Como calcular o resistor para LED: fórmula e tabela

Calcular o resistor do LED é o primeiro passo para fazer um LED funcionar com o brilho certo sem queimá-lo nem sobrecarregar o pino da sua placa. A regra é uma única fórmula: R = (Valim − Vled) / I. Você subtrai a tensão direta do LED da tensão de alimentação e divide a tensão que sobra pela corrente desejada; o resultado é o valor do resistor necessário, em ohms. Por exemplo, se você quer ligar um LED vermelho com 20 mA na saída de 5 V de um Arduino Uno, chega a (5 − 2) / 0,02 = 150 Ω.

Neste post você vai ver por que o LED sempre precisa ser ligado com um resistor, os valores de tensão direta por cor, tabelas prontas de resistores para 5 V (Arduino Uno, Nano, Mega) e 3,3 V (ESP32, Raspberry Pi Pico), os cálculos para ligar vários LEDs em série e em paralelo e os erros mais comuns de quem está começando. Se não quiser fazer a conta à mão, a ferramenta Resistor para LED aplica a mesma fórmula para você.

Por que o LED precisa de um resistor?

O LED é um diodo e não se comporta como uma lâmpada. O filamento da lâmpada fica mais resistente à medida que esquenta, então ele limita a própria corrente até certo ponto. Com o LED é diferente: abaixo da tensão direta quase não passa corrente e, depois que esse limite é ultrapassado, a corrente cresce exponencialmente com a tensão. Um LED vermelho consome só alguns miliamperes por volta de 1,8 V, mas chega a 20 mA por volta de 2,0 V; aumente a tensão mais algumas centenas de milivolts e a corrente vai muito além do que o LED aguenta.

Além disso, a tensão direta do LED cai um pouco conforme ele esquenta, o que faz com que ele consuma mais corrente na mesma tensão e esquente ainda mais. Esse círculo vicioso se chama disparo térmico (thermal runaway). Um resistor em série quebra esse ciclo: quando a corrente sobe, a queda de tensão no resistor também sobe, e a tensão que sobra para o LED se limita sozinha. Se você ligar um LED direto em 5 V sem resistor, a corrente fica determinada apenas pela resistência interna da fonte, dos fios e do pino. O resultado é um LED que queima na hora ou um pino do Arduino que vai se danificando aos poucos. No ATmega328P o limite máximo absoluto por pino é 40 mA, e para uso contínuo recomenda-se não passar de 20 mA por pino.

Fórmula para calcular o resistor do LED

A fórmula é a Lei de Ohm (R = V / I) adaptada ao LED. Num circuito em série, a tensão de alimentação é dividida entre o LED e o resistor: o LED fica com a sua tensão direta (Vf) e o resto cai sobre o resistor. Como a corrente que passa pelo resistor é a mesma que passa pelo LED, o valor do resistor é a tensão sobre ele dividida pela corrente desejada. Vamos a um exemplo: você liga um LED vermelho na saída de 5 V do Uno; Valim = 5 V, Vled = 2,0 V, I = 20 mA = 0,02 A. A tensão sobre o resistor é 5 − 2 = 3 V, e R = 3 / 0,02 = 150 Ω. Se quiser reduzir a corrente para 10 mA, chega a R = 3 / 0,01 = 300 Ω; como esse valor não existe na série E12, a mais comum, você escolhe o próximo acima, 330 Ω, e a corrente real fica em 3 / 330 ≈ 9,1 mA. O erro de cálculo mais comum é a unidade: se você colocar 20 mA na fórmula como 20, chega a um resultado sem sentido como 0,15 Ω. Sempre converta a corrente para amperes, ou use a corrente em miliamperes e leia o resultado em quilo-ohms (3 V / 20 mA = 0,15 kΩ = 150 Ω).

Tabela de tensão direta do LED por cor

A tensão direta depende do material semicondutor de que o LED é feito e, portanto, da cor da luz que ele emite. Quanto menor o comprimento de onda, ou seja, indo do vermelho para o azul, maior a energia do fóton, e por isso a tensão direta também sobe. LEDs vermelhos, laranja, amarelos e o verde clássico amarelado geralmente são feitos de materiais como AlGaInP ou GaP e trabalham por volta de 2 V. Já os LEDs azuis, verde intenso e brancos são à base de InGaN e passam de 3 V. Um LED branco é, na verdade, um LED azul coberto com fósforo amarelo, por isso sua tensão direta é muito parecida com a do azul.

Os valores da tabela são tensões diretas típicas a cerca de 20 mA. Até dois LEDs da mesma cor podem variar algumas centenas de milivolts conforme o fabricante e o lote de produção; a tensão direta também muda um pouco com a corrente. Se você tiver o datasheet do LED, use o valor de Vf indicado nele; se não tiver, use o valor típico da tabela. Dá para medir a tensão direta de um LED desconhecido com a escala de diodo do multímetro; como essa escala mede com uma corrente muito baixa, ela mostra um valor um pouco menor. A ferramenta Tensões dos LEDs também ajuda a consultar rapidamente os valores por cor. Considerar um Vf menor do que o real resulta num resistor maior e mantém você do lado seguro.

