2.2. LED y primer montaje

Light Emitting Diode -LED- (diodo emisor de luz)

Se trata de un diodo de semiconductor, que a efectos eléctricos se comporta como un diodo convencional. Físicamente, los terminales de un led se diferencian porque el terminal del ánodo es ligeramente más largo que el del cátodo. En el lado del cátodo la base del led tiene un borde plano.

El color depende del material con el que está fabricado

Dependiendo del semiconductor con el que está construido los encontraremos de diferentes colores. La propiedad que presenta este semiconductor es que con una determinada construcción física, permite transformar la energía eléctrica en energía luminosa, con un gran rendimiento, pues hay pocas pérdidas de energía en forma de calor. Este fenómeno es suficientemente importante como para producir una luz visible para la vista humana.

Existen LEDs de múltiples formas y tamaños

Con los de forma rectangular, adecuadamente combinados se construyen indicadores numéricos (llamados displays de siete segmentos) de amplia aplicación en las calculadoras e instrumentos electrónicos.

Voltaje e intensidad en un LED

La emisión de luz se produce en la fase de conducción del diodo, que es cuando más energía consume. Una diferencia muy importante respecto a un diodo convencional es la caída de tensión VAK que se produce entre el ánodo y cátodo, que suele estar entre 1,8V y 3,6V según el color (ver tabla). La intensidad luminosa que genera depende de la corriente IF que lo atraviesa, funcionan con intensidades comprendidas entre 10 y 30 mA para los de color rojo y entre 20 y 40 mA para los otros colores. A partir de los 30 o 40 mA se produce una saturación de luz y esta no varía a pesar de aumentar la intensidad, teniendo cuidado de no superar el umbral de intensidad directa máxima IFMAX que destruiría el diodo.

Circuito de aplicación de un LED

Puesto que la resistencia interna del diodo es muy pequeña, se genera una gran corriente que si no la limitamos, destruirá el diodo. Por ese motivo, necesitamos una resistencia que limite la cantidad de corriente que circula por el diodo pero que deje pasar la suficiente corriente para que ilumine.

En resumen, tenemos que considerar que:

  • Si alimentamos a una tensión inferior a VAK , el LED no luce.

  • Si circula una intensidad superior a IFMAX, el LED se rompe.

En cualquier caso, no conseguiremos hacer lucir el LED sin utilizar una resistencia de valor adecuado.

Circuito para polarizar un LED

Calcular el valor de la resistencia de polarización

El valor de la resistencia se calcula partiendo de dos datos del led: IF y VAK y la tensión del generador VG que debe ser conocida.

El cálculo de la resistencia lo realizaremos por medio de la Ley de Ohm, simplemente despejando la R, y sabiendo que el voltaje en la resistencia es VG-VAK

LED y resistencia de polarización

Ejemplo de cálculo de la resistencia de polarización de un LED

En este ejemplo vamos a calcular la resistencia de polarización de un led sabiendo que IF =15 mA y VAK = 1,8V. La tensión del generador al que vamos a conectar el led es VG =9V.

Es importante recordar que la intensidad debe estar expresada en amperios (A) para realizar el cálculo correctamente.

DATOS PARA EL PROBLEMA:

    • IF =15 mA

    • VAK = 1,8V

    • VG =9V

CÁLCULO:

Elegir el valor comercial más cercano

Sin embargo, no existe un valor comercial de resistencia de 480 Ω, por lo que tendremos que elegir el valor comercial de resistencia más cercano. ¿Recuerdas esta tabla? En nuestro ejemplo, elegiremos una resistencia de 470Ω para nuestro LED.

Vídeo explicativo para aprender a calcular resistencias para los LED
Valores de resistencias por colores
Valores orientativos para elegir resistencias limitadoras para LEDs.

Es importante calcular bien la intensidad directa que circulará por el led, normalmente entre 10 y 20 mA. Un valor superior al máximo indicado por el fabricante puede inutilizar el led o reducir de manera considerable su tiempo de vida.

Otros ledes de una mayor capacidad de corriente, conocidos como ledes de potencia (1 W, 3 W, 5 W, etc.), pueden ser usados a 150 mA, 350 mA, 750 mA o incluso a 3000 mA dependiendo de las características optoeléctricas dadas por el fabricante.

Cabe recordar que también pueden conectarse varios en serie, sumando los voltajes de cada led. También se pueden hacer configuraciones en paralelo, aunque este tipo de configuraciones no son muy recomendadas para diseños de circuitos con leds eficientes.

Actividades

(1) Antes de conectar el LED rojo a la placa de pruebas, necesitamos calcular la resistencia limitadora adecuada. Sabemos que el voltaje de la fuente VG =5V y que el LED necesita de una IF de 15 mA y que la VAK es de 1,8V.

¿Cuál es la resistencia correcta? ¿Qué codigo de colores tiene?

(2) Vamos ahora simplemente a conectar un led a la fuente de alimentación de 5V protegida que nos proporciona la placa Arduino. Fíjate en el esquema de la derecha.

(2) Ahora vamos a añadir un pulsador para poder apagar y encender el LED.

(3) Ahora vamos a añadir un segundo pulsador en serie con el primero, de forma similar a cómo lo hiciste en la lección 3. Si la conexión está bien hecha, comprobarás que tienes que pulsar los dos botones para que la lámpara se encienda.

(4) Ahora vamos a conectar los pulsadores en paralelo. Si la conexión está bien hecha, comprobarás que presionando cualquiera de los dos botones consigues encender la lámpara.