terça-feira, 24 de maio de 2016

Como ligar um LED em AC 220V?

          
          Ligar um LED na tomada é um dos circuitos que chamam bastante atenção de todos que gostam de eletrônica. No meu caso, o que me chamou a atenção é que o LED é um componente de baixa potência e liga-lo direto em uma tomada parece uma ótima maneira de realizar uma sinalização ou iluminação. Na verdade o que é interessante neste circuito é a quantidade de conceitos envolvidos. Por isso apesar dos vídeos, resolvi detalhar bem esses conceitos nesta página do BLOG. Farei por tópicos para que seja útil também como forma de consulta pontual.

                Para seguir a lógica, vou explicando e colocando os vídeos desta série a medida que formos explicando os conceitos (a maioria estão nos vídeos também).


Veja que com esse conhecimento é possível criar algumas coisas bem interessantes. Abaixo dois exemplos.





Corrente
                Agora vamos entender alguns conceitos. O primeiro é a questão da corrente AC e corrente DC. Um gráfico que não fazia nenhum sentido para mim era:


                Se olharmos o desenho de indicação de cada tipo de sinal, veremos que tem relação com sua forma de onda. Só acreditei nisso quando vi em um osciloscópio (que era outro instrumento que não fazia nenhum sentido) as formas de ondas de diferentes formatos e origens.



              Mas o que isso tem haver com o nosso LED? O LED trabalha com corrente contínua (DC) e a tomada tem corrente alternada (AC). Na corrente alternada podemos dizer que ela trabalha nas duas direções, por isso ela vai variando em seu gráfico, enquanto a corrente contínua só trabalha em uma direção. Imaginem que o LED tem um lado positivo e outro lado negativo e por isso precisa ter essa corrente definida (Contínua).




                Essa informação é importante, pois precisamos converter essa corrente de AC para DC. Para isso usamos um componente chamado DIODO.

Diodo
                O diodo só permite a passagem de corrente em um sentido e com isso retém a passagem de corrente em sentido contrário.


   Com a utilização de um diodo teremos uma onda da seguinte forma:



                Com isso só teremos corrente em um sentido. E por isso seria utilizável por qualquer dispositivo DC. O LED também é um diodo, mas vamos abstrair essa informação neste momento para dar continuidade ao foco na corrente. Certamente você notou que as ondas ficam “falhadas”. No caso do LED isso não ficará visível (ele irá acender e apagar) pois o ciclo (tempo que uma onda completa é formada) é de 60Hz no Brasil, ou seja, Serão 60 ondas por segundo.

1 Ciclo
               
                Para que a corrente não fique falhada, usamos um circuito de diodos chamado de Ponte Retificadora. Ele é formado por 4 diodos organizados de forma a “virar” a onda em um dos sentidos, fazendo que a corrente se movimente em um só lado sem perder energia.


                        Os 4 diodos são colocados de forma a direcionar o sentido da corrente como podemos observar abaixo na imagem.


                  Se você seguir o sentido verás a “mágica” de converter o AC em DC.

                 Mas voltando ao assunto de ligar o LED no 220v (ou 110v) vamos tratar das etapas até chegarmos no circuito ideal.
                O primeiro e mais óbvio é ligar o LED diretamente. Considerando um LED branco comum (3V e 20mA) e que a tensão é 220V (verifique a sua região pois alguns lugares temos uma tensão um pouco maior) se ligarmos diretamente o LED queimará instantaneamente. Por isso já vimos que precisamos calcular uma queda de tensão, deixando para o LED apenas os 3V.

                A fórmula é uma das mais usadas quando tratamos de LEDs:
                R = (Vi – Vl) / L
                Onde:
                R = Resistor
                Vi = Tensão de entrada (no caso os 220v)
                Vl = Tensão do LED (no caso 3V)
                L = corrente do LED no caso os 20mA (ou 0,02A )

                Então:
                R = (220-3)/0,02
                R = 217 / 0,02
                R = 10.850

                Como a corrente tem grande variação, vou utilizar no circuito um resistor um pouco acima do calculado (arredondo para cima – bem para cima J ) então será um de 15k (ou 15.000ohms)

               Esse será o circuito final. Então vem a pergunta, mas e a história de corrente contínua e corrente alternada (DC / AC)?

                O que observamos é que o LED é um diodo. Um diodo emissor de luz. Então ele tem o mesmo comportamento. A questão é que é um diodo que suporta tensão de até 3.4V (no caso do branco) e por isso pode ter uma vida útil bem curta.

