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L.015 Minimizar


El interconexionado de varios LEDs suele tener la fea costumbre de ocasionarnos algún que otro rompedero de cabeza.
Para intentar evitarlo daremos unas cuantas pinceladas sobre este tema, procurando esclarecerlo lo más posible.

En esta ocasión, veremos como interconectar varios LEDs "comunes" en configuración: SERIE, PARALELO y MIXTO.

Es recomendable una lectura previa de la lección: Cálculo de la resistencia limitadora para un LED.

Para estos ejemplos emplearemos valores habituales de los LEDs "comunes", los cuales trabajan con tensiones de 2V y consumen 0,02A (20mA). Cualquier LED "común" de color ROJO, AMARILLO o VERDE tiene unas características similares a estas.
Si deseamos operar con otro tipo de LEDs debemos conocer previamente su voltaje de trabajo y su corriente de consumo y cambiar esos datos en los ejemplos que mostramos.

 

# Conexionado en SERIE:

Partiendo de la fig.A, como comentábamos en la lección Cálculo de la resistencia limitadora para un LED, para el cálculo de dicha resistencia necesitamos:

* saber la tensión de alimentación (9V), la tensión de trabajo del LED (2V) y su consumo (0,02A).

* restamos a la V de alimentación (9V) la V del LED (2V), 9V - 2V = 7V, siendo este resultado (7V) la caída de tensión en R.

* para conocer el valor de R, aplicamos la fórmula  R = V / I ... R = 7V / 0,02A = 350(V -> caída de tensión en R, I -> corriente del LED).

* para conocer la potencia disipada por R, aplicamos la fórmula  P = V * I ...  P = 7V * 0,02A =  0,14W (llegaría con una resistencia de 1/4W).

El resultado para la R del circuito de la fig.A sería: una resistencia de 350 (comercial: 330Ω)  y de 1/4 de vatio.


Pues bien, para el circuito SERIE que tenemos en la fig.B va a ser prácticamente lo mismo. Solo tenemos que sumar las V de los LED (2V + 2V + 2V = 6V), considerar que esos 3 LEDs en SERIE son como un único LED equivalente de 6V - 0,02A y recalcular el circuito.

Para verlo mejor, lo repetimos:

* saber la tensión de alimentación (9V), la tensión de trabajo del LED equivalente (6V) y su consumo (0,02A).

* restamos a la V de alimentación (9V) la V del LED equivalente (6V), 9V - 6V = 3V, siendo este resultado (3V) la caída de tensión en R.

* para conocer el valor de R, aplicamos la fórmula  R = V / I ... R = 3V / 0,02A = 150Ω (V -> caída de tensión en R, I -> corriente del LED eq.).

* para conocer la potencia disipada por R, aplicamos la fórmula  P = V * I ...  P = 3V * 0,02A =  0,06W (llegaría con una resistencia de 1/4W).

El resultado para la R del circuito de la fig.B sería: una resistencia de 150 y de 1/4 de vatio.

 

La fig.C nos muestra el esquema eléctrico de un circuito con 3 LEDs en SERIE.

En un circuito SERIE, la corriente que circula por el mismo (en este caso, por la R y por cada LED) es siempre la misma: IT.

En un circuito con LEDs en SERIE, la suma de las V de todos los LEDs debe ser menor que la V de alimentación. Si no es así, no se encenderán.

En un circuito SERIE, si se avería solo 1 de sus componentes puede hacer que todo el circuito deje de funcionar.

 

Tip 1: En el conexionado de varios LEDs iguales en SERIE, su LED equivalente se calcula así:

Sumando las V de todos los LEDs del circuito y manteniendo la corriente (I) de uno solo de ellos.

 

 

# Conexionado en PARALELO:


Tip 2: En el conexionado de varios LEDs iguales en PARALELO, su LED equivalente se calcula así:

Sumando las I de todos los LEDs del circuito y manteniendo la tensión (V) de uno solo de ellos.

 

En la fig.D tenemos un conexionado de 3 LEDs iguales en PARALELO.

Aplicando el Tip 2 para conocer el LED equivalente, debemos sumar las corrientes (0,02A + 0,02A + 0,02A = 0,06A) y mantener la V de 2V.

Con esto ya podemos proceder al cálculo como si se tratara del conexionado de la fig.A.

* saber la tensión de alimentación (9V), la tensión de trabajo del LED equivalente (2V) y su consumo (0,06A).

* restamos a la V de alimentación (9V) la V del LED equivalente (2V), 9V - 2V = 7V, siendo este resultado (7V) la caída de tensión en R.

* para conocer el valor de R, aplicamos la fórmula  R = V / I ... R = 7V / 0,06A = 117Ω (V -> caída de tensión en R, I -> corriente del LED eq.).

