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Por que um LED precisa de um resistor em série mesmo quando você conhece sua tensão direta

O problema de uma tensão direta fixa

A maioria das folhas de dados e referências de bancada de LEDs informa uma tensão direta, geralmente em torno de 2 V para o vermelho e valores mais altos para o azul ou o branco. É tentador pensar que, se o LED cai 2 V, ao conectá-lo a uma alimentação de 5 V restarão 3 V a serem tratados e o problema está resolvido. Não está, porque a tensão direta é um ponto de operação aproximado, e não uma propriedade fixa do dispositivo.

Um LED é um diodo, e sua corrente cresce exponencialmente com a tensão sobre sua junção. Em uma faixa estreita de tensão, uma variação de algumas dezenas de milivolts pode multiplicar a corrente várias vezes. Uma alimentação um pouco acima do valor, um LED de outro lote ou uma junção que esquenta durante o funcionamento podem deslocar o ponto de operação o suficiente para alterar drasticamente a corrente. Sem nada em série para limitá-la, o LED simplesmente absorve a corrente que a fonte e a fiação conseguirem fornecer, até que superaquece ou queima.

O que o resistor em série faz

Um resistor em série com o LED transforma o circuito em um divisor de tensão entre a alimentação e o LED. O resistor absorve a diferença entre a tensão de alimentação e a tensão direta do LED, e a corrente passa a ser definida principalmente por esse resistor. Um erro de 10 por cento na tensão direta do LED passa a deslocar a corrente em uma porcentagem muito menor, porque esse erro representa uma fração menor da tensão total sobre o resistor.

Por isso o resistor não é um enfeite opcional. Ele converte uma curva de diodo íngreme e imprevisível em uma carga que se comporta de forma próxima a um resistor, e é isso que torna a corrente aproximadamente igual de um LED para o outro.

Um exemplo resolvido: 5 V, LED vermelho, cerca de 15 mA

Suponha que você tenha uma alimentação de 5 V e um LED vermelho padrão de 5 mm cuja tensão direta você espera que seja cerca de 2,0 V na corrente desejada de 15 mA. O resistor deve absorver os 3,0 V restantes, então R = (5,0 V - 2,0 V) / 0,015 A = 200 ohms. O valor comercial mais próximo é 220 ohms. Com 220 ohms, a corrente é (5,0 - 2,0) / 220 = cerca de 13,6 mA, e o resistor dissipa 3,0 V × 13,6 mA ≈ 0,041 W, o que um resistor padrão de 1/8 W ou 1/4 W suporta com folga.

Agora considere o que acontece se a tensão direta real for 2,2 V. A corrente passa a ser (5,0 - 2,2) / 220 ≈ 12,7 mA. Se a tensão direta for 1,8 V, a corrente sobe para cerca de 14,5 mA. A corrente do LED variou apenas cerca de 1 mA em uma faixa de 0,4 V da tensão direta, que é o efeito estabilizador proporcionado pelo resistor. Sem o resistor, essa mesma variação de 0,4 V alteraria a corrente por um fator grande.

Temperatura, dispersão entre lotes e escolha da corrente desejada

A tensão direta diminui conforme o LED esquenta, tipicamente na ordem de alguns milivolts por grau Celsius, de modo que um LED que trabalha forte por um tempo consome mais corrente com a mesma tensão de alimentação. Um resistor dimensionado com alguma margem mantém essa deriva em um nível aceitável. Cores diferentes também têm tensões diretas diferentes, então um resistor calculado para um LED vermelho dará uma corrente sensivelmente diferente se você trocar por um azul ou branco.

As correntes desejadas para LEDs indicadores costumam ficar na faixa de alguns miliampères a cerca de 20 mA, sendo que valores mais baixos geralmente bastam para indicadores, e valores mais altos só devem ser usados quando a folha de dados permitir. Escolha uma corrente que dê brilho visível e que fique bem dentro da especificação do componente, em vez de operá-lo no limite.

Verificações práticas antes de ligar

Confirme que o resistor está em série com o LED, e não em paralelo, e que o LED está orientado corretamente. Uma polaridade invertida bloqueia totalmente a corrente, enquanto um resistor em curto ou ausente fará o LED consumir muito mais corrente do que o previsto. Uma verificação rápida é alimentar o circuito por uma fonte de bancada com limite de corrente ajustado para um valor baixo, de modo que um erro de fiação apareça como limitação de corrente, e não como cheiro de plástico queimado.

Quando vários LEDs compartilham uma alimentação, dê a cada um seu próprio resistor em série, em vez de usar um único resistor para todos. Pequenas diferenças de tensão direta entre os LEDs farão a corrente se dividir de forma desigual, e o LED com a menor tensão direta absorverá a maior parte dela.