Laboratorio

Práctica de LED y resistencia: elige la resistencia limitadora

Objetivo
Medir cómo una resistencia en serie fija la corriente de un LED rojo, usar R = (Vs − Vf) ÷ I para elegir una resistencia que dé como máximo 20 mA y ver qué pasa cuando la corriente supera el límite del LED.
Nivel
Secundaria y preparatoria
Tiempo
40 minutos
Temas
LED, resistencia limitadora de corriente, voltaje directo, ley de Ohm, potencia
Vista previa de LED Current-Limiting Resistor Lab
Abrir en el laboratorio Insertar La simulación se ejecuta en modo demo y se pausa a los dos minutos; ábrela en el laboratorio para continuar.

Pasos

  1. Observa el circuito: tres filas, cada una con una batería de 12 V, una resistencia y un LED rojo. Las resistencias son de 2.2 kΩ (fila 1), 1 kΩ (fila 2) y 680 Ω (fila 3). Igual que un componente real, el LED rojo del simulador admite como máximo 20 mA y se quema a los pocos segundos si la corriente pasa de ese valor.
  2. Da clic en «Abrir en el laboratorio» y compara el brillo de los tres LED.
  3. Agrega un multímetro digital. En voltaje de CD, escala de 20 V, mide el voltaje en cada LED y en cada resistencia.
  4. Calcula la corriente de cada fila: da clic en un cable y marca «Mostrar amperaje», o divide el voltaje de la resistencia entre su valor. Anótala en mA.
  5. Calcula la resistencia que daría 20 mA con 12 V: R = (Vs − Vf) ÷ I, usando el voltaje del LED que mediste. Decide qué valor comercial usarías.
  6. Da clic en la resistencia de la fila 3, ponla en el valor comercial que elegiste y vuelve a medir la corriente y el voltaje del LED.
  7. Ahora pon la resistencia de la fila 3 en 470 Ω, mide la corriente y observa el LED durante unos segundos. Recarga la página para recuperar el circuito original.

Tabla de datos

Fila / resistencia Resistencia (Ω) Voltaje del LED (V) Voltaje de la resistencia (V) Corriente (mA) Estado del LED (encendido, brillo, quemado)
           
           
           
           
           

Preguntas

  1. ¿Cómo cambia la corriente cuando la resistencia pasa de 2.2 kΩ a 1 kΩ y a 680 Ω? ¿Cómo cambia el brillo?
  2. De la fila 1 a la fila 3 la corriente se multiplica por más de tres. ¿Por qué el voltaje del LED apenas cambia y dónde queda el resto de los 12 V?
  3. ¿Qué resistencia da 20 mA en el LED rojo con 12 V? ¿Qué valor comercial elegiste y qué corriente mediste con él?
  4. ¿Qué pasó con 470 Ω? ¿Por qué se redondea la resistencia al valor comercial superior y no al inferior?
  5. ¿Cuánta potencia disipa en forma de calor la resistencia de la fila 3 con 680 Ω y con el valor que elegiste? ¿Basta una resistencia de 1/4 W?
  6. ¿Qué pasaría si conectaras el LED directamente a la batería de 12 V, sin resistencia?
Para maestros

Clave de respuestas

  1. Unos 4.76 mA, 10.44 mA y 15.32 mA, y los LED brillan más de la fila 1 a la fila 3. El voltaje de la resistencia se mantiene cerca de 10.4 V, así que I = (12 V − V_LED) ÷ R es casi inversamente proporcional a R: al pasar de 2.2 kΩ a 1 kΩ la resistencia se divide entre 2.2 y la corriente se multiplica por unos 2.2.
  2. La corriente de un LED crece muy rápido con su voltaje, así que un cambio pequeño de voltaje cubre un cambio grande de corriente: aquí de 1.52 V a 1.58 V mientras la corriente pasa de 4.76 mA a 15.32 mA. La resistencia se queda con el resto, unos 10.4-10.5 V, y por eso es la resistencia la que fija la corriente.
  3. R = (12 V − 1.6 V) ÷ 0.020 A = 520 Ω. No es un valor comercial, así que se usa el siguiente hacia arriba, 560 Ω: I = (12 V − 1.6 V) ÷ 560 Ω ≈ 18.6 mA. El simulador marca unos 19 mA (19.06 mA, LED a 1.60 V), algo más porque sus resistencias simulan una tolerancia del 5 % al cambiarlas; entre 18.6 y 19 mA es correcto.
  4. La corriente subió a unos 22 mA (22.1-22.7 mA), por encima del máximo de 20 mA del LED, y el LED se quemó en pocos segundos; (12 V − 1.6 V) ÷ 470 Ω ≈ 22 mA ya lo predecía. Redondear hacia arriba mantiene la corriente en el límite o por debajo, y el LED solo brilla un poco menos.
  5. Con 680 Ω: P = I² × R = (0.01532 A)² × 680 Ω ≈ 0.16 W. Con 560 Ω: P = (0.0186 A)² × 560 Ω ≈ 0.19 W. Los dos valores están por debajo de 0.25 W, así que basta una resistencia de 1/4 W.
  6. Solo el propio LED y la pequeña resistencia interna de la batería limitarían la corriente. Como la corriente de un LED crece muy rápido por encima de su voltaje directo, superaría con mucho los 20 mA y el LED se quemaría, en el simulador igual que en un circuito real.

Preguntas frecuentes

¿Pueden hacer la práctica en casa?

Sí. El laboratorio funciona en el navegador, y cualquiera puede abrir este circuito público, ejecutarlo y cambiar sus valores sin iniciar sesión. La copia de esta página se pausa a los dos minutos; con «Abrir en el laboratorio» sigue funcionando.

¿Mis alumnos necesitan cuenta?

No para ejecutar el circuito y tomar mediciones. Necesitan una cuenta gratuita para guardar su propia copia y, para entregar el trabajo como tarea, se unen a tu grupo con el enlace del grupo.

¿Sirven 20 mA para cualquier LED?

No. Usa la corriente que indica la hoja de datos del LED. 20 mA es lo habitual en un LED indicador de 5 mm, y muchos LED modernos brillan lo suficiente con 5-10 mA. La misma fórmula, R = (Vs − Vf) ÷ I, sirve para cualquier corriente.

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