Valores prontos para 5 V (Arduino Uno, Nano, Mega)

Os valores padrão da tabela são os resultados calculados arredondados para o próximo valor da série E12; entre parênteses está a corrente real com esse resistor. Na prática, a maioria das pessoas usa 220 Ω ou 330 Ω para todas as cores, e essa é uma boa escolha. Em 5 V, com 220 Ω um LED vermelho consome cerca de 13,6 mA e um azul cerca de 8,6 mA; com 330 Ω esses valores caem para 9,1 mA e 5,8 mA. Os LEDs eficientes de hoje já brilham o suficiente com 5–10 mA, então chegar a 20 mA muitas vezes é desnecessário; o LED trabalha mais frio, dura mais e o orçamento de corrente da sua placa fica mais folgado. Isso é especialmente importante em projetos com muitos LEDs, porque a corrente total pelos pinos VCC e GND do ATmega328P é limitada a 200 mA.

Valores prontos para 3,3 V (ESP32, Raspberry Pi Pico)

Os pinos do ESP32 e do Raspberry Pi Pico fornecem 3,3 V, então a tensão sobre o resistor é menor e o cálculo muda. Os limites de corrente das duas placas também são diferentes. No ESP32, até cerca de 20 mA por pino é seguro, mas se você vai acionar vários LEDs ao mesmo tempo, mirar em 10 mA é um meio-termo brilhante e seguro. O RP2040 do Raspberry Pi Pico tem a capacidade de corrente dos pinos configurada em 4 mA por padrão (dá para escolher 2, 4, 8 e 12 mA), e a corrente total de todos os GPIOs é limitada a cerca de 50 mA. Por isso, no Pico o ideal é mirar em 3–5 mA por LED; com 330 Ω um LED vermelho já fica brilhante o bastante para ser visto com facilidade.

Vários LEDs: ligação em série e em paralelo

Quando você liga LEDs em série, a mesma corrente passa por todos e as tensões diretas se somam. A fórmula fica assim: R = (Valim − n × Vled) / I, em que n é o número de LEDs em série. Por exemplo, se você quer ligar três LEDs brancos em série numa fonte de 12 V com 20 mA, sobram 12 − 3 × 3,2 = 2,4 V e R = 2,4 / 0,02 = 120 Ω. A vantagem da ligação em série é que um único resistor limita a fileira inteira e a maior parte da energia é usada nos LEDs, e não no resistor. O cuidado necessário é não deixar a soma das tensões diretas chegar muito perto da alimentação. Em 5 V, dois LEDs vermelhos (2 × 2,0 = 4 V) funcionam no limite; com 56 Ω passam cerca de 18 mA, mas pequenas diferenças entre os LEDs mudam bastante a corrente. Dois LEDs azuis (6,2 V) em 5 V nem acendem. Projetar para que sobre pelo menos 1–2 V sobre o resistor deixa o circuito estável. Para calcular combinações de resistores, veja o post resistores em série e paralelo.

Na ligação em paralelo, cada LED recebe a alimentação inteira e as correntes se somam. A regra de ouro aqui é: cada LED com o seu próprio resistor. Se você ligar vários LEDs em paralelo com um único resistor, o LED com a tensão direta um pouco menor pega a maior parte da corrente, esquenta, sua tensão direta cai ainda mais e ele acaba queimando; aí a mesma carga passa para o próximo LED. Ligar cores diferentes em paralelo com um resistor só é ainda pior: o LED vermelho começa a conduzir por volta de 2,0 V, então o azul nem tem chance de chegar a 3,1 V e nunca acende. Com resistores separados, a corrente de cada LED é calculada de forma independente; em 5 V, quatro LEDs vermelhos com resistores de 220 Ω consomem no total cerca de 4 × 13,6 ≈ 54 mA. Isso é demais para um único pino do Arduino; você deve alimentar os LEDs pela linha de 5 V e acioná-los a partir do pino com um transistor NPN ou um MOSFET.

Potência do resistor: de quantos watts eu preciso?

