Editorial Técnica Plaquetodo
Curso Básico de Electrónica ON-LINE
“TODO SOBRE LEDS”
Los leds son en sí diodos, que al ser polarizados en directa emiten luz
visible. Existen diferentes colores, formas y tamaños. Trataremos en este
capítulo su forma de conexión, y circuitos posibles para su encendido.
Repasemos los conceptos sobre diodos:
Los diodos son componentes electrónicos de dos terminales
(ánodo y cátodo) que permiten (o no) el paso de la corriente en
una sola dirección, según cómo se les coloque la tensión en sus
bornes.
Al cómo se los alimenta se le llama polarización.
Si se coloca una tensión mayor en el ánodo que en el cátodo, el diodo se
encuentra polarizado en directa. Un diodo en estas condiciones permite el
paso de la corriente. Es decir, es equivalente a una llave cerrada.
Si se coloca una tensión mayor en el cátodo que en el ánodo, el diodo se
encuentra polarizado en inversa. Un diodo en estas condiciones no permite
el paso de corriente.
Recuerde que cuando decimos “polarizar” nos estamos refiriendo a cómo
alimentamos el componente.
En el caso ideal la tensión que cae sobre un diodo en directa en cero volts.
Pero en la realidad, para un diodo de silicio por ejemplo, es de 0,7V.
La curva que se muestra a continuación indica la tensión en función de la
corriente. El trazo en azul indica el funcionamiento real del diodo. Mientras
que el rojo muestra la aproximación que normalmente se utiliza; y es, que en
directa la tensión que cae sobre el diodo es de 0,7V y su corriente puede
ser cualquiera.
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De la imagen se observa que cuando Vd
(tensión sobre el diodo) es mayor a 0,7 el
diodo conduce.
Si observamos a la izquierda de la curva,
vemos que para una dada tensión inversa
(Vruptura), el diodo también conduce. Éste
punto es conocido como punto de ruptura
del diodo.
Dijimos entonces que los leds (light emitting diode) son en sí diodos. La
principal diferencia es que al estar polarizados en directa y conducir una
corriente, emiten una radiación en forma de luz visible.
La forma de conectarlos por lo tanto no es
cualquiera, sino que debemos saber qué
terminal corresponde al ánodo y cuál al
cátodo.
A la derecha se observa una imagen de un
diodo led rojo. El lado plano (y con el terminal
más corto) se corresponde al cátodo.
Probando un led:
En principio hay que tener en cuenta que nunca se debe conectar un
led directamente a una fuente de alimentación. Ya que el led no
lo soportaría. Siempre debe acompañarse de una resistencia en serie.
La siguiente foto muestra la conexión de un diodo led con su respectiva
resistencia:
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Se utilizó una batería, un led, una resistencia de 1K (marrón-negro-rojo) en
serie y un protoboard para conectarlos.
Como el polo positivo de la batería se conectó en el ánodo del led, éste se
enciende (polarizado en directa).
Cálculo de la resistencia en serie:
Recorriendo el circuito vemos que la tensión sobre la resistencia, es la
tensión sobre la fuente menos la caída de tensión sobre el led:
VR = Vfuente – Vdiodo y además por la ley de Ohn VR = R.I
Igualando ambas ecuaciones y despejando la R, obtenemos:
R = (Vfuente – Vdiodo) / I
La tensión sobre un diodo de silicio en directa es de 0,7V como ya dijimos.
En el caso de los leds, usualmente es mayor y de aproximadamente 2V. Y la
corriente máxima que soportan es de 20mA.
El valor de resistencia que se obtiene de ésta fórmula puede no existir
comercialmente, y por ende debemos elegir un valor por encima del
calculado.
A esta resistencia en serie con el led, se le da el nombre de “Resistencia
limitadora de corriente”, por ser esa su función.
Ejemplo:
Supongamos utilizar una batería (9Vcc).
Entonces R = (9V – 2V)/20mA = 350ohms.
El valor comercial más próximo (hacia arriba) es de 390 ohms, y es la
resistencia que debemos utilizar.
