Quedas de tensão e corrente para LED?

Criei o seguinte circuito em uma placa de ensaio e usei a fonte Arduino Uno 3.3V para a fonte de alimentação:

               330 ohms         .......
 ------------------^^^^---------| LED |-----
 |                              ```````    |
 |                                         |
(3.3V)                                     |
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É mencionado no site do Arduino que o pino de 3,3V possui uma corrente de 0,05A. De acordo com a KVL, isso nos daria 3,3V - (330 Ohms * 0,05A) - Queda de tensão no LED = 0

De acordo com a equação, a queda de tensão no LED será negativa e, portanto, o LED NÃO deve acender. No entanto, na placa de ensaio o LED acende ... POR QUE? Isso vai completamente contra a teoria básica ... isso é normal? ou isso só é possível porque cometi um erro em algum lugar? = O

O problema é que você ainda não entendeu a teoria básica correta a aplicar :-).

No entanto - parabéns por tentar resolver isso sozinho. Continue assim e em breve você se familiarizará com como calculá-lo corretamente.

A tensão, a corrente e a resistência podem ser modeladas razoavelmente bem por uma analogia da água. A tensão é semelhante à pressão de bombeamento ou pressão "principal" em um reservatório, a corrente é semelhante ao fluxo de corrente e a resistência é semelhante à resistência do tubo ao fluxo de água ou à resistência ao fluxo oferecida por um motor hidráulico.

Portanto, o "erro" do seu modelo está assumindo que a classificação atual do Arduino foi o que motivou o que aconteceu, quando o que importa é a tensão ou pressão de bombeamento.

Se o circuito 3V3 do Arduino tiver uma classificação de 50 mA, essa é a corrente máxima que deve ser permitida fluir , e não a quantidade de corrente que deve fluir.

Usando seu diagrama de circuito de arte ASCII:

               330 ohms         .......
 ------------------^^^^---------| LED |-----
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(3.3V)                                     |
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A equação chave aqui (um arranjo da lei de Ohm) é

• I = V / R

Isso indica que a corrente aumentará com o aumento da tensão aplicada e diminuirá com o aumento da resistência. Há um fator extra aqui, apenas para tornar as coisas mais interessantes. Os LEDs agem aproximadamente como um "dissipador" de tensão constante. Ou seja, à medida que a corrente aumenta acima de algum limite inicial, a tensão não aumenta linearmente com a corrente - ela aumenta, mas a uma taxa menor que a taxa de aumento atual.

Reorganizando essa equação que você obtém

• R = V / I

Isso permite calcular o valor do resistor necessário para obter uma determinada corrente com uma determinada tensão disponível. Antes que possamos aplicá-lo, existe uma "pegadinha" que precisamos entender.

Quando operados em suas faixas de corrente de projeto, a maioria dos LEDs tem uma faixa razoavelmente limitada de quedas de tensão. Um LED branco moderno pode começar a emitir luz visivelmente com cerca de 2,8V de "queda" no LED, ter uma queda de, digamos, 3V3 (= 3,3 Volts) a 20 mA (que normalmente é a corrente máxima de operação do projeto para LEDs com chumbo de 3 e 5 mm) ,) e queime o excesso de corrente, digamos 3V8, através do LED. Os números típicos variam, mas isso dá uma idéia. Um LED vermelho moderno pode ter uma queda de tensão direta quando operado na corrente nominal de 2,5 V e um LED infravermelho pode operar em 1,8V típico. Ao calcular a corrente do LED, você pode começar usando a queda de tensão direta típica da folha de dados do LED.

LED vermelho típico

Aqui está a folha de dados para um típico LED vermelho moderno . É um Kingbright WP7113ID. Eu o escolhi encontrando o LED com chumbo de 5 mm mais barato em estoque vendido pela Digikey. Nos anos 1, são 11 centavos de dólar nos EUA.

A folha de dados diz que a voltagem direta é tipicamente de 2,0V a 20 mA, então usarei essa figura.

Operação a 20 mA

Como o LED possui uma tensão aproximadamente constante, precisamos subtrair essa tensão da tensão disponível que "bombeará" a corrente através do resistor. Projetaremos o circuito para fornecer 20 mA - o valor máximo avaliado dos LEDs. Assim, nossa fórmula anterior se torna.

• R = (fornecimento V - V_LED) / I

Para V_LED = 2v0 e Vsupply = 3V3, obtemos

• R = (3,3 - 2,0) / 0,020 = 1,3 / 0,02 = 65 ohms.

68 Ohms é o valor mais próximo do resistor "E12" *.

A queda de tensão no resistor = 3,3 - 2,0 = 1,3V - como acima. A folha de dados diz que o Vf do LEd PODE ser tanto quanto 2V5 a 20 mA. Vamos ver o que aconteceria se usássemos um LED com Vf = 2,5V a 20 mA.

