Usando um resistor variável para escurecer um LED

Minha pergunta é a seguinte: Posso usar um resistor variável para controlar o brilho de um LED?

No início, eu estava pensando em usar um potenciômetro e um MCU para controlar o brilho com o PWM, mas isso seria um pouco mais difícil :). Então, eu poderia conectar o LED diretamente às minhas baterias através de um resistor variável para controlar o brilho?

Teoricamente, sim, você poderia usar uma panela para controlar o brilho de um LED. Na prática, nem tanto.

Para começar, vamos supor que o LED tenha um $V_F$ de 2.0V, um de 20 mA, e nossa fonte de alimentação tem 5v. Se quiséssemos um resistor limitador de corrente padrão, teria que ser de 150 ohms para limitar a corrente a 20 mA. $I_F$

Com uma panela, também queremos um resistor fixo de 150 ohm em série. A razão para isso é que o pote vai cair para 0 ohms e não queremos explodir nada nesse caso. Portanto, ao colocar o resistor de 150 ohms, haverá uma corrente máxima de 20 mA através do LED.

Digamos também que queremos que a corrente do LED diminua para 1 mA. A menos que o pote tenha uma resistência super alta, ele não cairá para 0 mA e 1 mA parece um limite inferior razoável. Para fazer esse trabalho, nosso pote precisa ter cerca de 2K Ohms.

Examinando a matemática, a dissipação máxima de potência no pote é de cerca de 8% e a resistência é de 160 ohms. Nesse caso, a dissipação no pote é de cerca de 0,016 watts - o que é bom para quase todos os potes. Mesmo assim, é um passo importante para garantir que você não estará queimando seu pote.

Mas aqui está o importante: o olho humano tem uma resposta logarítmica ao brilho. Digamos que temos 100% de energia passando pelo LED e queremos diminuí-lo. Ele precisa diminuir para cerca de 50% antes que sintamos isso como razoável. O próximo passo abaixo seria de 25%, etc.

Em outras palavras, se nosso botão foi marcado de 1 a 10, 10 seria 100%, 9 seria 50%, 8 = 25%, 7 = 12%, 6 = 6%, 5 = 3%, etc.

O problema é que um pote padrão não faz exatamente isso. Funcionará e o LED ficará esmaecido. Mas uma grande parte da gama de potes (talvez 50%) será essencialmente inútil, produzindo muito pouca alteração no brilho.

Você pode usar um pote de áudio, que possui uma conicidade logarítmica, mas acho que a parte do registro está na direção errada. (Desculpe, embora eu trabalhe com áudio, não uso potes de conicidade).

Então, sim, você pode usar uma panela. Apenas pode não dar o efeito que você procura.

Sim você pode. David não está errado que, se você tivesse apenas uma resistência variável em série com o resistor, ajustá-lo não pareceria muito linear em relação à percepção de brilho. Mas se você introduzir alguns resistores em paralelo, a imagem muda:

Testei esses valores com um LED vermelho e funciona muito bem. Você pode fazer todas as contas, mas, na verdade, é mais fácil colocá-lo em uma tábua de pão e brincar com os valores até obter a resposta desejada. Isso funciona porque, à medida que a corrente através da combinação paralela de R2 e D1 aumenta, a resistência dinâmica (isto é, a resistência que você descobriria com base na lei de ohm na tensão e corrente observadas em um ponto) de D1 diminui e rouba mais atual longe do R2. Pense neles como resistores paralelos. O relacionamento não é exatamente logarítmico, mas é próximo o suficiente para que ninguém possa dizer com olhos sem ajuda.

Você também pode se sair muito bem apenas conectando o diodo entre o limpador de R1 e o terra e colocando R1 nos trilhos de potência. Efetivamente, metade de R1 se torna R2. O problema aqui é que, na faixa baixa do percurso do pote, a tensão no limpador não é alta o suficiente para acender o LED.

$180\Omega$

Acabei de desenhar um driver de LED de brilho ajustável que usa PWM. Talvez exagere, mas funciona muito bem:

3V está abaixo da especificação do NE555, mas funciona mesmo assim. Escolha uma variante do CMOS 555 para contornar isso ou use mais de 3V.

O interessante desse circuito é que, pelo menos em teoria, é mais eficiente do que acionar um LED através de um resistor. Um resistor converte excesso de tensão em calor, mas, usando um indutor, você pode armazenar energia em uma voltagem e liberá-la em uma voltagem diferente sem (em teoria) nenhuma perda.

É claro que isso é apenas uma prova de conceito, não tão cuidadosamente projetada e quase certamente muito mais complicada do que o necessário, mas achei que seria interessante compartilhar, mesmo que apenas para fins educacionais.