* para conocer la potencia disipada por R, aplicamos la fórmula  P = V * I ...  P = 7V * 0,06A =  0,42W (llegaría con una resistencia de 1/2W).

El resultado para la R del circuito de la fig.D sería: una resistencia de 117 (comercial 120Ω) y de 1/2 de vatio.

 

En un circuito con LEDs en PARALELO, la corriente se divide entre las diferentes ramas como se muestra en el esquema eléctrico de la fig.E.

La corriente que pasa por la R es la total (IT) y su valor es la suma de todas las corrientes ramificadas: IT = i1 + i2 + i3.

 

Una variante de un conexionado de LEDs en PARALELO podemos verlo en el circuito de la fig.F (el Tip 2, no es de aplicación en este circuito).

En este circuito cada LED lleva su propia R. Considerando que los 3 LEDs son iguales, sus R también serán iguales... por lo tanto, con calcular una de ellas es suficiente.

¿Cómo se calcula?
Si te fijas bien, cada rama es un circuito simple de un LED con su resistencia y eso ya hemos visto como calcularlo al principio (fig.A). Con calcular una de las ramas, las demás tendrán exactamente los mismos valores.

Este circuito de la fig.F tiene ventajas respecto al circuito de la fig.E (aunque conlleva más gasto en resistencias).
Al ser cada rama independiente (el LED con su propia R), una vez calculada una de las ramas podemos añadir o quitar ramas iguales sin necesidad de volver a calcularlas ya que, como hemos dicho, todas serán idénticas.

En el circuito de la fig.E, cada vez que se añada o quite un LED es necesario volver a calcular la R.

Además, al ser menor la I que atraviesa cada resistencia (respecto al circuito de la fig.E), también será menor la potencia disipada por dichas R.



 

# Conexionado MIXTO:

Un circuito MIXTO, como se muestra en la figura fig.G y en su esquema eléctrico fig.H, está compuesto por varias ramas (verde, amarillo, rojo, en la fig.H) como un circuito PARALELO pero, además, cada una de sus ramas contiene LEDs en SERIE.

Un circuito con conexionado MIXTO es, entonces, un circuito con partes en SERIE y partes en PARALELO... y de eso ya hemos hablado.

Si todos los LEDs son iguales y cada rama lleva el mismo número de LEDs, todas las ramas serán iguales y, por lo tanto, también sus R.

Si tomamos, p.ej., la rama de color verde vemos que ahí tenemos una R con 3 LEDs en SERIE y eso es un circuito SERIE como el que hemos visto en la fig.B y C ... así que ya sabemos como calcularlo.

Como podemos observar, con circuitos MIXTOS solo es necesario llegar a "verlos" y entenderlos. Su cálculo se hará por partes, aplicando las reglas de un circuito SERIE a las partes que están en SERIE y las de un circuito PARALELO a las partes que están en PARALELO. Trocito a trocito ;-)




En resumen... sabiendo calcular la R para un solo LED y sabiendo como obtener el LED equivalente de un circuito SERIE o PARALELO, el cálculo de las R es siempre el mismo: como el de un circuito simple con un solo LED (ver fig. inferior).

NOTA: cuando se habla de "LEDs iguales", se está haciendo referencia a que todos los LEDs sean de la misma V e I y no a su color, forma, tamaño, etc.

 

Te dejo unos circuitos SERIE/PARALELO para poder simularlos online y hacer cálculos con ellos: Simulación online

 

¿Para qué calcular la R de un LED?

La R de un LED tiene la misión de controlar la corriente (I) que consume el LED. Dicha corriente tiene que dársela la fuente de alimentación.
La forma de calcular esa "R adecuada" es como se comenta en esta lección.

Si, en el circuito, colocamos una R con un valor bastante superior al de la "R adecuada" el LED brillará poco o no se encenderá. En este caso la corriente solicitada a la fuente de alimentación será baja (va a consumir poco el circuito).

Si, en el circuito, colocamos una R con un valor bastante inferior al de la "R adecuada" el LED tenderá a brillar a tope. En este caso la corriente solicitada a la fuente de alimentación será alta (va a consumir mucho el circuito) y necesitará una R de potencia elevada si no queremos que arda.

Como se puede apreciar, la "R adecuada" permite establecer un equilibrio entre el brillo del LED y la corriente que este solicita de la fuente de alimentación. Hará que el LED brille lo suficiente sin consumir una corriente elevada.

En el circuito para simular que se adjunta podéis comprobar este efecto utilizando distintos valores de R y observando lo que pasa con la corriente.