Como acima, I = V / R = (Vsupply-VLED) / R

Aqui agora usamos I = (3.3-2.5) / 68 = 0.8 / 68 = 0.00176A ~ = 12 mA.

Então, projetamos para 20 mA, mas temos cerca de 12 mA neste caso. Da mesma forma, se o Vf do LED tivesse sido inferior a 2,0V a 20 mA (como pode acontecer), a corrente teria sido superior a 20 mA. Em geral, a corrente do LED pode variar> 2: 1 devido a variações de produção no Vf dos LEDs. Esta é a razão pela qual o design "real" da unidade de LED usa fontes de corrente constante ou circuitos que se aproximam de uma fonte de corrente constante. Mas isso é outra história.

Operação com resistor de 330 ohm

Para o seu resistor 330R.

Com LED Vf = 2V0. I_LED = V / R = (3,3-2V) / 330 = ~ 4 mA

Com LED Vf = 2V5. I_LED = V / R = (3,3-2,5V) / 330 = ~ 2,4 mA

A folha de dados não diz o que é mínimo Vf - apenas típico e máximo - mas vamos supor que seja 1,8V.

I_LED = V / R = (3,3-1,8) / 330 = 4,5 mA

Portanto, a corrente do LED pode variar de 2,4 mA a 4 mA = uma proporção de 1: 1,666, dependendo do LED Vf.

MAS o Vf na folha de dados estava em 20 mA. À medida que a corrente cai, Vf cairá "um pouco". Aqui estão as características do LED escolhido em sua folha de dados.

Podemos ver que Vf é de cerca de 1,7V a 2 mA e de 1,78V a 4 mA, portanto o valor assumido de 1,8V é bom o suficiente para nossos propósitos.

• E12 - série de resistores mais comuns com precisão de 5% - 12 resistores por década.

Série de números preferidos - pesquise E12 e leia o resto também :-)

Específico E12 - valores e códigos de cores - mais focado, mas menos útil em geral

Você precisa começar com a queda de tensão do LED. É isso que determina a corrente, e não o contrário. O motivo é que a tensão do LED é mais ou menos fixa, enquanto a corrente será variável e se adaptará às demandas do circuito.
KVL é realmente o que você precisa. Se a queda de tensão do LED for de 2V, a tensão do resistor será de 3,3V - 2V = 1,3V e, portanto, a corrente no circuito

$I = \dfrac{1.3V}{330\Omega} = 4mA$

Portanto, se a queda de tensão sobre o resistor for muito grande, ele se ajustará automaticamente para um valor mais baixo, diminuindo a corrente.

Nota: O 50mA é o que o pino pode fornecer. O que ele entrega na realidade depende do que é solicitado pelo circuito, e isso não deve ser maior. E, no nosso caso, é muito menor, então tudo bem.

Na maioria das situações, o cálculo acima, que supõe uma queda de tensão fixa no LED, é suficiente, mas às vezes você deseja uma resposta mais exata, que leve em consideração a tensão direta variável. Na maioria das vezes, você não terá uma equação para corrente versus tensão direta, mas apenas um gráfico. Isso significa que você não pode resolvê-lo analiticamente. Veremos que é fácil resolver graficamente.

$\Omega$$\dfrac{3V}{100\Omega}$
$\dfrac{3V - 2V}{100\Omega}$

Veja também esta pergunta para descobrir como calcular o valor do resistor.

Duas possibilidades:

• a classificação atual é o que o dispositivo de fornecimento é capaz de lidar sem danos / superaquecimento, mas não é algo que é necessário tomar medidas para se limitar a

• a queda de tensão no LED é maior do que você pensa, portanto, a queda de tensão no resistor e a corrente através dele é menor que 50 ma. Uma folha de dados aleatória de LED que acabei de descobrir listou uma voltagem direta de 1,85v - que lhe daria uma queda de 1,45v no resistor e uma corrente de 44 ma (o que é o dobro do recomendado para o LED que escolhi - você pode considerar um resistor maior - os antigos kits de rádio shack usariam 680 ohms com uma bateria de 3V)

Se você possui um voltímetro (ou talvez a entrada analógica do arduino), pode medir a tensão do nó entre o resistor e o LED e determinar as respectivas quedas no resistor e no LED e, portanto, a corrente da queda na resistência conhecida .

A resposta curta:

A corrente não será 0,05A, simplesmente porque a especificação do suprimento indica 0,05A; quando uma especificação de fonte de alimentação fornece uma corrente, é exatamente o máximo que você deve tentar tirar dela. O que você realmente obtém pela corrente depende da carga.

Dito isto, você pode obter respostas quantitativas para este caso em particular a partir de alguns dos bons gráficos que foram fornecidos nas outras respostas.