Por que precisamos de resistores em led

Eu pesquisei e diz que os resistores limitam a corrente que flui através do LED.

Mas essa afirmação me confunde porque sabemos que, em um circuito em série, a corrente é constante em todos os pontos; então, como um resistor pode limitar o fluxo de corrente?

Os LEDs têm uma voltagem relativamente constante, como 2,2V para um LED vermelho, que apenas aumenta ligeiramente com a corrente. Se você fornecer 3V a este LED sem resistor em série, o LED tentará definir uma combinação de tensão / corrente para este 3V. Não existe corrente que atinja esse tipo de tensão; teoricamente seria 10s, talvez 100s de ampères, o que destruiria o LED. E é exatamente isso que acontece se sua fonte de alimentação puder fornecer corrente suficiente.
Portanto, a solução é um resistor em série. Se o seu LED precisar de 20mA, você pode calcular o LED vermelho no exemplo

$R = \dfrac{\Delta V}{I} = \dfrac{3V - 2.2V}{20mA} = 40 \Omega$

Você pode pensar que fornecer diretamente 2.2V também funcionará, mas isso não é verdade. A menor diferença no LED ou na tensão de alimentação pode fazer com que o LED acenda muito fraco, muito brilhante ou até destrua. Um resistor em série garantirá que pequenas diferenças de tensão tenham apenas um efeito menor na corrente do LED, desde que a queda de tensão no resistor seja grande o suficiente.

O ponto é que um LED é um diodo de qualquer maneira e os diodos têm uma resistência interna muito pequena (na direção "para frente", é claro); portanto, a menos que haja outra coisa em série, a resistência geral é muito baixa e a corrente é pouco limitada e essa corrente pouco limitada pode danificar o LED e sobrecarregar o circuito que o alimenta.

Então, sim, você está totalmente certo de que a corrente é a mesma em cada ponto do circuito quando os elementos são conectados em série, mas quando você adiciona um resistor, aumenta a resistência geral da série e isso diminui a corrente.

Sempre com as respostas complicadas ;-). Olhe isto deste modo. O que acontece quando você coloca um fio nos terminais de uma bateria? Em um mundo perfeito, você recebe uma corrente infinita que derrete o fio. Chamamos isso de um curto circuito. Como os diodos são projetados para ter resistência mínima à frente, obtemos o mesmo efeito que um curto. Coloque um resistor para fornecer algo para resistir à corrente e limitá-la do infinito

Imagine isso

• Você tinha um motor movido a água cuja velocidade era proporcional ao fluxo de corrente.

• O próprio motor ofereceu muito pouca resistência ao fluxo de corrente - você tinha que controlar o fluxo de corrente externo a uma bomba.

• Você tem uma bomba capaz de bombear 10 litros por segundo através de um tubo de 10 metros para o motor, depois através do motor e depois através de outro tubo de 10 metros para o lado de sucção da bomba. (A vazão estava relacionada à pressão exercida pela bomba e à resistência da tubulação - isto é, NÃO uma bomba de deslocamento positivo.

• Quando a bomba foi operada, você descobriu que o motor funcionava MUITO rápido demais e que era necessário limitar o fluxo a cerca de 1 litro / segundo.

Para atingir o requisito, você pode colocar uma válvula redutora no circuito para diminuir a maior parte da pressão e limitar o fluxo. A válvula trabalhou para soltar uma certa quantidade de pressão sobre ela em uma determinada vazão e como ajustável. (Trata-se de quantas válvulas de água rel funcionam).

Você pode colocar a válvula EM QUALQUER LUGAR no circuito e isso atingirá o resultado desejado. Pode estar na entrada ou saída da bomba ou na saída ou entrada do motor ou em qualquer lugar do tubo.

Esta é uma analogia próxima à sua pergunta sobre o LED. A corrente precisa ser limitada, pois é muito alta sem um limitador. O limitador pode ser colocado em qualquer lugar do circuito.

