Manual de Electronic A - Todo Sobre Leds

Editorial Técnica Plaquetodo

Curso Básico de Electrónica ON-LINE

“TODO SOBRE LEDS” Los leds son en sí diodos, que al ser polarizados en directa emiten luz visible. Existen diferentes colores, formas y tamaños. Trataremos en este capítulo su forma de conexión, y circuitos posibles para su encendido. Repasemos los conceptos sobre diodos: Los diodos son componentes electrónicos de dos terminales (ánodo y cátodo) que permiten (o no) el paso de la corriente en una sola dirección, según cómo se les coloque la tensión en sus bornes. Al cómo se los alimenta se le llama polarización. Si se coloca una tensión mayor en el ánodo que en el cátodo, el diodo se encuentra polarizado en directa. Un diodo en estas condiciones permite el paso de la corriente. Es decir, es equivalente a una llave cerrada. Si se coloca una tensión mayor en el cátodo que en el ánodo, el diodo se encuentra polarizado en inversa. Un diodo en estas condiciones no permite el paso de corriente.

Recuerde que cuando decimos “polarizar” nos estamos refiriendo a cómo alimentamos el componente. En el caso ideal la tensión que cae sobre un diodo en directa en cero volts. Pero en la realidad, para un diodo de silicio por ejemplo, es de 0,7V. La curva que se muestra a continuación indica la tensión en función de la corriente. El trazo en en azul indica el funcionamiento funcionamiento real del diodo. diodo. Mientras que el rojo muestra la aproximación que normalmente se utiliza; y es, que en directa la tensión que cae sobre el diodo es de 0,7V y su corriente puede ser cualquiera. www.plaquetodo.com

Editorial Técnica Plaquetodo

Curso Básico de Electrónica ON-LINE

De la imagen se observa que cuando Vd (tensión sobre el diodo) es mayor a 0,7 el diodo conduce. Si observamos a la izquierda de la curva, vemos que para una dada tensión inversa (Vruptura), el diodo también conduce. Éste punto es conocido como punto de ruptura del diodo. Dijimos entonces que los leds (light emitting diode) son en sí diodos. La principal diferencia es que al estar polarizados en directa y conducir una corriente, emiten una radiación en forma de luz visible. La forma de conectarlos por lo tanto no es cualquiera, sino que debemos saber qué terminal corresponde al ánodo y cuál al cátodo. A la derecha se observa una imagen de un diodo led rojo. El lado plano (y con el terminal más corto) se corresponde al cátodo. Probando un led: En principio hay que tener en cuenta que nunca se debe conectar un led directamente a una fuente de alimentación. Ya que el led no lo soportaría. Siempre debe acompañarse de una resistencia en serie. La siguiente foto muestra la conexión de un diodo led con su respectiva resistencia:

www.plaquetodo.com

Editorial Técnica Plaquetodo

Curso Básico de Electrónica ON-LINE

Se utilizó una batería, un led, una resistencia de 1K (marrón-negro-rojo) en serie y un protoboard para conectarlos. Como el polo positivo de la batería se conectó en el ánodo del led, éste se enciende (polarizado en directa). Cálculo de la resistencia en serie:

Recorriendo el circuito vemos que la tensión sobre la resistencia, es la tensión sobre la fuente menos la caída de tensión sobre el led: VR = Vfuente – Vdiodo y además por la ley de Ohn VR = R.I Igualando ambas ecuaciones y despejando la R, obtenemos: R = (Vfuente – Vdiodo) / I La tensión sobre un diodo de silicio en directa es de 0,7V como ya dijimos. En el caso de los leds, usualmente es mayor y de aproximadamente 2V. Y la corriente máxima que soportan es de 20mA. El valor de resistencia que se obtiene de ésta fórmula puede no existir comercialmente, y por ende debemos elegir un valor por encima del calculado. A esta resistencia en serie con el led, se le da el nombre de “Resistencia limitadora de corriente”, por ser esa su función. Ejemplo: Supongamos utilizar una batería (9Vcc). Entonces R = (9V – 2V)/20mA = 350ohms. El valor comercial más próximo (hacia arriba) es de 390 ohms, y es la resistencia que debemos utilizar. Si colocáramos una resistencia menor a 350 Ohms, el led se dañará porque circulará mayor corriente de la que éste soporta. Pero no hay ningún www.plaquetodo.com

