado principalmente por la composición del semiconductor y, como factor secundario, el color de la lente.
Encontrar el valor de la resistencia para el LED
La resistencia está conectada en serie con el LED. La función de la resistencia es limitar la corriente, acercarla a la clasificación del LED, para que el LED no se queme instantáneamente y funcione en el modo nominal normal. Tenemos en cuenta los siguientes datos iniciales:
Vps - tensión de alimentación;
Vdf es la caída de tensión directa en el LED en modo normal;
Si: corriente nominal del LED en modo de brillo normal.
Ahora, antes de encontrar , notamos que la corriente en el circuito en serie será constante, la misma en cada elemento: la corriente If a través del LED será igual a la corriente Ir a través de la resistencia limitadora.
Por lo tanto, Ir = Si. Pero Ir = Ur/R - según la ley de Ohm. Y Ur \u003d Vps-Vdf. Así R = Ur/Ir = (Vps-Vdf)/If.
Es decir, conociendo el voltaje de la fuente de alimentación, la caída de voltaje en el LED y su corriente nominal, puede seleccionar fácilmente la resistencia limitadora adecuada.
Si el valor de resistencia encontrado no se puede seleccionar de la serie estándar de valores de resistencia, entonces se toma una resistencia de un valor ligeramente mayor, por ejemplo, en lugar de los 460 ohmios encontrados, toman 470 ohmios, que siempre son fáciles de encontrar. El brillo del LED disminuirá muy ligeramente.
Ejemplo de selección de resistencia:
Digamos que hay una fuente de alimentación de 12 voltios y un LED que necesita 1,5 voltios y 10 mA para brillar normalmente. Elijamos una resistencia de extinción. La resistencia debe caer 12-1,5 = 10,5 voltios, y la corriente en el circuito en serie (fuente de alimentación, resistencia, LED) debe ser de 10 mA, por lo tanto, de la Ley de Ohm: R = U / I = 10,5 / 0,010 = 1050 ohm. Elegimos 1,1 kOhm.
¿Qué tan grande debe ser la resistencia? Si R \u003d 1100 Ohm, y la corriente es 0.01 A, entonces, de acuerdo con la ley de Joule-Lenz, la energía térmica Q \u003d I * I * R \u003d 0.11 J se liberará en la resistencia cada segundo, lo que es equivalente a 0,11 W. Una resistencia de 0,125 W funcionará, incluso quedará un margen.
Conexión en serie de LED
Si su objetivo es conectar varios LED en una sola fuente de luz, lo mejor es conectarlos en serie. Esto es necesario para que cada LED no tenga su propia resistencia, con el fin de evitar pérdidas de energía innecesarias. Los más adecuados para la conexión en serie son los LED del mismo tipo, del mismo lote.
Supongamos que necesita conectar en serie 8 LED de 1,4 voltios con una corriente de 0,02 A para conectar a una fuente de alimentación de 12 voltios. Obviamente, la corriente total será de 0,02 A, pero el voltaje total será de 11,2 voltios, por lo que la resistencia debería disipar 0,8 voltios a una corriente de 0,02 A. R \u003d U / I \u003d 0.8 / 0.02 \u003d 40 ohmios. Seleccionamos una resistencia de 43 ohmios de mínima potencia.
La conexión en paralelo de cadenas de LED no es la mejor opción
Si hay una opción, entonces los LED se conectan mejor en serie, no en paralelo. Si conecta varios LED en paralelo a través de una resistencia común, entonces, debido a la dispersión en los parámetros de los LED, cada uno de ellos no estará en igualdad de condiciones con los demás, algunos brillarán más, tomando más corriente y otros, por el contrario, será más tenue. Como resultado, algunos de los LED se quemarán antes debido a la rápida degradación del cristal. Es mejor conectar los LED en paralelo, si no hay alternativa, aplique una resistencia limitadora diferente a cada cadena.
