martes, 31 de enero de 2012

COMO ENCENDER UN DIODO LED.

PARA REPASAR: Ley de Ohm. Conceptos básicos de un diodo.


No hace demasiado tiempo he editado una entrada de electrónica para niños y como hacer un educativo juguete. Por sencillez he usado, en aquel montaje, una bombilla. Ahora se me ha ocurrido, que usando un led consumiría menos, y es una buena forma de aprender a polarizar un diodo led. Sustituiremos pues, la bombilla por un diodo led y una resistencia para limitar la corriente que pasa por este led y no quemarlo.

La pila que usaré seguirá siendo la de 4.5V. El led uno corriente cualquiera. Y tenemos que calcular la resistencia.
Somos conscientes de que el diodo solo permite que la corriente circule, y por lo tanto alumbre, en  una posición. Para colocarlo correctamente con este propósito, el led debe estar polarizado directamente. El positivo de la pila asociado al ánodo   y el negativo al cátodo.


Una primera aproximación de como funciona un diodo sería pensar en un interruptor. Si colocamos el diodo en un sentido pasa la corriente (circuito cerrado) y si lo colocamos en el contrario no pasa (circuito abierto). Pero para este caso tendremos que pensar en  una segunda aproximación. Tendremos en cuenta que el diodo al conducir en polarización directa (haciendo de interruptor cerrado y alumbrando) tiene una caída de tensión más o menos fija. Si fuese un diodo de silicio corriente esta "barrera de potencial" a partir de la cual el diodo funciona como interruptor cerrado es de 0.7V. En uno de germanio sería aproximadamente de 0.3V. Pero el caso de los diodos led tendremos en cuenta lo siguiente: la barrera de potencial varía según el dopado del cristal que se use para conseguir diferentes colores. Desde 1v más o menos para diodos de infrarrojos, 1.5v para rojos, 1.6v para amarillos, 2.7 para verdes, y hasta unos 3v en diodos azules.
El diodo que  he encontrado usado por el taller es verde. Suponemos pues, una barrera de potencial a superar de 2.7V. Y la intensidad que circulará será entre 10 y 40mA. Vamos a hacer los cálculos pensando en 15mA. Si es suficiente para que alumbre, mejor que no consuma demasiada corriente. Así aumentaremos la duración de la batería.

La intensidad que pasará por el diodo es igual que la que pase por la resistencia, puesto que están en serie. La caída de tensión en la resistencia será, la de la pila, menos, la que caiga en el diodo (hemos quedado en trabajar con una aproximación de 2.7v).
Vrersistencia = Vpila - Vled = 4.5 - 2.7 =1.8v
R= Vresistencia / Iresistencia = 1.8 / 0.015 = 120ohmios

Y la potencia que tendrá que disipar la resistencia también se deriva de la ley de Ohm: W=V*I
PotenciaResistencia (W)=Vresistencia * Iresistencia = 1.8 * 0.015 = 0.027 w

Una resistencia pequeña, que disipe hasta de 1/4 de watio (0.250w), nos sobra con margen suficiente.

Veremos que encontramos por el taller:
La resistencia de 120 ohmios.
Un diodo led verde usado al que le sueldo unos cablecitos.
Y la pila de petaca de 4,5

Montamos y medimos a ver si la teoría se parece a la práctica. Tensión del diodo la supusimos de 2.7v y da 2.5v. La intensidad supusimos 15mA y da 16.5mA. Todo funciona y nada se calienta. Probamos con una fuente y conseguimos que el diodo alumbre hasta unos 2 voltios de alimentación. Creo que cumple las espectativas y no hemos quemado nada.


Perfecto para usar con nuestro juguete descrito en otra entrada anterior: Así aumentaremos la duración de la pila respecto a la bombilla.



4 comentarios:

  1. Muy buen aporte, estaba buscando un circuito como este para enseñarle electrónica a mi sobrina de 7 años. Estudié electrónica y no recordaba que los leds de colores tenían diferentes valores a 0.7 V. Muchas gracias por explicarlo simple y didáctimante.

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    1. Me gusta que te guste. Pero cuidado con martirizar a una niña de 7 años con la ley de Ohm. Aunque no conozco a la niña. El juguete educativo sí me parece una buena idea. Unos leds, a pelo (aún a riesgo de quemar alguno), parpadeando, en paralelo con un altavoz también es divertido. Unas pilas, bombillas, interruptores, en serie y paralelo, conmutadas, una mina de un lapiz como resistencia, ... puede ser. Pero para formulitas y números, en mi opinión, espérate hasta los 10-12 por lo menos.

