Por que exatamente um único resistor não pode ser usado para muitos LEDs paralelos?

Por que você não pode usar um único resistor para vários LEDs em paralelo, em vez de um cada?

O principal motivo é que você não pode conectar diodos com segurança em paralelo.

Portanto, quando usamos um resistor, temos um limite de corrente para toda a seção do diodo. Depois disso, cabe a cada diodo controlar a corrente que passa por ele.

O problema é que os diodos do mundo real não têm as mesmas características e, portanto, existe o perigo de um diodo começar a ser conduzido enquanto outros não.

Então você basicamente quer isso ( aberto no simulador de circuito de Paul Falstad ):

E você, na realidade, consegue isso ( aberto no simulador de circuito de Paul Falstad ):

Como você pode ver, no primeiro exemplo, todos os diodos estão conduzindo quantidades iguais de corrente e, no segundo exemplo, um diodo está conduzindo a maior parte da corrente, enquanto outros diodos quase não estão conduzindo nada. O exemplo em si é um pouco exagerado, de modo que as diferenças serão um pouco mais óbvias, mas demonstram bem o que acontece no mundo real.

O texto acima é escrito com base no pressuposto de que você escolherá o resistor de modo a definir a corrente para que a corrente seja n vezes a corrente desejada em cada diodo, em que n é o número de diodos e que a corrente é realmente maior que a corrente. corrente que um único diodo pode conduzir com segurança. O que acontece então é que o diodo com menor voltagem direta conduzirá a maior parte da corrente e se desgastará mais rapidamente. Depois que ele morre (se morrer como circuito aberto), o diodo com a próxima voltagem direta mais baixa conduzirá a maior parte da corrente e morrerá ainda mais rápido que o primeiro diodo, e assim sucessivamente, até você ficar sem diodos.

Um caso em que posso pensar em onde você pode usar um resistor que alimenta vários diodos seria se a corrente máxima que passa pelo resistor for pequena o suficiente para que um único diodo possa trabalhar com corrente total. Dessa forma, o diodo não morre, mas eu mesmo não experimentei isso, então não posso comentar sobre a boa ideia.

OK, vamos fazer o cálculo.

Um modelo simplificado para um LED é uma fonte de tensão fixa em série com um pequeno resistor. Vamos escolher esse LED da Kingbright.

A inclinação é 20mA / 100mV, então a resistência interna é 5 . A tensão intrínseca do LED é 1.9V. Vamos assumir que os LEDs precisam de 20mA e que nossa fonte de alimentação é de 5V.$\Omega$

Então a tensão do LED é 1.9V + 5 20mA = 2V. Nosso resistor de série única$\Omega$ $\cdot$

$R = \dfrac{5V - 2V}{2 \cdot 20mA} = 75 \Omega$ .

Isso se os dois LEDs forem iguais. Agora, suponha que haja uma ligeira discrepância entre os LEDs e que o 1,9V do segundo LED seja realmente 1,92V, apenas uma diferença de 1%.

Agora não está claro imediatamente qual será a tensão nos LEDs. Vamos descobrir e chamar isso de . Existe uma única corrente através do resistor 75 : $V_L$$I_R$$\Omega$

$I_R = \dfrac{5V - V_L}{75 \Omega}$

A corrente através do primeiro LED:

$I_1 = \dfrac{V_L - 1.9V}{5 \Omega}$

e, da mesma forma para o LED 2:

$I_2 = \dfrac{V_L - 1.92V}{5 \Omega}$

Agora , então $I_R = I_1 + I_2$

$\dfrac{5V - V_L}{75 \Omega} = \dfrac{V_L - 1.9V}{5 \Omega} + \dfrac{V_L - 1.92V}{5 \Omega}$

A partir disso, descobrimos que = 2,01 V. Então, preenchendo esse valor nas equações acima para as correntes de LED, encontramos$V_L$

I 2 = 17,94 m $I_1 = 21.94 mA$ e$I_2 = 17.94 mA$

conclusão

Apenas a menor discrepância na tensão do LED (1%) já resulta em uma diferença de 18% na corrente do LED. IRL, a diferença pode ser maior e pode haver uma diferença visível no brilho. O efeito será pior para resistências internas mais baixas.

Veja minha recente resposta detalhada aqui

A corrente será dividida desigualmente em dueto para se espalhar nas características do LED.

Aqueles que empatam mais do que sua parte ficam mais quentes e empatam ainda mais.

Aqueles que empatam menos que sua parte ficam mais legais e empatam menos.

Se você disser 10 LEDs e conectá-los em paralelo, conduza-os com um único LED aproximadamente na corrente nominal para todos os 10:

• Com LEDs típicos de baixo custo, a correspondência Vf / If será insuficiente o suficiente para que os LEDs Vf mais baixos possam consumir 2, 3 ou 4 vezes a corrente nominal.

• Os LEDs de sobrecorrente desaparecerão rapidamente.

• Agora existem 9 LEDS para compartilhar corrente suficiente para 10. A corrente MÉDIA é de 110%. O LED Vf mais baixo será novamente sobrecarregado e falhará, mas desta vez ocorrerá ainda mais rápido, pois há mais corrente disponível por LED.

• A próxima ... :-) - reação em cadeia.

Olhe para uma tocha asiática * típica de vários LEDs barata.
Observe os LEDs mais brilhantes. Opere a tocha por um tempo e depois observe novamente.
Depois de pouco tempo, os LEDs mais brilhantes ficam mais escuros ou mortos.
Observe os LEDs mais brilhantes ...

• Digo "asiático barato", já que a maioria das tochas multi LED é de origem chinesa e a maioria tem baixo custo, pelo que é difícil bater o preço. Eles constroem em grande parte "o que o mercado suportará" e o mercado suportará lixo. As luzes LED de outros países com vários LEDs OU as lâmpadas fabricadas na China com design adequado custam mais e são menos populares. Há uma razão para o custo extra.

LEDs em série (2 grupos).
Unidade de corrente constante.
Custa mais.

Isso funcionaria se todos os LEDs tivessem características idênticas. Infelizmente, esse não é o caso. e eles terão correntes diferentes fluindo através deles. Vários LEDs em série podem ter um único resistor limitador de corrente, é claro.

TLDR;

Se o resistor limitar a corrente a 15 ma, então, a cada LED aceso, a corrente será compartilhada e reduzida entre eles, o que significa que eles ficarão mais escuros à medida que mais for aceso.

Bem, isso não é estritamente verdade.

Eu freqüentemente uso uma placa de ensaio com 8 LEDs para depuração incorporada. A diferença é que, embora EU possua todos os 8 LEDs conectados ao terra através de um único resistor (foi mais rápido ligar a PCB dessa maneira), a corrente é fornecida por pinos separados do microcontrolador. Depende do que você quer dizer com 'paralelo', eu acho!