O LED está entre os componentes mais conhecidos da eletrônica. Ele aparece em praticamente todos os lugares: equipamentos eletrônicos, painéis, brinquedos, automóveis, iluminação, Arduino e projetos de modelismo.
Apesar de parecer extremamente simples, o LED é também uma excelente porta de entrada para aprender conceitos fundamentais como:
tensão, corrente, resistência, polaridade e Lei de Ohm.
No artigo original, mostrei justamente como funciona um LED e como calcular o resistor necessário para utilizá-lo sem danificá-lo.
O que significa LED?
LED é a sigla de:
Light Emitting Diode
Em português:
Diodo Emissor de Luz.
Portanto, antes de qualquer coisa, precisamos lembrar:
um LED é um diodo.
A diferença que percebemos imediatamente é que, quando submetido às condições adequadas, ele emite luz.
Como um LED produz luz?
O LED é construído utilizando materiais semicondutores.
Quando ocorre a circulação adequada de corrente pela junção semicondutora, elétrons e lacunas participam de processos de recombinação e parte da energia é liberada na forma de fótons.
Ou seja:
energia elétrica → luz.
É um fenômeno chamado eletroluminescência.
No texto original, explico esse fenômeno de maneira mais simples, relacionando os materiais utilizados no semicondutor às diferentes cores produzidas pelo LED.
Por que existem LEDs de várias cores?
A cor não é simplesmente uma tinta colocada sobre o LED.
Ela está relacionada principalmente aos materiais semicondutores utilizados e à energia da junção.
Dependendo da composição, podemos produzir LEDs:
vermelhos;
amarelos;
verdes;
azuis;
infravermelhos
e de outras cores.
Os LEDs brancos normalmente utilizam técnicas adicionais, como um LED azul combinado com material fosfórico para produzir uma luz percebida como branca.
LED produz “luz fria”?
No artigo original, descrevi como uma das vantagens dos LEDs a produção da chamada luz fria, permitindo aplicações em que o aquecimento provocado pela fonte luminosa não é desejado.
Mas vale fazer uma precisão importante.
LED também produz calor.
Ele simplesmente é muito mais eficiente que determinadas tecnologias tradicionais de iluminação porque uma parcela maior da energia pode ser convertida em luz em vez de calor.
Em LEDs de potência, inclusive, o gerenciamento térmico é extremamente importante.
LED possui polaridade
Como estamos trabalhando com um diodo, não podemos simplesmente conectar seus terminais de qualquer maneira.
Um LED convencional possui:
ânodo (A) → lado positivo
cátodo (K) → lado negativo.
No meu artigo original, mostro justamente essa identificação e a simbologia eletrônica do LED.
Como descobrir o positivo e o negativo de um LED?
Em muitos LEDs convencionais de dois terminais existem algumas pistas.
Normalmente:
terminal mais comprido → ânodo (+)
terminal mais curto → cátodo (-).
Outra identificação muito útil está no próprio encapsulamento.
Em muitos LEDs existe uma região achatada, ou chanfro, junto ao cátodo. Essa é justamente uma das maneiras de identificação mostradas no meu texto original.
Mas não confie cegamente nessas regras para qualquer componente. Se houver dúvida, consulte o datasheet ou utilize a função de teste de diodos de um multímetro apropriado.
O símbolo eletrônico do LED
O símbolo do LED é baseado no símbolo de um diodo.
A diferença é que aparecem pequenas setas apontando para fora.
Essas setas representam justamente:
a emissão de luz.
Essa simbologia permite reconhecer rapidamente um LED em um esquema eletrônico.
Posso ligar um LED diretamente em uma bateria?
Aqui chegamos a um dos pontos mais importantes.
Na maioria dos circuitos, não devemos simplesmente conectar um LED convencional diretamente a uma fonte de tensão.
Precisamos limitar sua corrente.
E uma das maneiras mais simples de fazer isso é colocar um:
resistor em série.
No artigo original, mostro justamente o circuito formado por LED e resistor.
Por que o resistor é necessário?
O LED possui uma queda de tensão característica quando está conduzindo.
Depois que entra em condução, uma pequena alteração na tensão pode provocar uma alteração significativa na corrente.
Se não limitarmos essa corrente, ela poderá ultrapassar o valor suportado pelo componente.