O resistor transforma em calor a tensão que cai sobre ele. A potência dissipada é calculada com P = (Valim − Vled) × I ou com a equivalente P = I² × R. Para um LED vermelho em 5 V com 150 Ω e 20 mA, P = 3 × 0,02 = 0,06 W; um resistor comum de 1/4 W (0,25 W) aguenta isso tranquilamente. Se você vai acionar um único LED vermelho em 12 V, a coisa muda: caem 10 V sobre o resistor, R = 10 / 0,02 = 500 Ω e você escolhe 560 Ω. A corrente fica em cerca de 17,9 mA e a potência em cerca de 0,18 W. Como isso está perto do limite de 1/4 W, o resistor esquenta visivelmente; é melhor escolher um resistor de 1/2 W ou ligar os LEDs em série para reduzir a tensão desperdiçada. Como regra geral, use o resistor com no máximo metade da sua potência nominal. Para mais detalhes, veja o post cálculo de potência elétrica e a calculadora da lei de Ohm.

Passo a passo: ligando um LED ao Arduino com resistor

1. Identifique a cor do LED e encontre sua tensão direta na tabela; 2,0 V para o vermelho.
2. Escolha a tensão de alimentação e a corrente desejada; 5 V e 10–15 mA é um bom começo para um Arduino Uno.
3. Calcule o resistor com a fórmula e arredonde para o próximo valor padrão acima; para um LED vermelho em 5 V, 220 Ω (vermelho, vermelho, marrom) é adequado. Você pode conferir o código de cores no post código de cores dos resistores.
4. Ligue a perna longa do LED (ânodo) a uma ponta do resistor e a outra ponta do resistor ao pino 9 do Arduino.
5. Ligue a perna curta do LED (cátodo, o lado com a borda reta no corpo) ao GND. O resistor pode ficar do lado do ânodo ou do cátodo; desde que esteja em série, o resultado é o mesmo.
6. Carregue o código abaixo; se quiser, ligue um multímetro em série com o circuito, na escala de corrente, para medir a corrente real.

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}

O código primeiro acende o LED com brilho total, depois diminui o brilho com analogWrite num ciclo de trabalho de cerca de 25% e, por fim, apaga o LED. O pino 9 é um dos pinos com PWM do Uno (3, 5, 6, 9, 10 e 11). Um detalhe importante: o PWM não muda o cálculo do resistor. Com PWM, o pino liga e desliga muito rápido e, cada vez que está ligado, passa pelo LED a corrente de pico que o resistor permite (cerca de 13,6 mA neste exemplo); o que reduz o brilho é a queda da corrente média. Por isso o resistor é sempre calculado para o estado totalmente ligado. Os detalhes do PWM estão no post o que é PWM.

LED no ESP32 e no Raspberry Pi Pico

No ESP32, a mesma ligação e o mesmo código Arduino funcionam; as versões recentes do core ESP32 para Arduino também suportam a função analogWrite. Basta trocar o número do pino, por exemplo para GPIO 18, e escolher o resistor pela tabela de 3,3 V; 150–220 Ω serve para um LED vermelho. No Raspberry Pi Pico, você pode acender e apagar o LED suavemente via PWM com MicroPython. No exemplo abaixo, o LED está ligado ao pino GP15 com um resistor de 330 Ω, assim a corrente fica dentro da capacidade de corrente padrão de 4 mA.

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)

Ideias de projetos com cálculo de resistor para LED

• Semáforo: Ligue LEDs vermelho, amarelo e verde com resistores separados; como as tensões diretas dessas cores são parecidas, 220 Ω serve para os três. Os detalhes estão no post semáforo com Arduino.
• Efeito Super Máquina: Ligue seis ou oito LEDs em pinos diferentes, cada um com seu próprio resistor, e acenda-os em sequência; veja efeito Super Máquina e LED sequencial.
• Mistura de cores com LED RGB: Ajuste o equilíbrio de cores escolhendo um resistor um pouco maior para o canal vermelho e menores para os canais azul e verde; dê uma olhada em como usar um LED RGB.
• Luz noturna: Acenda LEDs brancos quando o ambiente escurecer usando um LDR; em 5 V, 100–150 Ω basta para um LED branco.
• Display de 7 segmentos: Cada segmento é um LED separado, então cada segmento precisa do seu próprio resistor; veja display de 7 segmentos.
• Muitos LEDs: Se faltarem pinos, use um registrador de deslocamento 74HC595; mesmo assim, coloque um resistor em cada saída e não ultrapasse o limite de corrente total do chip.

Erros comuns e como corrigi-los

Depois que você entende a lógica, calcular o resistor de um LED leva segundos: identifique a cor, subtraia a tensão direta da tensão de alimentação, divida pela corrente desejada e arredonde para o próximo valor padrão acima. Basta lembrar: 220–330 Ω em 5 V, 330 Ω no Pico, um resistor pequeno, mas sempre presente, para LEDs azuis e brancos em 3,3 V, e um resistor separado para cada LED numa ligação em paralelo. No app BlueGrays você pode experimentar passo a passo as versões para Arduino, ESP32 e Pico de projetos como LED piscante, semáforo, sequencial de LEDs e efeito Super Máquina, com esquemas do circuito e códigos feitos com os valores de resistor corretos.