Editorial Técnica Plaquetodo

Curso Básico de Electrónica ON-LINE

inconveniente en colocar una mayor como en el ejemplo recién visto del protoboard, donde se utilizó una resistencia de 1Kohm. Lo que si la resistencia es demasiado elevada, la corriente por el circuito es muy pequeña y puede que el led emita luz muy tenue. Conexión de varios leds: Si deseamos encender varios leds, debemos preguntarnos en principio, cuántos van a ser, cómo los voy a conectar entre ellos, qué resistencia o resistencias los deben acompañar, y qué alimentación voy a requerir. Por ello analizaremos la conexión en serie y en paralelo de leds. Leds en paralelo: Para colocar diodos en paralelo hay que tener en cuenta que cada uno de ellos debe estar acompañado de su respectiva resistencia. Ya que por más que los diodos sean del mismo fabricante, y se suponga tengan las mismas características, esto en la realidad no es tan así. Lo que provocará que ambos quieran imponer su tensión en directa, y alguno de los dos termine dañándose. A la izquierda se indican la forma correcta e incorrecta de conectarlos en paralelo. Para el cálculo de las resistencias, se debe realizar la misma cuenta. Al estar en paralelo la tensión sobre cada rama es la misma (lo que varía es la corriente), con lo cual tendremos: R1 = (Vf-Vd1)/I1 R2 = (Vf-Vd2)/I2 Donde Vd1 es la tensión en directa sobre el diodo1, Vd2 sobre el diodo2. E I1, I2 sus corrientes respectivas. Si se colocan mayor cantidad de ramas, el cálculo será el mismo. Para saber qué fuente debemos colocar, tenemos que tener en cuenta que la corriente que esta entregue se divide por cada una de las ramas. Con lo cual www.plaquetodo.com

Editorial Técnica Plaquetodo

Curso Básico de Electrónica ON-LINE

la corriente que la fuente entregue debe ser tal que alcance para todas las ramas que coloquemos. Esto es: Ifuente = I1 + I2 + … Ejemplo: Supongamos utilizar una fuente de 12Vcc. Y armar el circuito de la derecha, como las ramas son iguales: R1 = R2 = (12V-2V)/20mA = 500ohms. Podemos utilizar por ejemplo resistencias de 680ohm (que existen comercialmente). Calculamos la corriente real que circula (ya que los 20mA representan el valor máximo que soportan los led, no el real que circula). I1 = I2 = (12V – 2V)/680ohm = 14.7mA Entonces la corriente que la fuente nos debe entregar, debe ser de por lo menos: I = I1 + I2 = 14.7mA + 14.7mA = 30mA 30mA Con lo cual con una pequeña fuente de 30mA (o más) podremos encender ambos leds. Leds en serie: En este caso la corriente que circula por los leds es la misma, con lo cual basta conectar sólo una resistencia limitadora de corriente, sin importar la cantidad de leds que se coloquen. R = (Vf-Vd1-Vd2-Vd3)/I Ejemplo: Vfuente: 12Vcc R = (12V – 2V -2V -2V)/20mA = 300 ohm. Entonces utilizamos una resistencia de 390ohms. www.plaquetodo.com

Editorial Técnica Plaquetodo

Curso Básico de Electrónica ON-LINE

La corriente que circulará colocando esta resistencia será: I = (12V – 2V -2V -2V)/390ohm = 15mA Con lo que la fuente que utilicemos debe entregarnos como mínimo 15mA. En la práctica lo que normalmente se hace es una combinación de ambas conexiones. Es decir, se colocan los leds en paralelo y en serie. Esto va a depender sobre todo de la fuente de alimentación que poseamos. Ejemplo: Alimentación: 12Vcc, 500mA. Lo primero que queremos saber es de qué valor mínimo tienen que ser las resistencias limitadoras de corriente. Entonces, en general, la resistencia va a estar dada por: R = (Vfuente - #ledsx2V)/I Donde #leds, es la cantidad de leds colocados en serie. Primer rama, 3 leds: R1 = (12V – 3x2V)/20mA = 300 Ohms Segunda rama, 1 led: R2 = (12V – 1x2V)/20mA = 500 Ohms Tercer rama, 2leds: R3 = (12V – 2x2V)/20mA = 400 Ohms Por lo tanto, para R1 utilizamos una de 390 ohms, y para R2, R3 podemos colocar una de 680 ohms. Dado que la fuente que poseemos entrega 500mA, no haría falta calcular la corriente que requerimos para que los leds enciendan, ya que 500mA son más que suficientes. Igualmente, para que al lector le quede claro, la calcularemos. I = I1 + I2 + I3 (corriente que debe entregarnos como mínimo la fuente) www.plaquetodo.com