Com o circuito do LED do resistor da bateria

O LED possui uma certa queda de tensão definida na corrente escolhida.
Para ser específico, digamos que a 20 mA o LED caia exatamente 3,00 Volt. Isso é típico de alguns LEDs modernos.
Se desejarmos executar o LED a 20 mA, DEVEMOS providenciar que ele caia 3 V - nem mais nem menos.
Se desejarmos usar uma fonte de 9V para operar o LED, N = DEVEMOS "nos livrar de" 9-3 = 6B de alguma forma.
O resistor faz isso.
Para diminuir 6V a 20 mA, o resistor necessário é R = V / I = 6 / 0,02 = 300 ohms.
Neste exemplo, uma bateria de 9V + um resistor + um LED operará a 20 mA. O resistor pode ser colocado antes ou depois do LED. A corrente é descartada em qualquer local.

Não é relevante para esta pergunta, mas é extremamente importante saber que sua declaração de que

• "sabemos que série ciircuit, a corrente é constante em todos os pontos."

está incorreto.

Existem muitos circuitos em que isso é ruim - mas também muitos circuitos em que isso não é verdade.
Em circuitos CC com apenas componentes resistivos, como este 1 LED, 1 circuito resistor, então é verdade. MAS, quando existem componentes reativos, como indutores e capacitores ou certos outros elementos não lineares, geralmente NÃO é verdade.

Vamos nos concentrar no que é importante aqui: A curva característica do LED (que é um diodo). Por favor, olhe esta imagem da wikipedia. Como você pode ver, para tensões positivas através do diodo, sua corrente aumenta exponencialmente. Imagine agora que você conecta seu LED a uma fonte de alimentação sem resistor. Você precisaria definir a tensão exata no diodo para obter a corrente exata necessária para acender o LED. Se, por qualquer motivo, sua fonte de alimentação aumentar um pouco acima da tensão necessária, a corrente será exponencialmente maior do que a anterior, o que pode (danificará!) Danificar seu diodo. Então, como um resistor pode nos ajudar com esse problema? COMENTÁRIOS!Um dos conceitos mais importantes em eletrônica! Vamos voltar ao nosso exemplo e adicionar um resistor em série com o diodo e a fonte de alimentação. Agora, toda vez que sua fonte de alimentação exceder sua tensão nominal, o diodo aumentará exponencialmente sua corrente novamente, mas como a corrente aumentou a tensão no resistor também será maior, o que significa que a tensão no diodo diminuirá, compensando a fonte de alimentação aumento de tensão.

Um LED é um diodo feito de um material semicondutor que gera fótons de luz quando a corrente flui através do material. Quanto mais corrente através do LED, mais luz ele emitirá, mais brilhante será. No entanto, há um limite superior que é a quantidade de corrente suficiente para danificar o LED.

Um LED oferece pouca resistência à corrente que flui através dele. A maior parte da pouca resistência que ele oferece vem da energia perdida pela luz emitida e a geração de fótons é tão eficiente que a resistência é bem insignificante. No entanto, à medida que a corrente aumenta, aumentando a quantidade de luz, o LED falha em algum momento porque a quantidade de corrente que passa pelo LED causa falhas materiais. Com quantidades suficientemente grandes de corrente, a vaporização catastrófica do material pode resultar em uma pequena explosão dentro do envelope externo do LED. Com os níveis mais baixos de corrente encontrados nos circuitos digitais de 3.3v ou 5v, o resultado mais provável é que o material semicondutor falha e para de conduzir e o LED não brilha mais.

Como a tensão do circuito afeta o consumo de corrente de um LED? Como um LED é um tipo de diodo, a equação de Shockley descreve a corrente que um diodo permite em vários níveis de tensão. A equação mostra que os resultados da função Shockley para uma determinada faixa de tensão seguem uma curva exponencial. Isso significa que pequenas alterações na tensão podem fazer grandes alterações na corrente. Portanto, o uso de um LED em um circuito simples cuja tensão é maior que a Tensão Direta do LED corre o risco de o LED consumir surpreendentemente mais corrente do que os níveis recomendados, resultando em falha do LED.

Consulte o tópico Wikipedia Wikipedia Circuit , bem como o tópico Wikipedia Equação de diodo Shockley .

Portanto, a idéia é projetar o circuito do LED para limitar a quantidade de corrente que flui através do LED. Queremos equilibrar com corrente suficiente para causar o nível de brilho desejado sem ter tanto que o material do LED falhe. O método mais comum de limitar a corrente é adicionar um resistor ao circuito.

