Curso de Electricidad Básica

Cálculo de la Resistencia de Protección para un LED (Parte 2)

1. Introducción y repaso del problema

En la lección anterior (simulación), observamos que al conectar un LED directamente a una batería de 9 voltios sin ninguna protección, el componente estallaba. Esto sucede porque la corriente excede la capacidad máxima del LED.

Solución: Se debe conectar una resistencia en serie al LED. Esta resistencia limitará el flujo de corriente a un nivel seguro.

2. Parámetros teóricos necesarios

Para realizar el cálculo, necesitamos conocer dos datos fundamentales que proporciona el fabricante del LED:

A. Voltaje de trabajo ( $V_f$ ) según el color

Cada diodo tiene un rango de voltaje típico de operación entre sus terminales. Si bien el estándar general oscila entre 1.2V a 3.6V, depende específicamente del color:

Rojo: 1.8 a 2.1 voltios.
Naranja/Amarillo: 1.9 a 2.2 voltios.
Verde: 2.0 a 3.1 voltios.
Azul: 3.0 a 3.7 voltios.
Blanco: 3.0 a 3.4 voltios.

B. Corriente máxima ( $I_f$ )

Es la cantidad de electrones que pueden pasar por el LED sin dañarlo.

Rango típico: 10 mA a 30 mA.
Valor recomendado para ejercicios: 20 mA (milianperios), que es un punto medio seguro.

3. Ejercicio Práctico: Cálculo Matemático

Vamos a calcular la resistencia ( $R$ ) para un circuito con los siguientes valores:

Fuente de voltaje (Batería): 9V
LED: Color Rojo (Usaremos un voltaje promedio de 2V)
Corriente deseada: 20 mA (que equivale a 0.02 Amperios)

Paso 1: Determinar el voltaje en la resistencia

Debemos saber cuánto voltaje debe «absorber» la resistencia. Restamos el voltaje del LED al voltaje de la batería.

V_{\text{resistencia}} = V_{\text{fuente}} - V_{\text{LED}}

V_{\text{resistencia}} = 9V - 2V = \mathbf{7V}

Paso 2: Aplicar la Ley de Ohm

La Ley de Ohm establece que $V = I \times R$. Despejamos la resistencia ($R$):

R = \frac{V}{I}

Sustituimos los valores (recordando convertir miliamperios a amperios):

R = \frac{7V}{0.02A}

R = \mathbf{350 \, \Omega \text{ (Ohmios)}}

Resultado: Necesitamos una resistencia de 350 ohmios.

4. Verificación con Herramientas Digitales

Existen calculadoras online (como la de DigiKey) que facilitan este proceso.

Al ingresar los datos (9V de fuente, 2V de voltaje del LED, 20mA de corriente), la herramienta confirma el resultado de 350 $\Omega$ .
También nos indica la potencia que disipará la resistencia (en este caso 0.14 Watts), lo cual nos ayuda a elegir el tamaño físico de la resistencia.

5. Simulación y Experimentación (Laboratorio Virtual)

Utilizando un simulador de circuitos, probamos el resultado y experimentamos con otros valores:

Con 350 $\Omega$ : El LED enciende correctamente con un brillo normal y seguro.
Aumentando la resistencia (1k $\Omega$ – 10k $\Omega$ ):
- Al aumentar la resistencia, pasa menos corriente.
- Resultado: El LED brilla mucho menos (luz tenue). La intensidad del brillo es directamente proporcional a la corriente.
Disminuyendo la resistencia (Ej. 50 $\Omega$ ):
- Al bajar demasiado la resistencia, pasa demasiada corriente.
- Resultado: El simulador muestra una advertencia de peligro o el LED se quema virtualmente, indicando que se ha excedido la corriente máxima soportada.

Archivos de ejercicios

Ohm_Ley_Protección_LED.pdf

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