O resultado pode ser:
LED queimado.
O resistor limita essa corrente.
O circuito básico
Temos algo extremamente simples:
positivo da fonte → resistor → LED → negativo da fonte.
O resistor pode estar antes ou depois do LED no mesmo ramo em série.
Ele continuará limitando a corrente que passa pelo circuito.
Abaixo podemos ver como é a representação gráfica do LED.
Como calcular o resistor do LED?
Podemos utilizar a Lei de Ohm.
A relação básica é:
V = R × I
Queremos descobrir a resistência:
R = V / I
Mas existe um detalhe.
Precisamos descontar a queda de tensão do LED.
Portanto:
R = (Vfonte − VLED) / ILED
Essa é a relação realmente útil para o nosso circuito.
Exemplo com uma fonte de 12 V
Vamos utilizar um exemplo parecido com o apresentado no artigo original, mas adotando uma corrente mais conservadora para um LED indicador comum.
Imagine:
Fonte = 12 V
LED = 2 V
Corrente desejada = 20 mA
Primeiro precisamos transformar miliampères em ampères:
20 mA = 0,020 A
Aplicamos:
R = (12 − 2) / 0,020
Portanto:
R = 500 Ω.
Como 500 Ω não é necessariamente o valor comercial mais conveniente da série que temos disponível, poderíamos escolher, por exemplo:
510 Ω.
E se eu colocar 1 kΩ?
Vamos calcular aproximadamente:
I = (12 − 2) / 1.000
I = 0,010 A
ou:
10 mA.
O LED provavelmente ficará menos brilhante do que com 20 mA, mas para muitos LEDs modernos 10 mA já produz luminosidade bastante perceptível.
Isso também mostra algo importante:
não precisamos necessariamente operar um LED na corrente máxima especificada.
Quanto maior a corrente, maior o brilho?
Dentro da faixa de operação do componente, aumentar a corrente normalmente aumenta a emissão luminosa.
Mas isso não pode continuar indefinidamente.
Todo LED possui limites.
Ultrapassar sua corrente máxima pode provocar:
aquecimento;
degradação;
redução da vida útil;
queima.
No artigo original, eu já chamava atenção para a existência desse limite e para a necessidade de consultar as especificações do LED utilizado.
Uma correção importante no artigo antigo
Aqui eu faria uma atualização no texto original.
Ele afirma, de forma geral, que LEDs funcionam entre 20 mA e 50 mA e apresenta um cálculo utilizando 50 mA.
Para um artigo atualizado, eu não manteria essa generalização.
Muitos LEDs indicadores convencionais são tipicamente utilizados com correntes menores, frequentemente na região de alguns miliampères até cerca de 20 mA, dependendo do componente.
Existem LEDs projetados para correntes muito maiores, naturalmente.
Portanto, a regra correta é:
consulte o datasheet do LED.
A tensão do LED também não é sempre 2 V
Outro ponto importante.
No exemplo original utilizei aproximadamente 2 V como queda de tensão.
Isso funciona como exemplo para alguns LEDs, especialmente dependendo da cor e do componente.
Mas não é um valor universal.
Podemos encontrar aproximadamente:
LED vermelho → tensão direta relativamente menor
LED azul/branco → tensão direta relativamente maior.
O valor exato depende do LED e da corrente de operação.
Mais uma vez:
datasheet.
Por que a cor influencia a tensão?
A cor da luz está relacionada à energia dos fótons emitidos.
E essa energia está relacionada às propriedades do material semicondutor.
Por isso, diferentes tecnologias de LED apresentam diferentes tensões diretas.
É uma relação interessante entre:
eletrônica + física + luz.
Como descobrir o valor sem datasheet?
Se estivermos apenas experimentando com um LED comum cuja origem desconhecemos, podemos começar de maneira conservadora.
Use:
baixa corrente + resistor relativamente alto.
Depois faça medições.
Um multímetro também pode ajudar a medir a tensão direta durante o funcionamento.
Para um projeto definitivo, entretanto, conhecer a especificação do componente é sempre melhor.
Também precisamos calcular a potência do resistor
Existe outra coisa que muitas vezes esquecemos.
O resistor dissipa potência.
Podemos calcular:
P = I² × R
ou:
P = V × I.