Si colocáramos una resistencia menor a 350 Ohms, el led se dañará porque
circulará mayor corriente de la que éste soporta. Pero no hay ningún
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inconveniente en colocar una mayor como en el ejemplo recién visto del
protoboard, donde se utilizó una resistencia de 1Kohm. Lo que si la
resistencia es demasiado elevada, la corriente por el circuito es muy
pequeña y puede que el led emita luz muy tenue.
Conexión de varios leds:
Si deseamos encender varios leds, debemos preguntarnos en
principio, cuántos van a ser, cómo los voy a conectar entre ellos, qué
resistencia o resistencias los deben acompañar, y qué alimentación
voy a requerir.
Por ello analizaremos la conexión en serie y en paralelo de leds.
Leds en paralelo:
Para colocar diodos en paralelo hay que
tener en cuenta que cada uno de ellos
debe estar acompañado de su respectiva
resistencia. Ya que por más que los diodos sean del
mismo fabricante, y se suponga tengan las mismas
características, esto en la realidad no es tan así. Lo
que provocará que ambos quieran imponer su tensión
en directa, y alguno de los dos termine dañándose.
A la izquierda se indican la forma correcta e
incorrecta de conectarlos en paralelo.
Para el cálculo de las resistencias, se debe realizar
la misma cuenta. Al estar en paralelo la tensión
sobre cada rama es la misma (lo que varía es la
corriente), con lo cual tendremos:
R1 = (Vf-Vd1)/I1
R2 = (Vf-Vd2)/I2
Donde Vd1 es la tensión en directa sobre el diodo1, Vd2 sobre el diodo2. E
I1, I2 sus corrientes respectivas.
Si se colocan mayor cantidad de ramas, el cálculo será el mismo.
Para saber qué fuente debemos colocar, tenemos que tener en cuenta que la
corriente que esta entregue se divide por cada una de las ramas. Con lo cual
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la corriente que la fuente entregue debe ser tal que alcance para todas las
ramas que coloquemos.
Esto es: Ifuente = I1 + I2 + …
Ejemplo:
Supongamos utilizar una fuente de 12Vcc.
Y armar el circuito de la derecha, como las
ramas son iguales:
R1 = R2 = (12V-2V)/20mA = 500ohms.
Podemos utilizar por ejemplo resistencias de
680ohm (que existen comercialmente).
Calculamos la corriente real que circula (ya que
los 20mA representan el valor máximo que
soportan los led, no el real que circula).
I1 = I2 = (12V – 2V)/680ohm = 14.7mA
Entonces la corriente que la fuente nos debe entregar, debe ser de por lo
menos:
I = I1 + I2 = 14.7mA + 14.7mA = 30mA
Con lo cual con una pequeña fuente de 30mA (o más) podremos encender
ambos leds.
Leds en serie:
En este caso la corriente que circula por los leds es la
misma, con lo cual basta conectar sólo una resistencia
limitadora de corriente, sin importar la cantidad de
leds que se coloquen.
R = (Vf-Vd1-Vd2-Vd3)/I
Ejemplo:
Vfuente: 12Vcc
R = (12V – 2V -2V -2V)/20mA = 300 ohm.
Entonces utilizamos una resistencia de 390ohms.
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La corriente que circulará colocando esta resistencia será:
I = (12V – 2V -2V -2V)/390ohm = 15mA
Con lo que la fuente que utilicemos debe entregarnos como mínimo 15mA.
En la práctica lo que normalmente se hace es una combinación de ambas
conexiones. Es decir, se colocan los leds en paralelo y en serie. Esto va a
depender sobre todo de la fuente de alimentación que poseamos.
Ejemplo:
Alimentación: 12Vcc, 500mA.
Lo primero que queremos saber es de qué
valor mínimo tienen que ser las resistencias
limitadoras de corriente.
Entonces, en general, la resistencia va a
estar dada por:
R = (Vfuente - #ledsx2V)/I
Donde #leds, es la cantidad de leds colocados en serie.
Primer rama, 3 leds:
R1 = (12V – 3x2V)/20mA = 300 Ohms
Segunda rama, 1 led:
R2 = (12V – 1x2V)/20mA = 500 Ohms
Tercer rama, 2leds:
R3 = (12V – 2x2V)/20mA = 400 Ohms
Por lo tanto, para R1 utilizamos una de 390 ohms, y para R2, R3 podemos
colocar una de 680 ohms.
