Luci a Led

Led ad alta efficienza nel modellismo

A cura di Cristiano Ruggeri

In ambito modellistico dinamico le segnalazioni luminose sono parte integrante del modello stesso, quale esso sia. Sebbene le classiche lampadine a filamento siano ancora largamente usate, i led ad alta efficienza possono rappresentare una valida alternativa per tre ragioni fondamentali:

• sono disponibili in forme e dimensioni paragonabili (se non più piccoli) con le lampadine;
• emettono la stessa quantità di luce;
• consumano meno corrente delle lampadine, a tutto vantaggio della durata delle batterie.

Qui sotto possiamo vedere una vasta serie di led alta efficienza, sia dotati di piedini (reofori) sia per montaggio superficiale. Sono anche disponibili dei led RGB, ossia “contenitori” che includono tre led, uno rosso (Red), uno verde (Green) e uno blu (Blue) che se pilotati opportunamente possono generare tutto i colori possibili, fino al bianco quando i tre led sono accesi contemporaneamente

Quanto sopra indica chiaramente che i led rappresentano un’alternativa valida e versatile alle lampadine, fermo restando che il loro inserimento in un modello dinamico è legato a capacità manuali e a un minimo di conoscenza sul come utilizzarli dal punto di vista elettrico. In questo articolo si parla proprio di come utilizzarli, in altre parole di come accenderli nel modo giusto.

Caratteristiche elettriche

Il LED è un diodo, ossia un componente elettronico che fa scorrere la corrente solo dall’ANODO (polo positivo) verso il CATODO (K). La corrente non scorre se applicata nel verso opposto. LED, infatti, significa Light Emitting Diode, Diodo che emette luce. Come tutti i diodi, il LED viene pilotato in corrente, non in tensione. Cosa significa ciò? Significa che non è importante la tensione ai sui capi del led. E’ invece importante la corrente che lo attraversa: se la corrente è del valore esatto, la tensione del led si adatterà di conseguenza e il funzionamento sarà duraturo, altrimenti si guasterà entro poco tempo.

Nota importante: tensione e corrente non sono la stessa cosa. In parole molto semplici e non ineccepibili, la tensione rappresenta in qualche modo l’energia che abbiamo a disposizione. La corrente invece è la quantità di energia che preleviamo. Ad esempio, la tensione può essere considerata come l’acqua contenuta in un acquedotto, mentre la corrente è la quantità di acqua che passa nel tubo per annaffiare. Più è piccolo il tubo meno acqua passa. Se il rubinetto è chiuso (interruttore aperto) non passa acqua (non c’è corrente). Tra l’altro, in ambito idraulico / idrico si parla di corrente del fluido. Ma ritorniamo al nostro diodo LED: senza entrare troppo nel tecnico, un LED ha una massima corrente continua di funzionamento, dichiarata dal costruttore o dal negoziante che ce lo vende. Alcuni lavorano fino a 10 mA (milliampere, millesimi di ampere), altri fino a 100 mA e alcuni per illuminotecnica arrivano anche 1 A e più. L’escursione di corrente è molto ampia, ma la tensione ai capi del led, determinata dalla corrente che lo attraversa, varia di molto poco. Ma comunque una variazione c’è ed è causata sia dalla corrente sia da un effetto della corrente: il surriscaldamento. Acquistando un LED, quindi, occorre sempre sapere qual’è la “Corrente Nominale o Tipica di funzionamento continuo”, ossia quel valore che si legge dai dati tecnici del prodotto e che garantisce il miglior compromesso possibile tra quantità di luce emessa e surriscaldamento accettabile. Se ad esempio, un certo led viene garantito per una corrente nominale di 20 mA a 25 °C di temperatura ambiente, potrà essere utilizzato tranquillamente a 15 o 10 o 5 mA. Ma a 25 o 30 mA diventa importante il tempo di accensione.

Quindi: non alimentare mai un led oltre la sua corrente nominale.

