Resistencia interna de un diodo.

Bienvenidos a una nueva entrada de este blog de electrónica. En esta entrada aprenderás a calcular la resistencia limitadora de un diodo LED y los efectos que pasan cuando circula corriente por su interior.

¿Por qué limitar la corriente en un LED?

Esta pregunta siempre ha dado que hablar. Si alguna vez has trabajado con diodos rectificadores u otro tipo de diodos te habrás dado cuenta que a esos diodos no les hace falta limitar su corriente con una resistencia. Tienen la suficiente potencia como para adaptar su impedancia de entrada y producir un flujo de corriente constante a la salida sin que se produzca una rotura.

Pues bien, un diodo LED está formado por una serie de compuestos adicionales como el Galio, el Fósforo, Indio o el Arsénico aparte del Silicio y componentes portadores, que producen la luminosidad y el color específico cuando atraviesa corriente por su interior. Pero también la bloquean cuando la corriente que se aplica al diodo es inversa, por lo que un diodo LED tiene el mismo funcionamiento que un diodo normal, bloquea la corriente en un sentido y la permite circular en el otro.

Al estar formado por elementos metaloides, metales y no metales en una composición química calculada, al circular la corriente eléctrica polarizada correctamente en el diodo, dicha corriente excita a los electrones que, al atravesar la unión PN hará que la mayoría escapen de la unión en forma de fotones.

Pero si la corriente es muy elevada, la gran excitación de los electrones calientan la unión PN (pues los fotones tienen asociado una energía en forma de calor), llegando un punto máximo en el cual la unión se desestabiliza y se destruye por el calor generado por los fotones.

Por eso es muy importante limitar la corriente que circula por los LED.

Colores bonitos.

Los diodos LED disponen de un montón de colores gracias a la mezcla de los elementos químicos de los que se componen. En la siguiente tabla puedes ver los más comunes.

El fenómeno de emisión de luz está basado en la teoría de las bandas, en las cuales los electrones excitados atraviesan las bandas PN del diodo. En su paso, cada material de los diferentes LEDs, los fotones que escapan de la unión, se materializan en ciertas frecuencias energéticas dependiendo de su composición.

Por eso puedes ver que los colores LEDs dependerán de su longitud de onda y el material de que está compuesto.

¿Qué valor usar para limitar la corriente?

Para saber qué valor máximo limita qué LED, tenemos que ir al datasheet de dicho LED. Por ejemplo el LED rojo de 5mm habitual, su datasheet sería el siguiente:

En donde tendríamos que fijarnos en la corriente directa de continua (DC Forward Current), que nos indica el máximo valor de corriente que deberá atravesar el LED. También tienes la corriente de pulso (Pulse Forward Current), que es la máxima corriente en pulso (un pico de corriente instantáneo) que puede soportar en un breve espacio de tiempo.

En la hoja de características del LED puedes ver también la tensión inversa de pico permitida, la luminosidad en mili candelas ha cierta intensidad, o la potencia disipada.

Una norma fundamental de los circuitos con diodos LED es que tendrán una resistencia limitadora que limite la corriente por el interior del LED. Y si es verdad que cada diodo LED, dependiendo de su color, tendrá una corriente directa continua diferente que otro de otro color, ya que el material fabricado es diferente y los niveles de ionización son diferentes. Pero como norma general nunca se hará que por un diodo LED circulen más de 25mA de corriente.

Como bien has visto, con 25mA está dentro del rango de trabajo y ha esa intensidad la luminosidad del LED es lo suficiente energético como para verse completamente sin poner en riesgos la estructura interna.

Cálculo de la resistencia.

Ahora si, ya ha llegado el momento que esperabas. Esto es sencillo de calcular pues solo tienes que aplicar la ley de Ohm. Supón el siguiente circuito:

Tienes una pila de 9V conectado a un diodo LED directamente. La intensidad de corriente que circulará por el diodo estará limitada por la resistencia interna del diodo que, como suele ser baja, hará que el diodo se abra (rompa) en pocos segundos.

Si ponemos un amperímetro y voltímetros para medir la corriente y caída de tensión en el diodo, podrás calcular que la resistencia interna en el diodo es de 113,13Ω, lo que hará que caiga la gran mayoría de tensión de la fuente en el LED, llevándole al desastre en pocos segundos. ¿Sabes por qué?

En la tabla anterior del datasheet puedes ver las características óptimas eléctricas en donde se muestra la tensión máxima que puede soportar y que en este caso es de 10,8V. La fuente del circuito es de 9V, por lo que el diodo LED podría conectarse directamente en paralelo a la fuente. El problema está en la corriente.

Como ves en el circuito anterior, la corriente de 80mA circula directamente por el LED. Y he indicado que la máxima corriente por el LED de trabajo habitual son de 30mA tal como indica el datasheet. Como la tensión o la corriente no están balanceadas, el diodo se destruirá. Puedes calcular la corriente del circuito de dos formas:

Teniendo en cuenta la resistencia interna del diodo.
Calculando la corriente en base a la resistencia limitadora.

Yo prefiero usar el segundo método ya que la resistencia interna del diodo LED variará de acuerdo al estado de las cargas y, aunque te puedes hacer una idea aproximada y calcular un valor cercano es mejor usar el valor de la resistencia limitadora ya que te asegurarás de que caiga la gran mayoría de tensión en dicha resistencia y además, limites la corriente.

Así que en el ejemplo anterior, si tenemos una tensión de 9V y queremos limitar la corriente por el circuito a 25mA, necesitaremos una resistencia de:

Como ves en el siguiente circuito, la resistencia de 360Ω limita la corriente a 17,6mA y no ha 25mA como lo hemos calculado. Esto es porque no hemos tenido en cuenta la resistencia interna del diodo LED y por eso me gusta usar esta forma de calcular la intensidad por el circuito, porque al utilizar valores óptimos de corriente directa, como no tienes en cuenta la resistencia interna del LED, te aseguras que la corriente final sea una corriente segura para el LED.

Aún así, si quisieras tener en cuenta la resistencia del LED, tendrías que tener en cuenta el tipo de LED, la caída de tensión óptima que tendría, la longitud de onda y la luminosidad según la tabla del comienzo de esta entrada. Una regla fundamental es que a mayor intensidad de corriente por el interior del LED, menor será la resistencia interna del mismo (se adapta la impedancia hasta cierto valor de saturación), tras lo cual la intensidad empieza a disminuir porque se está desmoronando la unión PN del diodo por exceso de calor.

Espero que te haya servido esta entrada y no olvides compartir y consultar este blog para más información. Saludos.