Calcolo Resistenza LED: Formula, Tabella Colori e Valori

Il calcolo della resistenza per un LED è il primo passo per farlo funzionare con la luminosità giusta, senza bruciarlo e senza stressare il pin della scheda. La regola è una sola formula: R = (Valim − Vled) / I. Sottrai la tensione diretta del LED dalla tensione di alimentazione e dividi la tensione rimanente per la corrente desiderata: il risultato è il valore in ohm della resistenza da montare. Per esempio, se colleghi un LED rosso all'uscita a 5 V di Arduino Uno e vuoi 20 mA, ottieni (5 − 2) / 0,02 = 150 Ω.

In questo articolo vedrai perché il LED va sempre collegato con una resistenza, le tensioni dirette per colore, le tabelle pronte per 5 V (Arduino Uno, Nano, Mega) e 3,3 V (ESP32, Raspberry Pi Pico), i calcoli per più LED in serie e in parallelo e gli errori più comuni dei principianti. Se non vuoi fare i conti a mano, lo strumento calcolatore resistenza LED applica la stessa formula al posto tuo.

Perché al LED serve una resistenza?

Il LED è un diodo e non si comporta come una lampadina. Nel filamento di una lampadina la resistenza aumenta con il calore, quindi la corrente si limita in parte da sola. Nel LED no: sotto la tensione diretta passa quasi zero corrente, superata la soglia la corrente cresce in modo esponenziale con la tensione. Un LED rosso a circa 1,8 V assorbe pochi milliampere, a circa 2,0 V arriva a 20 mA; se aumenti la tensione di qualche centinaio di millivolt, la corrente supera di molto il limite sopportabile.

Inoltre, quando il LED si scalda la sua tensione diretta cala un po'; così a parità di tensione assorbe più corrente e si scalda ancora di più. Questo circolo vizioso si chiama fuga termica. La resistenza in serie lo interrompe: se la corrente sale, aumenta la caduta di tensione sulla resistenza e la tensione sul LED si limita da sola. Se colleghi il LED direttamente ai 5 V senza resistenza, la corrente dipende solo dalla resistenza interna di alimentatore, cavi e pin. Il risultato è un LED che si rompe subito o un pin di Arduino che si danneggia lentamente. Sull'ATmega328P il limite assoluto per pin è 40 mA e in uso continuo è consigliato non superare 20 mA per pin.

Formula per il calcolo della resistenza LED

La formula è la legge di Ohm (R = V / I) adattata al LED. In un circuito in serie la tensione di alimentazione si divide tra LED e resistenza: il LED prende la sua tensione diretta (Vf), il resto cade sulla resistenza. Poiché la corrente nella resistenza è la stessa del LED, il valore della resistenza è la tensione ai suoi capi divisa per la corrente voluta. Facciamo un esempio: colleghi un LED rosso ai 5 V di Uno; Valim = 5 V, Vled = 2,0 V, I = 20 mA = 0,02 A. Sulla resistenza cadono 5 − 2 = 3 V e R = 3 / 0,02 = 150 Ω. Se vuoi scendere a 10 mA ottieni R = 3 / 0,01 = 300 Ω; questo valore non esiste nella serie E12, quindi scegli il successivo, 330 Ω, e la corrente reale è 3 / 330 ≈ 9,1 mA. L'errore più frequente riguarda le unità: se scrivi 20 mA come 20 nella formula, ottieni un assurdo 0,15 Ω. Converti sempre la corrente in ampere, oppure usa i milliampere e leggi il risultato in kiloohm (3 V / 20 mA = 0,15 kΩ = 150 Ω).

Tabella della tensione diretta del LED per colore

La tensione diretta dipende dal materiale semiconduttore del LED e quindi dal colore della luce emessa. Più la lunghezza d'onda è corta, dal rosso verso il blu, più l'energia del fotone è alta e di conseguenza sale la tensione diretta. I LED rossi, arancioni, gialli e verde-giallastro classici sono in genere di AlGaInP o GaP e lavorano intorno a 2 V. I LED blu, verde brillante e bianchi sono basati su InGaN e superano i 3 V. Il LED bianco è in realtà un LED blu ricoperto da un fosforo giallo, quindi la sua tensione diretta è molto vicina a quella del blu.

I valori in tabella sono tensioni dirette tipiche a circa 20 mA. Anche due LED dello stesso colore possono differire di qualche centinaio di millivolt secondo il produttore e il lotto; inoltre la tensione diretta cambia un po' con la corrente. Se hai il datasheet del LED usa il suo valore Vf, altrimenti quello tipico della tabella. Puoi misurare la tensione diretta di un LED sconosciuto con la prova diodi del multimetro; poiché usa una corrente molto bassa, il valore risulta un po' più basso. Per consultare rapidamente i valori per colore ti può servire anche lo strumento tensioni dei LED. Se nel calcolo prendi Vf più piccola del reale, ottieni una resistenza più grande e resti dalla parte della sicurezza.

