Guía sobre los LED: tipos, colores, tensiones y cómo calcular la resistencia

A todos los técnicos se les ha fundido alguna vez un LED por las prisas. Lo conectas directamente a la fuente de alimentación de mesa solo para «ver si se enciende», sale un bonito destello y luego, silencio para siempre. El LED es uno de los componentes más sencillos que existen y, al mismo tiempo, uno de los que más dudas suscitan a la hora de hacer cálculos: ¿por qué el azul necesita más tensión que el rojo? ¿Se puede sustituir un amarillo por un blanco en el mismo circuito? ¿Qué resistencia hay que usar a 12 V? ¿Por qué la cinta LED reparada a toda prisa se vuelve a quemar en una semana?

Esta guía responde a estas preguntas con tablas de consulta directa —tensión y corriente por color, comparación de encapsulados, valores de resistencia listos para 3,3 V, 5 V, 9 V, 12 V y 24 V — y explica los conceptos básicos de física que necesitas saber para no depender de ninguna tabla. Al final hay un guion de diagnóstico en el banco de pruebas y la guía completa en PDF para descargar.

1. ¿Por qué el color determina la tensión?

El LED (diodo emisor de luz) es, ante todo, un diodo: conduce en un sentido y bloquea en el otro. La diferencia con respecto al diodo rectificador común radica en el material del cristal semiconductor. Mientras que el silicio devuelve la energía de la recombinación electrón-hueco casi en su totalidad en forma de calor, los compuestos utilizados en los LED —arseniuro de galio, fosfuro de aluminio-indio-galio, nitruro de indio-galio— devuelven esa energía en forma de fotón, es decir, como luz.

La consecuencia práctica más importante es que el color y la tensión directa surgen juntos, del mismo fenómeno físico. La energía del fotón es inversamente proporcional a la longitud de onda: cuanto más azul es la luz, mayor es la energía por fotón y, por lo tanto, mayor es la barrera de potencial que el electrón debe superar. Por eso un LED rojo se enciende con 1,8 V, mientras que uno azul necesita 3,2 V: no es una elección del fabricante, es la física del material.

Este mismo razonamiento explica una curiosidad que confunde a mucha gente: el LED blanco tiene exactamente la misma tensión que el azul. Se trata de un LED azul con una capa de fósforo amarillo depositada sobre el chip. El fósforo convierte parte de la luz azul en amarilla, y la mezcla de ambas llega al ojo como blanca. Cuando un LED blanco se «amarillea» con el tiempo, lo que se ha deteriorado es esa capa de fósforo, normalmente por un exceso de corriente.

fig-espectro-led.png — alt: «Espectro visible con la posición de cada color de LED, desde el UV-A hasta el infrarrojo»

El LED no es una resistencia

La segunda consecuencia es igualmente práctica. La curva característica del LED es exponencial: por debajo de la tensión de codo prácticamente no pasa corriente, y unas décimas de voltio por encima de ella, la corriente se dispara. Un aumento de 0,1 V puede duplicar la corriente.

Esto significa que conectar un LED directamente a la fuente de alimentación, sin limitación alguna, le suministra toda la corriente que la fuente sea capaz de proporcionar. Todo circuito con LED necesita, obligatoriamente, un elemento limitador: una resistencia, en los casos sencillos, o un controlador de corriente constante, en los LED de potencia. En los LED se controla la corriente, nunca la tensión.

2. Cómo identificar la polaridad: tres métodos

El encapsulado DIP de 5 mm sigue siendo la referencia en el laboratorio. Dentro de la cápsula de epoxi hay un reflector cónico (la copa) donde se asienta el chip, un hilo de oro muy fino (bond wire) que conecta la parte superior del chip con el terminal opuesto, y la lente de epoxi, que define el ángulo de emisión —desde 15° en los LED de haz estrecho hasta 120° en los difusos—.

Conviene conocer las tres formas de identificar la polaridad, ya que en componentes usados o con las patillas ya cortadas no siempre funciona la primera:

• Pata más larga = ánodo (+). Es el método rápido, y el primero que se pierde cuando alguien corta los terminales.

• Lado biselado de la cápsula = cátodo (−). La marca que sobrevive al corte de las patillas.

• Mirar a contraluz. El método infalible: la pieza metálica más grande, el reflector sobre el que se apoya el chip, es el cátodo.

