Guia de LEDs: tipos, cores, tensões e como calcular o resistor

Todo técnico já queimou um LED por pressa. Liga direto na fonte de bancada só para "ver se acende", vem o flash bonito e depois o silêncio permanente. O LED é um dos componentes mais simples que existem e, ao mesmo tempo, um dos que mais geram dúvida na hora de calcular: por que o azul precisa de mais tensão que o vermelho? Dá para trocar um amarelo por um branco no mesmo circuito? Qual resistor usar em 12 V? Por que a fita LED reparada às pressas queima de novo em uma semana?

Este guia responde essas perguntas com tabelas de consulta direta — tensão e corrente por cor, encapsulamentos comparados, valores de resistor prontos para 3,3 V, 5 V, 9 V, 12 V e 24 V — e explica o pouco de física que você precisa saber para não depender de tabela nenhuma. No final há um roteiro de diagnóstico de bancada e o guia completo em PDF para download.

1. Por que a cor determina a tensão

O LED (Light Emitting Diode) é, antes de tudo, um diodo: conduz em um sentido e bloqueia no outro. A diferença em relação ao diodo retificador comum está no material do cristal semicondutor. Enquanto o silício devolve a energia da recombinação elétron-lacuna quase toda em forma de calor, os compostos usados nos LEDs — arseneto de gálio, fosfeto de alumínio-índio-gálio, nitreto de índio-gálio — devolvem essa energia como fóton, isto é, como luz.

A consequência prática mais importante é que a cor e a tensão direta nascem juntas, do mesmo fenômeno físico. A energia do fóton é inversamente proporcional ao comprimento de onda: quanto mais azul a luz, mais energia por fóton e, portanto, maior a barreira de potencial que o elétron precisa vencer. Por isso um LED vermelho acende com 1,8 V enquanto um azul precisa de 3,2 V — não é escolha do fabricante, é física do material.

Esse mesmo raciocínio explica uma curiosidade que confunde muita gente: o LED branco tem exatamente a mesma tensão do azul. Ele é um LED azul, com uma camada de fósforo amarelo depositada sobre o chip. O fósforo converte parte da luz azul em amarelo, e a mistura dos dois chega ao olho como branco. Quando um LED branco "amarela" com o tempo, o que envelheceu foi essa camada de fósforo, normalmente por excesso de corrente.

fig-espectro-led.png — alt: "Espectro visível com a posição de cada cor de LED, do UV-A ao infravermelho"

O LED não é um resistor

A segunda consequência é igualmente prática. A curva característica do LED é exponencial: abaixo da tensão de joelho praticamente não passa corrente, e alguns décimos de volt acima dela a corrente dispara. Um acréscimo de 0,1 V pode dobrar a corrente.

Isso significa que ligar um LED direto na fonte, sem limitação, entrega a ele toda a corrente que a fonte for capaz de fornecer. Todo circuito com LED precisa, obrigatoriamente, de um elemento limitador: um resistor, nos casos simples, ou um driver de corrente constante, nos LEDs de potência. Em LED se controla corrente, nunca tensão.

2. Como identificar a polaridade — três métodos

O encapsulamento DIP de 5 mm continua sendo a referência de bancada. Dentro da cápsula de epóxi há um refletor cônico (a cup) onde o chip fica assentado, um fio de ouro finíssimo (bond wire) ligando o topo do chip ao terminal oposto, e a lente de epóxi, que define o ângulo de emissão — de 15° nos LEDs de foco estreito a 120° nos difusos.

Vale conhecer as três formas de identificar a polaridade, porque em componente usado ou com as pernas já cortadas nem sempre a primeira funciona:

• Perna mais longa = ânodo (+). O método rápido, e o primeiro a se perder quando alguém corta os terminais.

• Lado chanfrado da cápsula = cátodo (−). A marcação que sobrevive ao corte das pernas.

• Olhar contra a luz. O método infalível: a peça metálica maior, o refletor onde o chip está apoiado, é o cátodo.

