El LED

Sistemas electrónicos

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. El el lado del cátodo, la base del led tiene un borde plano.

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.

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 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 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 la IFMAX .

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.

Circuito de aplicación

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.

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

Ejemplo de cálculo de la resistencia

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.

¿Tienes dificultades para calcular la resistencia limitadora para un LED?

Puedes ver el vídeo a continuación o verificar tus cálculos en la tabla de valores orientativos.

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.

Aprende haciendo

Esta actividad la puedes continuar en tu memoria. No olvides incluir al menos:

  • Enunciados
  • La captura de pantalla de cada actividad a partir de la 2.
  • Las respuestas a las preguntas que se plantean y opcionalmente otras observaciones que quieras realizar.

Guía de montaje en Tinkercad

Vamos a montar el ejemplo de cálculo que hemos realizado más arriba para experimentar con un LED en TinkerCAD.

Elegiremos por tanto una resistencia de 470Ω y el voltaje de la fuente VG =9V

Actividades

(1) Enciende la fuente de alimentación y asegúrate de que el voltaje está seleccionado a 9V. Comprueba que se enciende. Responde a las preguntas:

  1. ¿Qué intensidad circula por el circuito?
  2. ¿Cómo se llama la resistencia exterior que necesita el LED para funcionar correctamente?
  3. ¿En qué estado se encuentra el LED cuando emite luz, conducción o bloqueo?

Recuerda adjuntar una captura de pantalla de cada actividad en tu memoria.

(2) Aumentamos aproximadamente al doble la resistencia limitadora, configuramos la resistencia con un valor de 1000Ω ¿Qué ocurre con la luminosidad del LED? ¿Qué ocurre con la intensidad del circuito?

(3) Cambiamos ahora el valor de la resistencia limitadora a la mitad, Aumentamos al doble la resistencia limitadora, configuramos la resistencia con un valor de 240Ω ¿Qué ocurre con la luminosidad del LED? ¿Qué ocurre con la intensidad del circuito? Fíjate que aparece un signo de exclamación❗en el LED. ¿De qué nos avisa?

(4) Volvemos a seleccionar la resistencia de 470Ω y conectamos un voltímetro.

¿Qué voltaje VAK hay entre los terminales del LED ?

(5) ¿Qué ocurre si cambiamos la polaridad en la fuente de alimentación?

¿En qué estado está el LED?

¿Qué voltaje VAK tenemos ahora entre ánodo y cátodo?