No exemplo de 12 V, LED de 2 V e corrente de 20 mA, o resistor recebe aproximadamente 10 V.
Portanto:
P = 10 × 0,020
P = 0,20 W.
Um resistor de apenas 1/8 W não seria uma escolha adequada.
Um resistor de 1/4 W já estaria muito próximo do valor dissipado e com pouca margem. Na prática, uma potência nominal maior pode ser uma escolha mais confortável conforme as condições do projeto.
Por que o resistor esquenta?
Porque ele transforma parte da energia elétrica em calor.
Quanto maior a potência dissipada, maior pode ser seu aquecimento.
Isso nos lembra de algo importante:
calcular apenas os ohms não é suficiente.
Precisamos considerar também:
watts.
E com uma fonte de 5 V?
Vamos imaginar:
Fonte = 5 V
LED = 2 V
Corrente = 10 mA
Temos:
R = (5 − 2) / 0,010
R = 300 Ω.
Poderíamos então escolher um valor comercial próximo que mantenha a corrente dentro da faixa desejada, como 330 Ω, verificando a aplicação.
Conforme já dissemos observe a polaridade do mesmo ao fazer a ligação. Um dos terminais é chamado de Catodo (K – negativo) e o outro de Anodo (A – positivo). Existem várias formas de identificar a polaridade, uma delas é pelo chanfro. O Catodo (K) possui um chanfro na base do LED.
O resistor deve ser ligado em série com o LED conforme a representação gráfica.
E com Arduino?
Esse é um dos primeiros circuitos que muita gente monta.
Podemos ligar um LED a uma saída digital através de um resistor apropriado.
Então o microcontrolador consegue:
acender;
apagar;
piscar
o LED através de software.
Mas precisamos respeitar tanto a corrente do LED quanto os limites elétricos do pino do microcontrolador.
Não coloque vários LEDs em paralelo usando um único resistor sem analisar o circuito
Imagine:
resistor → três LEDs em paralelo.
Pode parecer uma solução econômica.
O problema é que pequenas diferenças entre os LEDs podem fazer com que a corrente não seja dividida igualmente.
Uma prática muito mais previsível em circuitos simples é utilizar:
um resistor apropriado para cada ramo de LED.
LEDs em série são diferentes
Podemos também conectar LEDs em série, desde que a fonte possua tensão suficiente.
Imagine três LEDs com aproximadamente 2 V cada.
A queda total aproximada será:
2 + 2 + 2 = 6 V.
Com uma fonte de 12 V, restariam aproximadamente:
6 V
sobre o resistor.
Então calculamos o resistor utilizando essa diferença.
Exemplo com três LEDs
Fonte:
12 V
Três LEDs:
2 V + 2 V + 2 V = 6 V
Corrente desejada:
10 mA
Logo:
R = (12 − 6) / 0,010
R = 600 Ω.
Podemos então selecionar um valor comercial adequado próximo, verificando a corrente resultante.
E a bateria CR2032?
No final do meu artigo original sugeri uma pequena experiência utilizando uma bateria CR2032 de 3 V para alimentar LEDs e montar uma pequena lanterna.
É uma experiência interessante, mas existe uma particularidade.
Uma CR2032 possui resistência interna e capacidade de corrente bastante limitadas. Por isso, às vezes vemos um LED ligado diretamente a uma CR2032 em demonstrações simples.
Isso não deve virar a regra de que LEDs podem ser ligados diretamente a qualquer bateria ou fonte.
Uma fonte de bancada de 3 V, por exemplo, pode ter capacidade de fornecer uma corrente muito maior do que uma pequena célula tipo moeda.
Não confunda tensão com corrente disponível
Esse conceito é fundamental.
Duas fontes podem fornecer:
3 V
e se comportar de maneira bastante diferente diante de uma carga.
Uma pequena bateria e uma fonte de bancada podem ter capacidades de corrente e resistências internas completamente diferentes.
Por isso, conhecer apenas a tensão não é suficiente para entender todo o circuito.
LED invertido acende?
Normalmente não.
Como é um diodo, ele bloqueia a corrente quando polarizado inversamente, dentro de seus limites.
Mas existe outro problema:
LEDs comuns geralmente suportam pouca tensão reversa.