Valori pronti per 5 V (Arduino Uno, Nano, Mega)

I valori standard in tabella sono il risultato del calcolo arrotondato al valore E12 superiore; tra parentesi c'è la corrente reale con quella resistenza. In pratica molti usano 220 Ω o 330 Ω per ogni colore, ed è una scelta corretta. A 5 V con 220 Ω un LED rosso assorbe circa 13,6 mA e uno blu circa 8,6 mA; con 330 Ω scendono a 9,1 mA e 5,8 mA. Poiché i LED efficienti di oggi sono abbastanza luminosi anche a 5–10 mA, arrivare a 20 mA spesso è inutile: il LED resta più fresco, dura di più e il bilancio di corrente della scheda è più comodo. Questo conta soprattutto nei progetti con molti LED, perché la corrente totale che attraversa i pin VCC e GND dell'ATmega328P è limitata a 200 mA.

Valori pronti per 3,3 V (ESP32, Raspberry Pi Pico)

I pin di ESP32 e Raspberry Pi Pico forniscono 3,3 V, quindi la tensione sulla resistenza diminuisce e il calcolo cambia. Anche i limiti di corrente delle due schede sono diversi. Su ESP32 è sicuro usare fino a circa 20 mA per pin, ma se pilotai più LED insieme un obiettivo di 10 mA è un buon compromesso tra luminosità e sicurezza. Sull'RP2040 del Raspberry Pi Pico la capacità di pilotaggio del pin è impostata di default a 4 mA (selezionabile 2, 4, 8 e 12 mA) e la corrente totale di tutti i GPIO è limitata a circa 50 mA. Per questo sul Pico conviene puntare a 3–5 mA per LED; con 330 Ω un LED rosso è già abbastanza luminoso da vedersi bene.

Più LED: collegamento in serie e in parallelo

Se colleghi i LED in serie, in tutti passa la stessa corrente e le tensioni dirette si sommano. La formula diventa: R = (Valim − n × Vled) / I, dove n è il numero di LED in serie. Per esempio, con un alimentatore da 12 V e tre LED bianchi in serie a 20 mA restano 12 − 3 × 3,2 = 2,4 V e R = 2,4 / 0,02 = 120 Ω. Il vantaggio della serie è che una sola resistenza limita l'intera catena e gran parte dell'energia è usata dai LED e non dalla resistenza. Attenzione che la somma delle tensioni dirette non si avvicini troppo all'alimentazione. A 5 V due LED rossi (2 × 2,0 = 4 V) lavorano al limite: con 56 Ω scorrono circa 18 mA, ma piccole differenze tra i LED cambiano la corrente in modo evidente. A 5 V due LED blu (6,2 V) invece non si accendono affatto. Progettare in modo che sulla resistenza restino almeno 1–2 V rende il circuito stabile. Per calcolare le combinazioni di resistenze puoi leggere l'articolo sul calcolo di resistenze in serie e in parallelo.

Nel collegamento in parallelo ogni LED vede l'intera tensione e le correnti si sommano. La regola d'oro è: una resistenza propria per ogni LED. Se colleghi più LED in parallelo con una sola resistenza, il LED con tensione diretta leggermente più bassa si prende gran parte della corrente, si scalda, la sua tensione diretta cala ancora e alla fine si rompe; poi lo stesso carico passa al LED successivo. Collegare colori diversi in parallelo con una sola resistenza è ancora peggio: il LED rosso inizia a condurre a circa 2,0 V, quindi il blu non ha nemmeno la possibilità di raggiungere 3,1 V e non si accende mai. Con resistenze separate la corrente di ogni LED si calcola in modo indipendente; a 5 V quattro LED rossi con 220 Ω assorbono in totale circa 4 × 13,6 ≈ 54 mA. Questa corrente è eccessiva per un singolo pin di Arduino: alimenta i LED dalla linea 5 V e comanda il tutto con un transistor NPN o un MOSFET.

Potenza della resistenza: che wattaggio scegliere?

La resistenza trasforma in calore la tensione che cade ai suoi capi. La potenza dissipata si calcola con P = (Valim − Vled) × I o, in modo equivalente, P = I² × R. A 5 V con 150 Ω e 20 mA per un LED rosso, P = 3 × 0,02 = 0,06 W; una normale resistenza da 1/4 W (0,25 W) la sopporta senza problemi. Se invece pilotai un singolo LED rosso a 12 V la situazione cambia: sulla resistenza cadono 10 V, R = 10 / 0,02 = 500 Ω e scegli 560 Ω. La corrente è circa 17,9 mA e la potenza circa 0,18 W. Dato che è vicina al limite di 1/4 W, la resistenza si scalda parecchio; meglio scegliere una resistenza da 1/2 W oppure collegare i LED in serie per ridurre la tensione sprecata. Come regola generale, fai lavorare la resistenza al massimo a metà della sua potenza nominale. Per i dettagli leggi l'articolo sul calcolo della potenza elettrica e usa il calcolatore della legge di Ohm.