En la prueba con multímetro en la escala de diodos, la punta roja en el ánodo hace que el LED se encienda débilmente y muestra la tensión directa en la pantalla; un LED en buen estado muestra un valor entre 1,6 V y 3,2 V, según el color.

3. LED indicadores por color: tensión y corriente

La tabla recoge los LED indicadores más comunes en encapsulados DIP de 3 mm y 5 mm, que son los que se encuentran en cualquier cajón de un banco de trabajo. Los valores de tensión directa corresponden a rangos típicos a 20 mA y a temperatura ambiente. Las piezas de un mismo lote pueden variar entre sí, y las de diferentes fabricantes varían aún más: siempre que el proyecto sea en serie o implique muchas unidades, mide una muestra en lugar de fiarte de la tabla.

fig-tensao-por-cor.png — alt: «Gráfico de tensión directa por color que muestra los grupos de 2 V y 3,2 V»

La regla de los tres números

Al observar el gráfico, resulta evidente que los LED no se distribuyen uniformemente a lo largo de la escala de tensión: se agrupan. Y eso es lo que permite trabajar a ojo en el banco de pruebas.

• Grupo de 2 V: rojo, naranja, ámbar, amarillo y verde tradicional (AlGaInP, GaAsP, GaP).

• Grupo de 3,2 V: verde puro, azul, blanco, violeta y UV-A (todos InGaN).

• Infrarrojo: aislado en 1,4 V.

Recordar estos tres números resuelve el 95 % de los cálculos sin necesidad de consultar ninguna tabla. En la práctica, la regla también resuelve la duda sobre los cambios: puedes cambiar un rojo por un amarillo sin recalcular nada, pero cambiarlo por un azul o un blanco exige volver a calcular la resistencia —la diferencia de 1,2 V se descuenta íntegramente de la caída en la resistencia—.

4. Encapsulados: DIP, SMD y COB

El encapsulado no altera las propiedades físicas del chip, pero define casi todo lo demás: cuánta corriente soporta el componente, cuánto calor es capaz de disipar, cuál es el ángulo del haz y cómo se monta. Un mismo chip azul de 3,2 V puede funcionar dentro de un DIP de 5 mm consumiendo 20 mA o dentro de un encapsulado cerámico con disipador consumiendo 1 A; lo que cambia es la capacidad de disipar el calor cerca de la unión.

Un consejo que te ahorrará tiempo: el código numérico de los SMD es siempre anchura × longitud en décimas de milímetro. 3528 = 3,5 × 2,8 mm; 5050 = 5,0 × 5,0 mm. Sabiendo esto, puedes identificar la pieza con un calibre, sin necesidad de consultar la ficha técnica.

LEDs de potencia

A partir de aproximadamente 0,5 W, la resistencia deja de ser una solución aceptable: disiparía más energía que el propio LED y, lo que es peor, no protegería la pieza contra la fuga térmica. En estos casos se utiliza un controlador de corriente constante, y el disipador pasa a ser un elemento del diseño, no un accesorio. La regla práctica es sencilla: un LED de potencia sin disipador tiene una vida útil que se mide en segundos.

Precaución con los módulos sin controlador. Las placas de las lámparas y los reflectores modernos conectan los LED en serie directamente a la red rectificada. Todo el circuito está a la tensión de la red, sin aislamiento galvánico. Nunca midas, toques ni manipules una de estas placas cuando esté bajo tensión; incluso el disipador de aluminio puede estar bajo tensión.

5. Cálculo de la resistencia limitadora

La resistencia en serie resuelve el problema de la corriente de forma elegante: la diferencia entre la tensión de la fuente y la tensión directa del LED recae sobre ella, y esa diferencia dividida por la corriente deseada da el valor de la resistencia.

R = (_VFUENTE − V_F) ÷ I_F | PR = (_VFUENTE − V_F) × I_F
La corriente se expresa siempre en amperios: 20 mA = 0,020 A.

Como la caída de tensión en la resistencia es lineal y la del LED es prácticamente fija, el conjunto se estabiliza por sí solo. Y hay un detalle que casi nadie menciona: cuanto mayor es el excedente de tensión sobre la resistencia, más estable resulta el circuito. Por eso, alimentar un LED de 3,2 V con 12 V ofrece un resultado mucho más predecible que alimentarlo con 3,3 V; en este último caso, sobran 0,1 V, y cualquier variación de lote o de temperatura altera el brillo de forma visible.

fig-circuito-resistor.png — alt: «Circuito con fuente de alimentación, resistencia limitadora y LED, con las tensiones indicadas»

Valores predeterminados para las fuentes más comunes

Redondea siempre el valor de la resistencia al alza. Una resistencia mayor que la calculada implica una corriente ligeramente menor: el LED brilla un poco menos y dura mucho más. Una resistencia menor implica una corriente superior a la especificada, calentamiento de la unión y degradación acelerada del fósforo, que es lo que hace que los LED blancos adquieran un tono amarillento. En caso de duda, para la indicación en un panel, 10 mA ya es más que suficiente y prácticamente duplica la vida útil.