Led differenti hanno tensioni ai loro capi differenti: ad esempio nel led rosso classico è circa 1,7 V. Nel led verde 1,8 V. Quello giallo 1,9 V. Quello bianco ad alta efficienza 2,2 V, quello blu arriva fino a 2,5 V in funzione della tonalità. Senza troppe pretese, prenderemo come valido il valore di 2 V per tutti i led, tanto l’errore introdotto è talmente basso da produrre una variazione di luce non percepibile a occhio nudo. Attenzione a una cosa importante: è vero che noi dobbiamo alimentare il led con una corrente attraverso una resistenza che dobbiamo calcolare, ma per calcolarla, è necessario conoscere la tensione ai capi del led quando scorre corrente.

Lo schema di figura 2 mostra il led  alimentato da una batteria attraverso una resistenza collegata in serie e la formula da utilizzare per il calcolo della corrente, formula che riscriveremo in questo modo per semplicità di calcolo e utilizzo:

Iled = [(Vbat – Vled) x 1000] / Rled

in cui:

Iled  = corrente che scorre nel led, in mA (milliampere).

Vbat = tensione della batteria a piena carica, in Volt

Vled = caduta di tensione ai capi del led, valore medio di 2 V

Rled = resistenza da mettere i serie, in Ohm

Da quella formula si estrae la formula inversa per calcolare la resistenza:

Rled = [(Vbat – Vled) x 1000] / Iled

Questa formula è tutto ciò che occorre. Facciamo un esempio:

il nostro modello funziona con una batteria da 7,2 V e i led scelti (cui abbiamo assegnato arbitrariamente la tensione di 2 V) hanno una corrente nominale di 12 mA. Inserendo i dati nella formula otterremo quanto segue:

Rled = [(7,2 – 2) x 1000] / 12 = [5,2 x 1000] / 12 = 5200 / 12 = 433 ohm

Questo valore di resistenza non esiste, quindi i più esperti lo creeranno con delle serie / paralleli di resistenze standard. Gli altri, invece, applicheranno la soluzione consigliata di utilizzare il valore standard più vicino. I due valori standard più prossimi sono 390 oppure 470 ohm quindi utilizzeremo il 470 ohm che determina una corrente di :

Iled = [(7,2 – 2) x 1000] / 470 = [5,2 x 1000] / 470 = 5200 / 470 = 11,06 mA

Naturalmente, è possibile alimentare più led in serie tramite la stessa resistenza.  In questo caso la formula per il calcolo della resistenza va riscritta in questo modo:

Rled = [(Vbat – (N x Vled)) x 1000] / Iled

Dove N corrisponde al numero dei led. Ripetiamo l’esempio di prima dovendo però utilizzare 2 led; otteniamo:

Rled = [(7,2 – (2 x 2)) x 1000] / 12 = [(7,2 – 4) x 1000] / 12 = 3200 / 12 = 266 ohm

Valore questo molto vicino al valore standard di 270 ohm.

E anche con 3 led:

Rled = [(7,2 – (3 x 2)) x 1000] / 12 = [(7,2 – 6) x 1000] / 12 = 1200 / 12 = 100 ohm

Che è un valore standard.

Occorre però prestare attenzione a quanti led collegare in serie: se ne colleghiamo 4, essi avranno bisogno di una tensione di alimentazione minima di 4 x 2 = 8 V, quindi con i nostri 7,2 V del modello non si accenderanno mai o pochissimo.

Si tratta comunque di un falso problema: basta limitare il numero dei led in serie, dotare ogni serie della propria resistenza di limitazione collegare tutte le serie alla batteria. Attenzione: con questa soluzione ogni ramo deve avere lo stesso numero di led.

A 7,2 V fare serie di uno, due tre led al massimo, A 12 V fare serie da uno a cinque led al massimo, Eccetera.

In ogni caso, mai alimentare direttamente dalla batteria i led: possono esplodere e danneggiare la batteria. Come ultima nota, occorre prestare un minimo di attenzione anche alla resistenza di limitazione che, essendo percorsa dalla stessa corrente che interessa i led, tenderà a surriscaldarsi. La potenza dissipata dalla resistenza si calcola con la formula:

P = Iled x Iled x Rled.

Nel nostro caso:

P = 0,012 x 0,012 x 470 = 0,068 W,quindi una resistenza da ¼ di Watt va più che bene.

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