Editorial Técnica Plaquetodo

Curso Básico de Electrónica ON-LINE

I1 = (12V – 3x2V)/390 Ohms = 15mA I2 = (12V – 1x2V)/680 Ohms = 14.7mA I3 = (12V – 2x2V)/680 Ohms = 11.7mA -> I = 15mA + 14.7mA + 11.7mA = 42mA. Como vemos basta que nuestra fuente nos entregue como mínimo 42mA para que los leds enciendan. Con lo cual, la que poseemos es más que suficiente. Valores reales de tensión y corriente: Si bien hasta ahora utilizamos un valor estándar de tensión y corriente (2V, 20mA), en la realidad estos valores varían de acuerdo al led, según su tamaño, color, brillo, etc. La siguiente tabla muestra, en forma resumida, valores de tensión y corriente para algunos leds de 5mm: Tipo Color Estándar Rojo Estándar Amarillo Estándar Verde Alta intensidad Azul

I 30mA 30mA 25mA 30mA

Vd 2.0V 2.1V 2.2V 4.5V

Como vemos, excepto en los casos de alto brillo, los cálculos que se realizaron anteriormente son perfectamente válidos. Conexión con un relé: Modelos como el 388 (libro 10) que es una interfaz para Pc o el 431 (libro 15) que es una baliza, poseen salida a relé. Y deseamos mediante ellos activar una serie de leds. Los relé, generalmente, traen en su cuerpo la tensión y corriente máxima que soportan sin dañarse. En particular, los que utiliza la Editorial Técnica Plaquetodo en sus módulos armados soportan hasta 5A en 220Vca, y hasta 10A en 12Vcc. Con lo cual son muchos los leds que podríamos conectarles. Repasemos los conceptos sobre relés: El relé es un dispositivo electromecánico, que por medio de un electroimán, permite abrir o cerrar circuitos. Es equivalente a una llave. En sí, es una bobina que al alimentarla y circularle una corriente, se genera un campo magnético que cierra un contacto. www.plaquetodo.com

Editorial Técnica Plaquetodo

Curso Básico de Electrónica ON-LINE

Es decir, podemos pensar al relé como una llave con 3 contactos de salidas: NA, NC y C. Una de las llaves esta formada por “NA” y “C”, y la otra por “NC”  y “C”. “NA” hace referencia a normalmente abierto (con respecto a C), “NC” a normalmente cerrado (con respecto a C) y “C” a central. La siguiente imagen muestra una de las salidas a relé del modelo 388.

Entonces cuando alimentamos al relé (y por ende a su bobina interna) circula corriente, la llave NA-C se cierra y la llave NC-C se abre. Más allá del circuito que controle la activación/desactivación activación/desactivación del relé, lo que veremos ahora es como conectar alguno de los circuitos formados por leds recién visto, a la salida de un relé:

www.plaquetodo.com

Editorial Técnica Plaquetodo

Curso Básico de Electrónica ON-LINE

Como vemos la función del relé es la de cerrar (o no) el circuito formado por los leds y su fuente de alimentación. Debido a que se utilizó el borne NA del relé, los leds se mantendrán apagados hasta que el circuito que controla al relé lo active. En este momento los contactos NA y C se unen, cerrando el circuito y permitiéndole a la fuente, alimentar a los leds. Tanto las resistencias, como la fuente que se requiere son las ya calculadas anteriormente, dado que es el mismo circuito. Modelo 4-093 (libro 15) con el 388 (libro10): Si desea realizar un secuencial de luces, ya sea con leds o lámparas puede utilizar estos dos modelos combinados. El 4-093 es la parte de lógica, es decir, el que controla la secuencia. Es programable y posee 8 salidas. El modelo 388 es la parte de potencia, y es el que posee los relés para poder activar los leds. Este modelo puede controlarse tanto con el 4-093, como directamente de la PC. Entre ellos se conectan mediante cable DB-25.

A cada salida de relé podemos armar circuitos diferentes de leds según lo visto. www.plaquetodo.com