Fiquei pensando por um longo tempo por que, em esquemas que usam LEDs para iluminação, é muito comum colocar um resistor junto com o LED e, finalmente, parece que a resposta nesta pergunta explica o porquê. (É a maneira mais fácil de controlar a corrente através do LED he impedir que o LED se queime.)

Mas ainda assim, isso não é um grande problema? Esses resistores não gastam muita energia e não há realmente outra solução prática?

UPD: Uma atualização razoável para a pergunta, dada todas as boas respostas que recebi, é talvez fornecer alguns números para mostrar quanta energia é perdida no calor dos resistores em uma aplicação de iluminação típica? (A maioria das respostas diz que a perda de energia é tão pequena que não importa. Eu acho que seria bom se alguém conseguisse os números reais para solidificar essa resposta, então eu poderia aceitar essa resposta e mantê-la no topo para o futuro pessoas interessadas.)

Sim, desperdiça energia, mas na maioria das vezes não é energia suficiente para importar.

Nos casos em que a eficiência é importante, você usa outros meios mais complicados. Por exemplo, dê uma olhada no esquema do meu projeto de exemplo KnurdLight . Isso funciona com bateria e quase toda a energia está sendo usada nos LEDs. Neste caso, usei um conversor de impulso que regulava diretamente a corrente do LED em vez de uma fonte de alimentação normal que regula a tensão. Não existe um resistor em série para fazer uma fonte de tensão fixa parecer pelo menos parcialmente uma fonte de corrente, porque a fonte de alimentação é uma fonte de corrente em primeiro lugar. O R6 está em série com a sequência de LEDs, mas tem apenas 30 Ω e serve para detectar a corrente, para que o conversor de impulso possa regulá-la.

Por que resistores?

A razão pela qual usamos resistores para definir a corrente do LED é que um LED é um diodo e, como a maioria dos diodos, apenas parece uma queda de tensão quando polarizado para a frente. Há muito pouco para controlar a corrente se conectado a uma fonte de tensão; a inclinação do gráfico V / I é tão acentuada que uma alteração de 0,1 V na tensão do diodo pode significar uma alteração de 10X na corrente. Portanto, uma conexão direta a uma fonte sem um mecanismo de limitação de corrente viável provavelmente destruirá o LED. Então, colocamos um resistor lá para tornar a inclinação rasa o suficiente para controlar a corrente.

Normalmente, você descobre quanta corrente deseja no LED com base em algumas medições de brilho da folha de dados ou compra uma e adivinha. Para LEDs indicadores típicos, começo com 2 mA para LEDs normais ou 0,5 mA para LEDs de alta eficiência e geralmente preciso reduzir ainda mais a corrente.

Depois de escolher uma corrente, você obtém a tensão da sua fonte (VS) e a tensão direta do LED na sua corrente (VF), tente obter isso no gráfico da folha de dados e não na tabela, que normalmente é caracterizada como 10 mA ou mais) e conecte-os à seguinte equação para obter sua resistência:

R = (VS - VF) / I

Derivação: Dado que a queda de tensão no resistor é VR = I * R(Lei de Ohm), que a corrente no circuito é constante (Lei de Correntes de Kirchoff) e que a tensão da fonte é igual a VF + VR(Lei de Tensão de Kirchoff):

VS = VF + VR = VF + I * R; VS - VF = I * R; R = (VS - VF) / I

LEDs de alta potência

Para aplicações em que o desperdício de energia é um problema, como em aplicações de iluminação em larga escala, você não usa um resistor, mas usa um regulador de corrente para definir a corrente do LED.

Esses reguladores de corrente funcionam como comutadores de tensão, exceto que, em vez de dividir a tensão de saída e comparar com uma referência e ajustar a saída, eles usam um elemento sensor de corrente (transformador de detecção de corrente ou resistor de baixo valor) para gerar a tensão que é comparado com a referência. Isso pode lhe proporcionar muita eficiência, dependendo da perda do elemento de comutação e da frequência de comutação. (As frequências mais altas reagem mais rapidamente e usam componentes menores, mas são menos eficientes.)

Quando um LED é acionado com um resistor, é necessário que a tensão de alimentação seja maior que a queda direta do LED; a corrente consumida no fornecimento será igual à corrente através do LED. A porcentagem de energia fornecida ao LED corresponderá à razão entre a tensão direta do LED e a tensão de alimentação.

Existem outras maneiras de acionar os LEDs que funcionarão com tensões de alimentação abaixo da queda direta do LED ou que consumirão menos corrente do suprimento do que as que passam pelo LED. Tais técnicas podem, por exemplo, reduzir pela metade a corrente extraída de uma fonte de 5 volts para alimentar 20 mA através de um LED de 2 volts, mas o circuito necessário quase certamente será mais caro que um resistor. Em muitas situações, mesmo usando baterias, a energia consumida por um LED representará uma pequena fração do uso geral de energia; mesmo que se pudesse reduzir o consumo de energia relacionado ao LED em 99% usando apenas US $ 0,05 em circuitos extras, as economias não valeriam o custo quando comparadas com o simples uso de um resistor e a aceitação da eficiência abaixo do ideal.