El simulador de circuitos no utiliza para los LED exactamente los mismos valores que usamos aquí (2V y 0,02A) pero se aproximan bastante a ellos. Por lo tanto, si pruebas a simular los circuitos aquí mostrados, verás que los resultados no serán idénticos pero si bastante aproximados.

 

¿Mejor en SERIE o en PARALELO?

Depende, básicamente, de la fuente que alimenta el circuito.

Considerando 2 circuitos, uno en SERIE y otro en PARALELO, que utilizan los mismos componentes (un mismo nº de LEDs iguales y su “R adecuada”), la cosa sería así:

La luminosidad será la misma en ambos. Los 2 circuitos harán brillar los LEDs por igual.

El circuito SERIE tendrá un menor consumo que el PARALELO, sin embargo, el n.º de LEDs que se pueden utilizar está limitado por la tensión (V) de la fuente de alimentación.
Además, si un LED se abre (por avería) todo el circuito dejará de funcionar.

El circuito PARALELO tendrá un mayor consumo que el SERIE, pero el nº de LEDs que se pueden utilizar estará limitado por la corriente (I) que pueda suministrar la fuente de alimentación.
En este circuito, si un LED se abre (por avería) el resto del circuito seguirá funcionando.


Vamos a tomar como ejemplo el circuito SERIE de la fig.B o C y el circuito PARALELO de la fig.D o E (ambos llevan los mismos componentes).

El circuito SERIE tiene un consumo de corriente de 0,02A (la misma I que pasa por la “R adecuada”).

El circuito PARALELO tiene un consumo de corriente de 0,06A (la misma I que pasa por la “R adecuada”).

Por lo tanto, se aprecia que el circuito SERIE tiene un menor consumo de corriente que el PARALELO.

A ese circuito SERIE podemos ponerle un máximo de 4 LEDs (4*2V=8V), con 5 LEDs (5*2V=10V) superaríamos la V de la fuente, que es de 9V, y no se encenderían.

A ese circuito PARALELO podemos ponerle los LEDs que queramos (solo necesitarán una V de alimentación por encima de los 2V), pero no podemos poner un nº infinito de ellos. A mayor nº de LEDs mayor consumo de corriente (mayor I).
Como las fuentes de alimentación tienen sus límites, no podemos sacarles más corriente de la que pueden suministrar (y esta limitación, ojo, también afecta a los circuitos SERIE, pero en menor medida dado su menor consumo).   



Si el número de LEDs que deseamos interconectar es elevado, lo más recomendable será hacer un circuito tipo MIXTO, así podemos aprovechar las ventajas de ambos circuitos y superar sus limitaciones.

 

# TRUCOS #

 

Una vez calculada la R de un circuito simple (o con el "LED equivalente" en un circuito SERIE o PARALELO), ya sabemos cual debe ser su valor en Ohms (Ω) y su potencia (P) en vatios.

Para el valor en Ohms deberemos buscar el valor comercial más próximo al valor calculado. Dicha resistencia debe ser de una potencia igual o superior a la calculada, nunca inferior, si no queremos que esta se queme en poco tiempo.

En ocasiones, no es fácil disponer de una resistencia que soporte tal potencia y tendremos que resolver la papeleta con otras soluciones.

En el circuito C.1 de la figura superior podemos ver que la R está conectada a la entrada de la corriente (al “+”) y que en el circuito C.2 está conectada a su salida (al “-”). Esta disposición de la R es válida en ambos circuitos, por lo tanto, podemos decir que son iguales eléctricamente.

En el circuito C.3 se emplean 2 resistencias iguales de la mitad del valor de R (1/2R) que están puestas en serie, por lo tanto, su valor equivale a la suma de ambas, o sea, a R.
Esta disposición nos ofrece una ventaja respecto a la potencia (P) … que la potencia total (la de R) se divide entre 2, esto quiere decir que, cada una de las resistencias llega con que sea de la mitad de la potencia calculada para R (1/2P) y, por tanto, quizás más fácil de conseguir.

Podríamos hacerlo con 3 resistencias, entonces todo se dividiría por 3 … o con cualquier otro n.º de resistencias.
Este circuito también es igual eléctricamente a los anteriores.

Otra variante es la que muestra el circuito C.4. En este circuito las 2 resistencias están puestas en paralelo.
Dos resistencias iguales en paralelo equivalen a una sóla de la mitad del valor de una de ellas, así que, si ponemos 2 resistencias del doble valor de R (2R), su equivalente será igual a R.
Esta disposición, al igual que el circuito anterior, hace que la potencia a disipar por las resistencias sea de la mitad de la potencia calculada para R.

Igualmente podríamos hacerlo con 3 o más resistencias.
Este circuito es, eléctricamente, igual a los anteriores, por lo tanto, los 4 circuitos son iguales.

 


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