Esto sencillo experimento demuestra que se puede encender un led con una tensión alterna de red de 220 V utilizando pocas piezas. Puede ser usado como indicador de tensión de línea. Cualquier valor de tensión puede alimentar el circuito, solamente deberemos cambiar el valor de la resistencia limitadora de corriente y tener en cuenta que la tensión de entrada no debe de superar la máxima del diodo rectificador 1N4007 que es de 1000 V. El circuito puede ser alimentado tanto con tensión alterna como con tensión continua.
Fig. 1. Montaje de prueba para encender el led con 220 V.
La corriente que se suministra al led es de tan solo 10 - 20 mA. Puede ser usado un led de menor corriente de iluminación, 5 - 10 mA para que la potencia que tiene que disipar la resistencia sea menor. El diodo 1N4007 se encarga de rectificar la corriente alterna solamente media onda, y la resistencia de limitar la corriente a través del led. Puesto que ahora la tensión en bornes de dicha resistencia es pulsatoria, la medida del tester es aproximada ya que la mayoría de los tester no disponen de medida de verdadero valor eficaz
Cálculo de la resistencia en corriente continua.
En la figura 2 podemos apreciar el montaje para una fuente de tensión continua. Da igual que situemos el led delante o detrás de la resistencia puesto que están en serie y por lo tanto la corriente es la misma.
Fig. 2. Montaje en corriente continua.
Para el cálculo de la resistencia aplicaremos la ley de ohm al circuito. Como norma general un led de color rojo consume 10 mA y tiene una caída de tensión en conducción de 1,6 V. Dependiendo de el color del led empleado, la caída de tensión variará de 1 a 3 V aproximadamente.
(1)
La ecuación (1) nos da el resultado para una tensión continua de 12 V. El valor no es crítico y podría valer un valor por encima o por debajo de la serie E12 de resistencias del 5% que corresponderían a 1,2 k o 820 ohmios. Para saber la potencia se aplica (2)
(2)
Nos da 100 m ( 0,1 W ) para una corriente de 10 mA. Para tensiones pequeñas no cabe molestarse a hacer el cálculo pero sí para tensiones elevadas.
Cálculo de la resistencia en corriente alterna.
Para el montaje en tensión alterna puede emplearse el montaje de la figura 2.
Fig. 3. Montaje en alterna.
Para el cálculo de la resistencia debemos aplicar la ecuación (3) que es idéntica a (1) pero añadiendo la pequeña caída de tensión del diodo de silicio: 0,7 V. Ahora estamos aplicando la ley de Ohm en alterna puesto que manejamos valores eficaces ( RMS ). Para los que no entiendan lo que es el valor eficaz: "Un valor eficaz de corriente alterna senoidal de 220 V genera la misma potencia por efecto Joule sobre la misma resistencia que generaría si estuviese conectada a 220 V de tensión continua."
(3)
El tema de la potencia si es relevante ahora puesto que tenemos una tensión elevada. Se obtiene:
(4)
Se utilizará una resistencia de 10 k y 5 W. Este es el pequeño inconveniente de este montaje. La resistencia puede llegar a generar bastante calor. Además el consumo total será mayor que si utilizaramos una pequeña bombilla o neón. En todo caso, para todos los montajes recomiendo siempre el uso de un pequeño fusible de 0,5 A en serie con R para evitar que una destrucción accidental del diodo genere un cortocircuito y pueda crear algún incendio.
Cómo solucionar el problema de la resistencia.
Para solucionar el problema de la resistencia deberemos de montar el circuito siguente:
Fig. 4. Montaje con condensador y zéner.
La reactancia capacitiva del condensador actúa de resistencia frente a la corriente alterna. Ya no es necesario disponer de una resistencia de alta potencia. De esto se encarga el condensador. Además puesto que la corriente en el condensador está desfasada 90º respecto a la tensión en sus bornes, no se realiza consumo de potencia activa eliminándose el calor. Los demás componentes son de baja potencia y no tendremos calentamiento en absoluto.
Es importante utilizar un condensador de alta calidad tipo MKT o MKP que pueda trabajar con una tensión mínima en bornes de 400 V ( la tensión máxima de red es de 311 V ). El diodo zéner tiene como misión proteger al diodo led de una gran tensión inversa al tiempo que elimina los parásitos presentes en la red. Para los valores de la figura 4 la corriente es de 4 mA ( led de bajo consumo ). Si se quiere aumentar hasta 20 mA deberemos de cambiar el condensador por uno de 470 nF.
Como dato ilustrativo os dejo la ecuación para el cálculo del módulo de la reactancia capacitiva del condensador para una corriente alterna de 50 Hz:
(5)
Esto quiere decir que equivale a que tuvieramos una resistencia de 31830 ohmios pero sin disipación de calor.
Otro uso posible:
Si se utiliza el led de un optoacoplador, tendremos una manera fácil de montar un detector de presencia de red totalmente aislado galvánicamente.