No teste com multímetro na escala de diodo, a ponta vermelha no ânodo faz o LED acender fracamente e mostra a tensão direta no visor — um LED bom exibe algo entre 1,6 V e 3,2 V, conforme a cor.

3. LEDs indicadores por cor — tensão e corrente

A tabela reúne os LEDs de indicação mais comuns nos encapsulamentos DIP de 3 mm e 5 mm, que são os que se encontram em qualquer gaveta de bancada. Os valores de tensão direta são faixas típicas a 20 mA e temperatura ambiente. Peças do mesmo lote variam entre si, e peças de fabricantes diferentes variam ainda mais: sempre que o projeto for série ou envolver muitas unidades, meça uma amostra em vez de confiar na tabela.

fig-tensao-por-cor.png — alt: "Gráfico de tensão direta por cor mostrando os grupos de 2 V e 3,2 V"

A regra dos três números

Olhando o gráfico, fica evidente que os LEDs não se espalham pela escala de tensão: eles se agrupam. E é isso que permite trabalhar de cabeça na bancada.

• Grupo de 2 V — vermelho, laranja, âmbar, amarelo e verde tradicional (AlGaInP, GaAsP, GaP).

• Grupo de 3,2 V — verde puro, azul, branco, violeta e UV-A (todos InGaN).

• Infravermelho — isolado em 1,4 V.

Guardar esses três números resolve 95% dos cálculos sem consultar tabela alguma. Na prática, a regra também responde à dúvida de troca: você troca um vermelho por um amarelo sem recalcular nada, mas trocar por um azul ou branco exige refazer o resistor — a diferença de 1,2 V vem toda descontada da queda no resistor.

4. Encapsulamentos: DIP, SMD e COB

O encapsulamento não altera a física do chip, mas define quase tudo o mais: quanta corrente a peça suporta, quanto calor consegue dissipar, qual o ângulo do feixe e como ela é montada. Um mesmo chip azul de 3,2 V pode viver dentro de um DIP de 5 mm consumindo 20 mA ou dentro de um encapsulamento cerâmico com dissipador consumindo 1 A — o que muda é a capacidade de tirar calor de perto da junção.

Uma dica que economiza tempo: o código numérico dos SMD é sempre largura × comprimento em décimos de milímetro. 3528 = 3,5 × 2,8 mm; 5050 = 5,0 × 5,0 mm. Sabendo disso você identifica a peça com um paquímetro, sem precisar do datasheet.

LEDs de potência

A partir de aproximadamente 0,5 W o resistor deixa de ser solução aceitável: ele dissiparia mais energia que o próprio LED e, pior, não protegeria a peça contra fuga térmica. Nesses casos usa-se driver de corrente constante, e o dissipador passa a ser item de projeto, não acessório. A regra prática é curta: LED de potência sem dissipador tem vida útil medida em segundos.

Atenção com módulos driverless. Placas de lâmpadas e refletores modernos ligam os LEDs em série direto na rede retificada. O circuito inteiro fica no potencial da rede, sem isolação galvânica. Nunca meça, toque ou manipule uma dessas placas energizada — inclusive o dissipador de alumínio pode estar vivo.

5. Cálculo do resistor limitador

O resistor em série resolve o problema da corrente de um jeito elegante: a diferença entre a tensão da fonte e a tensão direta do LED cai sobre ele, e essa diferença dividida pela corrente desejada dá o valor de resistência.

R = ( V_FONTE − V_F ) ÷ I_F  |  P_R = ( V_FONTE − V_F ) × I_F
Corrente sempre em ampères: 20 mA = 0,020 A.