Dado que la fuente que poseemos entrega 500mA, no haría falta calcular la
corriente que requerimos para que los leds enciendan, ya que 500mA son
más que suficientes. Igualmente, para que al lector le quede claro, la
calcularemos.
I = I1 + I2 + I3 (corriente que debe entregarnos como mínimo la fuente)
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I1 = (12V – 3x2V)/390 Ohms = 15mA
I2 = (12V – 1x2V)/680 Ohms = 14.7mA
I3 = (12V – 2x2V)/680 Ohms = 11.7mA
-> I = 15mA + 14.7mA + 11.7mA = 42mA.
Como vemos basta que nuestra fuente nos entregue como mínimo 42mA para
que los leds enciendan. Con lo cual, la que poseemos es más que suficiente.
Valores reales de tensión y corriente:
Si bien hasta ahora utilizamos un valor estándar de tensión y corriente (2V,
20mA), en la realidad estos valores varían de acuerdo al led, según su
tamaño, color, brillo, etc.
La siguiente tabla muestra, en forma resumida, valores de tensión y
corriente para algunos leds de 5mm:
Tipo
Color
Estándar
Rojo
Estándar
I
Vd
30mA 2.0V
Amarillo 30mA 2.1V
Estándar
Verde
25mA 2.2V
Alta intensidad
Azul
30mA 4.5V
Como vemos, excepto en los casos de alto brillo, los cálculos que se
realizaron anteriormente son perfectamente válidos.
Conexión con un relé:
Modelos como el 388 (libro 10) que es una interfaz para Pc o el 431 (libro
15) que es una baliza, poseen salida a relé. Y deseamos mediante ellos
activar una serie de leds.
Los relé, generalmente, traen en su cuerpo la tensión y corriente máxima
que soportan sin dañarse. En particular, los que utiliza la Editorial Técnica
Plaquetodo en sus módulos armados soportan hasta 5A en 220Vca, y hasta
10A en 12Vcc. Con lo cual son muchos los leds que podríamos conectarles.
Repasemos los conceptos sobre relés:
El relé es un dispositivo electromecánico, que por medio de un electroimán,
permite abrir o cerrar circuitos. Es equivalente a una llave.
En sí, es una bobina que al alimentarla y circularle una corriente, se genera
un campo magnético que cierra un contacto.
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Es decir, podemos
pensar al relé como
una
llave
con
3
contactos de salidas:
NA, NC y C.
Una de las llaves esta
formada por “NA” y
“C”, y la otra por “NC”
y “C”.
“NA” hace referencia a normalmente abierto (con respecto a C), “NC” a
normalmente cerrado (con respecto a C) y “C” a central.
La siguiente imagen muestra una de las salidas a relé del modelo 388.
Entonces cuando alimentamos al relé (y por ende a su bobina interna) circula
corriente, la llave NA-C se cierra y la llave NC-C se abre.
Más allá del circuito que controle la activación/desactivación del relé, lo que
veremos ahora es como conectar alguno de los circuitos formados por leds
recién visto, a la salida de un relé:
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Como vemos la función del relé es la de cerrar (o no) el circuito formado por
los leds y su fuente de alimentación. Debido a que se utilizó el borne NA del
relé, los leds se mantendrán apagados hasta que el circuito que controla al
relé lo active. En este momento los contactos NA y C se unen, cerrando el
circuito y permitiéndole a la fuente, alimentar a los leds.
Tanto las resistencias, como la fuente que se requiere son las ya calculadas
anteriormente, dado que es el mismo circuito.
Modelo 4-093 (libro 15) con el 388 (libro10):
Si desea realizar un secuencial de luces, ya sea con leds o lámparas puede
utilizar estos dos modelos combinados. El 4-093 es la parte de lógica, es
decir, el que controla la secuencia. Es programable y posee 8 salidas.
El modelo 388 es la parte de potencia, y es el que posee los relés para poder
activar los leds. Este modelo puede controlarse tanto con el 4-093, como
directamente de la PC.
Entre ellos se conectan mediante cable DB-25.
A cada salida de relé podemos armar circuitos diferentes de leds según lo
visto.
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