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  2. llegue hasta qui buscando ayuda, ojalá tu puedas ayudarme!!
    Tengo un portapilas con 3 pilas AA, debo alimentar un circuito de 20 leds blancos de alto brillo, al principio no sabia esto de las resistencias y los leds conectados en paralelo consumieron las pilas en 5 min!!. Luego entendi que necesitaba resistencia pero la pregunta es la siguiente. ¿Tengo que poner una resistencia en cada led? o ¿puedo poner una sola resistencia de mas valor al comenzar el circuito?

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  3. A ver si consigo explicarme. Sin dibujitos parece un poco rollo.
    Tensión común a todos los leds, las pilas 3x1,5=4,5V. Un led blanco de alto brillo (al menos los que yo he usado alguna vez): tensión de caida 3,1v y unos 20mA para que alumbren correctamente. Con un diodo sólo y un resistencia, en la resistencia caerían 4,5-3,1=1,4V. Y para que circulen 20mA la resistencia debería ser de 1,4V/0,020A=70ohmios. Y de potencia 1,4Vx0,020A>0,028W. Si cada led lleva su resistencia cualquier cosa que pase con el resto de los leds y/o resistencias no influiría porque cada rama sigue con su tensión fija de 4,5 y su resistencia limitadora.
    Puedes poner todos los leds en paralelo y limitar la corriente con una sola resistencia. Piensa que cada led necesita pasar 20mA y una tensión de 3,1. Una única resistencia limitadora tiene que soportar entonces también 1,4V y 0,02x20=0,400A. Ahora la resistencia debería ser de 1,4V/0,4A=3,5Ohmios. Y de potencia 1,4x0,4>0,56W. Estamos hablando de una resistencia de valor bastante pequeña y de una potencia relativamente importante. Si no quieres que despida calor vas a tener que sobredimensionarla bastante. Yo pondría al menos 2W.
    ¿Y qué pasaría si un led se funde y abre, por ejemplo? por la resistencia de 3,5Ohmios ya solo pasan 380mA. Así que su tensión es 0,38x3,5=1,33V. Si en la resistencia caen 1,33V en los leds caerán 4,5V-1,33=3,17. Esto es 0,07voltios más de los 3,1 que necesitamos. Con uno o dos o tres leds fastidiados a lo mejor todo sigue funcionando, pero el desfase cada vez será mayor y acabaremos pasandonos de la tensión y cascando el resto de los leds. Si has entendido el proceso haz el cálculo para sólo con dos leds y ¿qué le pasa al que queda si se abre el otro?
    Es algo que ahorra y simplifica el montaje pero no śe la durabilidad del asunto...
    Otra cosa importante, es que caigas en que, estás chupando 400mA de las baterías. Y que estando tan cerca (4,5 - 3,1) del umbral de conducción de los leds a poco que estas se descarguen y no mantengan sus 1,5V no podrán mantener la intensidad que necesitas de 20mA por led. Si en vez de 1,5 tienen 1,4, serían 4,2V-3.1=1,1V en las resistencias y 1,1V/70Ohm=15mA (ya no los 20mA). Entonces aún no tienes las baterías descargadas pero no pueden mantener la luz de los leds.
    Tienes que hacer que el umbral de tensión respecto a los 3,1V que necesitan los leds tenga un margen suficiente. A groso modo sin pensar mucho en patrones de descarga de baterías yo pensaría en que una batería cargada te dará 1,5V y vamoa a abusar de los leds hasta 25mA y considerarla descargada a partir de 1V y con leds a unos 10mA (que aún deberían alumbrar). Si usas 6 baterías de 1,5 tendrás 9V cargadas y sobre 6 cuando las demos por descargadas. Con una resistencia de 270 ohmios habrá unos 22mA por el led el poco rato que estarán cargas y unos 10mA todavía cuando cada batería solo de un voltio. Si te decides por el montaje más simple de una sola resistencia conseguirás algo parecido con una de 12 Ohmios (ojo de bastante más de 3W)
    Espero no haberme equivocado en nada. Al subir la tensión del led también sube su intensidad y esto restaría un poco a lo que comento de la caida en la resistencia limitadora pero está claro que subir tensión e intensidad al led no le puede sentar muy bien...
    Hasta aquí, mi opinión. Tampoco soy un lumbreras en esto. Ya contarás en que queda la cosa... Yo no he hecho el montaje práctico.
    Un saludo.

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