Você queria um cálculo. Aqui está a forma básica do cálculo.

Um LED vermelho típico tem uma queda de tensão direta de 1.8 V, e uma corrente contínua máxima de aproximadamente 20 mA.

Agora, qual é a nossa voltagem? Digamos que queremos usar uma fonte de 3 V.

Portanto, teremos uma queda de tensão 3.0 V - 1.8 V = 1.2 Vacima do nosso resistor. A corrente através do resistor será 20 mA, então nossa potência é 1.2 V * 20 mA = 24 mW. Isso não é realmente muita energia, embora seja uma fração significativa do consumo de energia do LED. O próprio LED usa1.8V * 20mA = 36 mW.

Sim, desperdiça energia. Por outro lado, na produção em volume, um resistor custa uma fração de um centavo (US $ 0,01 para o nosso pessoal internacional). Quando a análise de custo / benefício / dificuldade é feita, um resistor simples começa a parecer realmente bom.

A energia desperdiçada geralmente é muito pequena (dezenas de miliwatts) se você estiver dirigindo o LED com 5 V ou uma voltagem igualmente pequena.

Claro, é um problema nos sistemas em que você possui baterias de capacidade limitada, mas outros esquemas (como drivers de LED usando PWM ) são usados.

Sim e não. Quando a corrente passa pelo resistor, gera calor e, portanto, desperdiça energia. No entanto, se você retirasse o resistor (e, portanto, dirigisse o LED a uma voltagem mais alta), estaria dirigindo mais corrente pelo circuito e, assim, queimando mais energia do que com o resistor no lugar.

Lembre-se de que, com tensão constante, a corrente é inversamente proporcional à resistência. Quanto mais resistência você alinha no circuito, menos corrente você passa e, portanto, menos energia você consome. Assim, enquanto o próprio resistor desempenha um papel na geração de calor no circuito, sua presença ali significa realmente que menos calor será gerado no geral.

Eu faço teste matemático. Eu uso fonte de 12V e conecto 3 diodos Led com resistores. Esse diodo com Resistor tem 12V, o próximo diodo com Resistor I liga também a 12V e o último também. Na fonte eu tenho 60mA. O resistor tem queda de tensão de 9V e o consumo de energia foi de 540mW total. Independentemente de P = V * II, obtém algo de 720mW total na fonte.

Mas quando eu conecto diodos na string e adiciono ao Resistor, o consumo total de energia era de apenas 240mW na fonte. Eu uso diodos 3V 20mA.

Sims, o que é melhor é usar a fonte de tensão o mais baixa possível, para ter consumo de energia apenas lá onde queremos. Ou use uma série de diodos de led para maior voltagem. É por isso que temos no computador tantas saídas com tensões diferentes do transformador.

Ou outra ideia. Temos fonte de 9V, e eu conecto um diodo de 3V e preciso usar o Resistor para reduzir a tensão. A potência total será de 180mW Onde o diodo levará apenas 60mW Mas quando eu conecto os diodos da cadeia de caracteres 3d, ainda tenho 180mW .

Parece que é melhor usar string em vez de conectar cada uma à fonte.

Não há como evitar a perda de energia apenas com um circuito CC ativo passivo ou linear. O motivo é que a eficiência é determinada por duas coisas:

1. A tensão de alimentação
2. A corrente de LED

Não importa o que você coloca entre o LED e o suprimento. Pode ser um resistor, alguns diodos, um regulador linear ou uma fonte de corrente baseada em transistor. Se o LED precisar de 10 mA para o brilho desejado e você tiver uma fonte de 5 V, estará queimando 50 mW no total. Período.

Com uma tensão de alimentação fixa e uma corrente fixa de LED, sua única opção para aumentar a eficiência é colocar vários LEDs em série. Se você possui uma fonte de 5 V e a queda de tensão dos LEDs é de 2 V a 10 mA, você pode colocar duas em série. Isso vem com uma limitação - você não poderá alternar os LEDs independentemente.

Se você tem controle sobre a fonte de alimentação, há outras coisas que você pode fazer. Se as tensões de sua fonte forem derivadas de uma fonte CA, você poderá adicionar um enrolamento ao transformador para criar uma fonte de LED de baixa tensão. Se você tiver apenas uma fonte CC, poderá usar um conversor de comutação para gerar uma tensão mais baixa. No entanto, nenhum deles é terrivelmente prático. Se você estiver ficando sem energia CA, provavelmente não estará preocupado com a eficiência de algumas luzes indicadoras. E os reguladores de comutação de alta eficiência são caros e propensos a problemas.

Os LEDs normalmente consomem apenas uma pequena fração da corrente total de um sistema. Raramente vale a pena o esforço ou a despesa de adicionar uma fonte de alimentação separada apenas para eles.

Não pense em um resistor como um dissipador de energia que desvia eletricidade (corrente). Alguma energia é perdida na forma de calor, sim, mas não muito (em geral). Usando a analogia da água, pense no resistor como fazendo a mangueira pela qual a corrente flui menor. Dada a mesma força inicial (tensão), a quantidade de eletricidade que pode fluir (corrente) é reduzida. isso reduz a força disponível na extremidade de saída da mangueira (conhecida como queda de tensão).