6. En serie y en paralelo: el error clásico

Conectar los LED en serie es casi siempre la mejor opción: la misma corriente atraviesa todos ellos, el brillo es uniforme y una sola resistencia sirve para el conjunto. El límite es la tensión disponible: la suma de las tensiones directas debe dejar al menos entre un 15 % y un 20 % de la tensión de la fuente para la resistencia; de lo contrario, el circuito se vuelve demasiado sensible a las variaciones de temperatura y de lote.

Conectar LED en paralelo compartiendo una sola resistencia es el error clásico, y conviene entender por qué es tan traicionero. Como la tensión directa varía entre las unidades, la que tiene la V_F más baja conduce más corriente, se calienta, ve reducida su V_F aún más por el coeficiente térmico negativo, conduce aún más corriente… y se quema. A partir de ahí, las demás reciben toda la corriente y siguen el mismo camino, una tras otra. El circuito funciona en el banco de pruebas y deja de funcionar a la semana siguiente.

La solución es sencilla: una resistencia para cada rama. Esta es, con diferencia, la causa más frecuente de LED quemados en cintas y paneles reparados a toda prisa.

7. Notas prácticas de laboratorio

Control de brillo

Reducir la tensión para atenuar un LED no funciona: por debajo de un umbral determinado, simplemente se apaga, y el rango útil entre «apagado» y «brillo total» es de unas pocas décimas de voltio. El método correcto es el PWM: mantener la corriente nominal y variar el tiempo de encendido. Las frecuencias superiores a 200 Hz ya son imperceptibles para el ojo; para la iluminación en entornos con cámara, utiliza frecuencias superiores a 2 kHz para evitar el parpadeo en el vídeo.

Un detalle que suele pillar desprevenidos a los programadores: el ojo responde de forma logarítmica. Un ciclo de trabajo del 50 % no parece la mitad del brillo, sino algo cercano al 70 %. Si el resultado en el firmware no tiene «términos medios», lo que falta es una curva de corrección gamma, no más resolución de PWM.

Efecto de la temperatura

La tensión directa desciende aproximadamente entre 2 y 4 mV por cada grado Celsius de aumento en la unión. En un LED indicador con resistencia, esto es irrelevante. En un LED de potencia alimentado por una fuente de tensión fija, es fatal: el calentamiento reduce la tensión de polarización (VF), lo que aumenta la corriente, lo que a su vez aumenta el calentamiento —el llamado «efecto térmico». De ahí la regla de que los LED de potencia requieren un controlador de corriente constante, y no de tensión constante.

Diagnóstico rápido

Lista de comprobación antes de la puesta en tensión

1. ¿Hay alguna resistencia o controlador que limite la corriente en cada rama?

2. ¿La polaridad es correcta? ¿La pata larga, el bisel y el reflector apuntan hacia el mismo lado?

3. ¿La suma de las tensiones de polarización (VF) en serie deja margen para la resistencia?

4. ¿La potencia de la resistencia es, como mínimo, el doble de la calculada?

5. Por encima de 0,5 W, ¿hay un disipador con pasta térmica?

Descarga la guía completa en PDF

Todo el contenido de este artículo está disponible en una guía de 8 páginas en formato A4, preparada para imprimir y consultar en el banco de trabajo, con seis ilustraciones vectoriales: curva característica I×V, anatomía del LED en corte transversal, gráfico de tensión por color, encapsulados comparados a escala real, circuito de la resistencia limitadora y las tres topologías de conexión en paralelo.

Guía práctica de LED.pdf

Bits e Bytes Eletrônica e Informática opera en Belém, en el estado de Pará, ofreciendo asistencia técnica autorizada multimarca y desarrollo de sistemas. Si tienes un equipo con problemas de iluminación, retroiluminación o placa LED, ponte en contacto con nosotros.

Los valores presentados son los habituales en el mercado. Para proyectos de producción, consulta siempre la ficha técnica del fabricante del componente específico.