Passo dopo passo: collegare un LED ad Arduino con la resistenza

1. Stabilisci il colore del LED e trova la sua tensione diretta nella tabella; per il rosso 2,0 V.
2. Scegli la tensione di alimentazione e la corrente obiettivo; per Arduino Uno 5 V e 10–15 mA sono un buon inizio.
3. Calcola la resistenza con la formula e arrotonda al valore standard superiore; per un LED rosso a 5 V vanno bene 220 Ω (rosso, rosso, marrone). Puoi controllare il codice colori nell'articolo sui codici colori delle resistenze.
4. Collega la gamba lunga del LED (anodo) a un'estremità della resistenza e l'altra estremità della resistenza al pin 9 di Arduino.
5. Collega la gamba corta del LED (catodo, dal lato del bordo piatto) a GND. La resistenza può stare sul lato anodo o catodo; finché è in serie il risultato è lo stesso.
6. Carica il codice qui sotto; se vuoi, misura la corrente reale collegando il multimetro in serie al circuito sulla portata della corrente.

1const int LED_PIN = 9;   // 220 Ω direnç üzerinden LED / LED through a 220 Ω resistor
2
3void setup() {
4  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);       // pini çıkış yap / set pin as output
5}
6
7void loop() {
8  digitalWrite(LED_PIN, HIGH);    // tam parlaklık / full brightness
9  delay(1000);
10  analogWrite(LED_PIN, 64);       // yaklaşık %25 PWM ile kısık / dimmed with about 25% PWM
11  delay(1000);
12  digitalWrite(LED_PIN, LOW);     // söndür / turn off
13  delay(1000);
14}

Il codice accende il LED prima alla massima luminosità, poi lo attenua con analogWrite a un duty cycle di circa il 25% e infine lo spegne. Il pin 9 è uno dei pin PWM di Uno (3, 5, 6, 9, 10 e 11). Un dettaglio importante: il PWM non cambia il calcolo della resistenza. Con il PWM il pin si accende e si spegne molto velocemente e, in ogni istante di accensione, nel LED passa la corrente di picco consentita dalla resistenza (qui circa 13,6 mA); a ridurre la luminosità è il calo della corrente media. Per questo la resistenza si calcola sempre per lo stato completamente acceso. I dettagli del PWM sono nell'articolo cos'è il PWM.

LED con ESP32 e Raspberry Pi Pico

Su ESP32 funzionano lo stesso collegamento e lo stesso codice Arduino; le versioni recenti del core Arduino per ESP32 supportano anche analogWrite. Ti basta cambiare il numero del pin, per esempio GPIO 18, e scegliere la resistenza dalla tabella a 3,3 V; per un LED rosso vanno bene 150–220 Ω. Sul Raspberry Pi Pico, invece, con MicroPython puoi accendere e spegnere il LED gradualmente tramite PWM. Nell'esempio seguente il LED è collegato al pin GP15 con una resistenza da 330 Ω; così la corrente resta entro i 4 mA della capacità di pilotaggio predefinita.

1from machine import Pin, PWM
2import time
3
4led = PWM(Pin(15))          # GP15 -> 330 ohm -> LED -> GND / GP15 -> 330 ohm -> LED -> GND
5led.freq(1000)              # 1 kHz PWM frekansı / 1 kHz PWM frequency
6
7while True:
8    for duty in range(0, 65536, 1024):      # yavaşça aydınlat / fade in
9        led.duty_u16(duty)
10        time.sleep_ms(10)
11    for duty in range(65535, -1, -1024):    # yavaşça söndür / fade out
12        led.duty_u16(duty)
13        time.sleep_ms(10)

Idee di progetto con il calcolo della resistenza LED

• Semaforo: collega LED rosso, giallo e verde con resistenze separate; poiché le loro tensioni dirette sono vicine, 220 Ω va bene per tutti e tre. Dettagli nell'articolo sul semaforo con Arduino.
• Effetto Knight Rider: collega sei o otto LED a pin diversi, ognuno con la sua resistenza, e accendili in sequenza; vedi Knight Rider e LED a scorrimento.
• Miscelazione di colori con LED RGB: scegli una resistenza un po' più grande per il canale rosso e più piccola per blu e verde per bilanciare i colori; leggi l'articolo sull'uso del LED RGB.
• Luce notturna: accendi LED bianchi quando l'ambiente si fa buio con una fotoresistenza LDR; a 5 V per un LED bianco bastano 100–150 Ω.
• Display a 7 segmenti: ogni segmento è un LED a sé e richiede una resistenza propria; vedi il display a 7 segmenti.
• Molti LED: se i pin non bastano usa uno shift register 74HC595; metti comunque una resistenza su ogni uscita e non superare il limite di corrente totale del chip.

Errori comuni e come risolverli

Calcolare la resistenza di un LED, una volta capita la logica, richiede pochi secondi: trova il colore, sottrai la tensione diretta dall'alimentazione, dividi per la corrente voluta e arrotonda al valore standard superiore. Ti basta ricordare 220–330 Ω a 5 V, 330 Ω sul Pico, una resistenza piccola ma sempre presente per LED blu e bianchi a 3,3 V e una resistenza per ogni LED nei collegamenti in parallelo. Nell'app BlueGrays puoi provare passo dopo passo i progetti di accensione LED, semaforo, LED a scorrimento e Knight Rider nelle versioni Arduino, ESP32 e Pico, con schemi e codice con i valori di resistenza corretti.