No artigo original eu alertava justamente para o cuidado com a polaridade e mencionava que LEDs comuns podem ter limite reverso baixo.
Portanto, não utilize o LED como se fosse um diodo retificador convencional sem verificar suas especificações.
LED não é lâmpada incandescente
Uma lâmpada incandescente tradicional produz luz aquecendo um filamento.
O LED utiliza outro princípio.
Por isso possui características completamente diferentes em relação a:
eficiência;
polaridade;
controle de corrente;
vida útil;
tamanho.
É justamente essa eficiência que ajudou os LEDs a ocupar tantas aplicações de iluminação e sinalização.
LEDs no modelismo
No modelismo, LEDs são extremamente úteis.
Em um aeromodelo podemos utilizá-los como:
luzes de navegação;
luzes de posição;
faróis.
Em um nautimodelo:
luzes de navegação;
iluminação interna;
faróis;
luzes decorativas.
Em automodelos:
faróis;
lanternas;
luzes de freio;
pisca.
Um componente muito simples pode transformar bastante a aparência de um modelo.
Podemos controlar LEDs pelo rádio
E aí o projeto fica ainda mais interessante.
Imagine:
rádio controle → receptor → circuito eletrônico → LEDs.
Podemos ligar e desligar luzes remotamente.
Com eletrônica adicional, podemos criar:
pisca;
farol;
luz de freio;
sequências de iluminação.
Assim, um assunto extremamente básico como LED começa a se conectar com projetos muito mais completos.
LEDs RGB
Existe também o LED RGB.
Dentro de um mesmo encapsulamento temos elementos capazes de produzir:
vermelho (Red);
verde (Green);
azul (Blue).
Controlando a intensidade de cada componente, conseguimos produzir diversas cores percebidas.
É uma ótima experiência para aprender PWM e controle eletrônico.
LEDs endereçáveis
Outra evolução são LEDs que incorporam circuitos de controle e podem ser comandados digitalmente.
Isso permite construir sequências em que cada LED apresenta uma cor diferente.
Podemos fazer:
efeitos luminosos;
indicadores;
painéis;
animações.
É um salto enorme em relação ao pequeno LED com resistor, mas os fundamentos elétricos continuam importantes.
Um LED é uma excelente primeira experiência de eletrônica
Se você nunca montou um circuito, experimente começar com:
bateria/fonte de baixa tensão + resistor + LED.
Antes de ligar, faça o cálculo.
Depois meça com o multímetro:
tensão da fonte;
tensão sobre o LED;
tensão sobre o resistor.
Você perceberá algo interessante:
aproximadamente,
Vfonte = VLED + Vresistor.
De repente, a teoria começa a aparecer fisicamente sobre a bancada.
Depois experimente trocar o resistor
Comece com um resistor maior.
Observe o brilho.
Depois diminua o valor, sempre permanecendo dentro das especificações do LED e do circuito.
Você perceberá que a corrente muda.
E o brilho também.
Essa pequena experiência permite visualizar diretamente a relação entre:
tensão + resistência + corrente.
É justamente por isso que gosto de ensinar LED junto com a Lei de Ohm
No artigo original, depois de apresentar o LED, introduzi os resistores e a Lei de Ohm justamente para chegar ao cálculo do resistor limitador.
Essa sequência continua sendo didaticamente muito boa:
LED
↓
precisamos controlar a corrente
↓
utilizamos resistor
↓
como descobrir o resistor?
↓
Lei de Ohm.
Em vez de aprender a fórmula isoladamente, temos um problema real para resolver.
O pequeno LED ensina muita eletrônica
Um circuito formado por apenas:
1 LED + 1 resistor + 1 fonte
já permite estudar:
tensão;
corrente;
resistência;
potência;
polaridade;
semicondutores;
Lei de Ohm.
É impressionante quanto podemos aprender com dois componentes.
Quer aprender eletrônica através de experiências práticas?
Entender LEDs e resistores é uma das primeiras etapas para deixar de simplesmente conectar componentes e começar a compreender por que o circuito funciona.
Porque decorar que:
“LED precisa de resistor”
é fácil.
Muito mais interessante é conseguir olhar para uma fonte, um LED e suas especificações e calcular sozinho qual resistor deve utilizar.