Um LED deve ter uma folha de dados que descreva as características e tolerâncias elétricas do LED. Por exemplo, consulte esta folha de dados Modelo No .: YSL-R531R3D-D2 .

As primeiras características em que estamos interessados ​​são (1) qual é a corrente máxima que o LED pode suportar antes que a falha do material seja possível, resultando em falha do LED e (2) qual é a faixa de corrente recomendada. Essas e outras classificações máximas para um LED vermelho padrão típico (LEDs diferentes terão valores diferentes) estão em uma tabela, conforme duplicado abaixo.

Na tabela da folha de dados para este LED vermelho padrão, vemos que a corrente máxima é 20mA, com a faixa recomendada de 16mA a 18mA. Essa faixa recomendada é a corrente para o LED ficar mais brilhante sem arriscar a falha do material. Também vemos que a dissipação de energia nominal é de 105mW. Queremos garantir que, em nosso projeto de circuitos de LED, permaneçamos dentro desses limites recomendados.

Olhando na tabela a seguir, encontramos um valor de Voltagem direta para o LED de 2,2v. O valor de tensão direta é a queda de tensão quando a corrente flui através do LED na direção direta, do ânodo para o cátodo. Consulte O que é tensão "direta" e "reversa" ao trabalhar com diodos? .

Se usarmos esse LED em um circuito com 2,2v e uma corrente de 20mA, o LED dissipará 44mW, o que está dentro da nossa zona de segurança de dissipação de energia. Se a corrente mudar de 20mA para 100mA, a dissipação será 5 vezes maior ou 220mW, o que está bem acima da dissipação de potência nominal de 105mW para o LED, para que possamos esperar que o LED falhe. Consulte O que acontece com o meu LED quando eu forneço muita corrente? .

Para reduzir a corrente através do LED para os níveis recomendados, introduziremos um resistor no circuito. Qual valor do resistor devemos usar?

Calculamos um valor de resistor usando a Lei de Ohms V = I x R,. No entanto, faremos uma transformação algébrica porque queremos resolver a resistência em vez de a tensão, portanto, usamos a fórmula R = V / I.

O valor de I, corrente em amperes, é bastante óbvio, basta usar o mínimo recomendado de 16mA ou 0,016A na folha de dados do LED na fórmula transformada. Mas que valor devemos usar para volts, V?

Precisamos usar a queda de tensão do resistor, que é a contribuição que o resistor faz para a queda de tensão total de todo o circuito. Portanto, precisaremos subtrair a contribuição da queda de tensão do LED da tensão total do circuito para determinar a contribuição de queda de tensão necessária do resistor. A queda de tensão de um LED é o valor da tensão direta, a queda de tensão na direção direta do ânodo para o cátodo, na tabela acima.

Para um projeto padrão do Raspberry Pi usando o trilho de 3,3v como fonte de energia, o cálculo seria (3.3v - 2.2v) / .016A = 69 ohms (rounding 68.75 up)

Então, por que um valor de resistor como 200 ohms é comumente usado quando os cálculos indicam 69 ohms?

A resposta fácil é que um resistor de 200 ohm é um resistor comum incluído em muitos kits de experimentos. Queremos usar um resistor comum se a luz emitida pelo LED não diminuir visivelmente.

Então, se mudarmos de um resistor de 69 ohm para um resistor de 200 ohm, qual é a mudança na corrente? Novamente, usamos a lei de Ohm desta vez para resolver a corrente no circuito I = V / Rou , 3.3v / 200 ohms = .0165Aquando olhamos para a folha de dados de LED, vemos que esse valor está na faixa recomendada de 16 mA a 18 mA, para que o LED fique suficientemente brilhante.

Simplesmente, o led tem uma baixa resistência; se conectado a um battário sozinho, a corrente que passa por ele será muito alta (I = V / R); alta corrente significa mais potência dissipada na resistência do led pequeno, o que leva à queima do diodo (termicamente), porque o material tem uma constante de transferência de calor muito baixa.

Observe que a potência dissipada = (I ^ 2 × R).