Como a queda no resistor é linear e a do LED é praticamente fixa, o conjunto se estabiliza sozinho. E há um detalhe que quase ninguém comenta: quanto maior a sobra de tensão sobre o resistor, mais estável fica o circuito. É por isso que alimentar um LED de 3,2 V em 12 V dá resultado muito mais previsível do que alimentá-lo em 3,3 V — no segundo caso, sobram 0,1 V, e qualquer variação de lote ou temperatura muda o brilho de forma visível.

fig-circuito-resistor.png — alt: "Circuito com fonte, resistor limitador e LED, com as tensões anotadas"

Valores prontos para as fontes mais comuns

Sempre arredonde o resistor para cima. Resistor maior que o calculado significa corrente ligeiramente menor — o LED acende um pouco menos e dura muito mais. Resistor menor significa corrente acima do especificado, aquecimento da junção e degradação acelerada do fósforo, que é o que faz LEDs brancos amarelarem. Na dúvida, para indicação em painel, 10 mA já é mais que suficiente e praticamente dobra a vida útil.

6. Série e paralelo — o erro clássico

Ligar LEDs em série é quase sempre a melhor escolha: a mesma corrente atravessa todos, o brilho fica uniforme e um único resistor serve para o conjunto. O limite é a tensão disponível — a soma das tensões diretas precisa deixar pelo menos 15% a 20% da tensão da fonte sobrando para o resistor, ou o circuito fica sensível demais à variação de temperatura e de lote.

Ligar LEDs em paralelo compartilhando um único resistor é o erro clássico, e vale entender por que ele é tão traiçoeiro. Como a tensão direta varia entre unidades, aquele com a menor V_F conduz mais, aquece, tem sua V_F reduzida ainda mais pelo coeficiente térmico negativo, conduz mais ainda — e queima. Depois disso os outros recebem toda a corrente e seguem o mesmo caminho, um a um. O circuito funciona na bancada e morre na semana seguinte.

A solução é simples: um resistor para cada ramo. Essa é, de longe, a causa mais frequente de LEDs queimados em fitas e painéis reparados às pressas.

7. Notas práticas de bancada

Controle de brilho

Reduzir a tensão para escurecer um LED não funciona: abaixo do joelho ele simplesmente apaga, e a faixa útil entre "apagado" e "brilho total" é de poucos décimos de volt. O método correto é PWM — manter a corrente nominal e variar o tempo ligado. Frequências acima de 200 Hz já são imperceptíveis ao olho; para iluminação em ambientes com câmera, use acima de 2 kHz para evitar cintilação no vídeo.

Um detalhe que costuma pegar quem programa: o olho responde de forma logarítmica. Um duty cycle de 50% não parece metade do brilho, e sim algo perto de 70%. Se o resultado no firmware está "sem meio-termo", o que falta é uma curva de correção gama, não mais resolução de PWM.

Efeito da temperatura

A tensão direta cai aproximadamente 2 a 4 mV por grau Celsius de aumento na junção. Em um LED indicador com resistor isso é irrelevante. Em um LED de potência alimentado por fonte de tensão fixa, é fatal: o aquecimento reduz a V_F, o que aumenta a corrente, que aumenta o aquecimento — a chamada fuga térmica. Daí a regra de que LED de potência exige driver de corrente constante, e não de tensão constante.

Diagnóstico rápido

Checklist antes de energizar

1. Existe resistor ou driver limitando a corrente em cada ramo?

2. A polaridade confere — perna longa, chanfro e refletor apontam para o mesmo lado?

3. A soma das V_F em série deixa margem para o resistor?

4. A potência do resistor tem pelo menos o dobro da calculada?

5. Acima de 0,5 W, há dissipador com pasta térmica?

Baixe o guia completo em PDF

Todo o conteúdo deste artigo está disponível em um guia de 8 páginas em A4, formatado para impressão e consulta na bancada, com seis ilustrações vetoriais: curva característica I×V, anatomia do LED em corte, gráfico de tensão por cor, encapsulamentos comparados em escala real, circuito do resistor limitador e as três topologias de ligação lado a lado.

Guia Pratico de LEDs.pdf

A Bits e Bytes Eletrônica e Informática atua em Belém, no Pará, com assistência técnica autorizada multimarca e desenvolvimento de sistemas. Se você tem um equipamento com problema de iluminação, backlight ou placa de LED, fale com a gente.

Os valores apresentados são típicos de mercado. Para projetos de produção, confirme sempre no datasheet do fabricante do componente específico.