                    

Por isso vamos incrementar esse circuito utilizando um diodo IN4001 (ou 1N4001) que suporta até 1000V. Com esse diodo fará a “conversão” de onda que precisamos.

O circuito ficará da seguinte forma:






Com esse circuito, você terá o resultado desejado. É claro que não com o melhor desempenho, pois o diodo “joga fora” metade da energia. Por isso a troca do diodo (em uma retificação de meia-onda) por um ponte retificadora irá gerar uma eficiência energética muito maior e diminuirá o flicker (pisca-pisca) do LED (mesmo que seja imperceptível).




Então chegamos a um circuito mais eficiente e que permite a ligação do LED no 220V sem sustos.
Mas ainda podemos buscar mais eficiência neste circuito e para isso usaremos um capacitor.

Capacitor
Os capacitores funcionam armazenando energia e devolvendo ao circuito quando necessário. Mais ou menos como uma pilha recarregável de alta velocidade.

Existem capacitores de vários materiais, mas um deles é especificamente diferente: Os capacitores eletrolíticos, pois possuem polaridade.

Os capacitores também são conhecidos como Condensadores (vindo da língua espanhola).


As principais utilizações dos capacitores são a filtragem e o desacoplamento. A filtragem é a utilização do capacitor para manter a onda com menos variação, carregando no topo e descarregando no vale a sua energia. O desenho abaixo explica bem isso:


Veja que no desenho o capacitor permite uma onda mais estável.

Outra funcionalidade do capacitor é o desacoplamento que concede ao circuito energia quando este necessita e em alguns casos ela foi reduzida opor alguma situação. Também ele diminui a emissão de ruídos eletromagnéticos, e proporciona uma estabilidade maior no funcionamento do circuito (principalmente se usamos CHIP), evitando que haja oscilações nos sinais lidos e emitidos pelo mesmo. Porém, não quer dizer que na maioria dos casos não funcione sem eles.

O capacitores tem sua capacitância (ou capacidade elétrica) medidas em farad. Como esta unidade é relativamente grande, geralmente são utilizados os seus submúltiplos, como o milifarad (mf), microfarad (uf)(μf), o nanofarad (nf) ou o picofarad (pf).


Como conclusão lógica podemos usar um capacitor em nosso circuito para melhorar ainda mais a corrente que colocamos sobre o LED.




Mas o objetivo do capacitor ainda não é este. O capacitor quando usado em uma corrente alternada (AC) ele tem uma propriedade chamada Reatância Capacitiva. Isso torna o capacitor como um “resistor” com propriedades mais interessantes. No nosso circuito o resistor que reduz a corrente transforma esse excesso em calor consumindo a energia recebida. No caso do capacitor, essa energia é toda utilizada, mas como o capacitor precisa carregar e descarregar, ele “segura” a energia e com isso não consome tornando o circuito muito mais eficiente.

Então utilizamos o Capacitor (cerâmico) no nosso circuito ANTES da ponte retificadora, pois essa característica terá resultado esperado na corrente alternada.



Neste circuito mantemos o resistor, pois ao ligar a corrente e o capacitor estiver descarregado, podemos ter um pico que danifique o nosso circuito.
Mas precisamos agora descobrir a capacitância do capacitor. E para isso usaremos os seguintes cálculos:
R = (Vi – Vl) / L
                R = (220-3)/0,02
                R = 217 / 0,02
                R = 10.850

Esse é o mesmo cálculo que temos para definir uma ligação direta com o LED (óbvio já que vamos ligar o mesmo LED).
Observação: Ao utilizarmos diodos, os mesmos reduzem aproximadamente 0,7V e isso modifica um pouco o resultado, mas nada significativo e por isso vamos ignorar essa queda.
C = 1 / (2π * F * R)
Onde:
C = Capacitância
F = Frequência (no Brasil 60hz)
R = Resistência desejada

Então:
C = 1 / (2*3,14*60*10850)
C = 1 / (6,28 * 60 * 10850)
C = 1 / (376,8 * 10850)
C = 1 / 4088280
C = 0,0000002446016417662195
Ou
C = 2,446e-7
Ou
0,24µf
Ou
244nf
Ou
244600pf

Esse então é o capacitor que temos de ter para obter a Capacitância Resistiva desejada. Além disso é importante observar que o capacitor tem uma tensão suportada. Se vamos colocar ele em uma tensão de 220V, precisaremos de um capacitor de pelo menos 250V. (Muitos recomendam dobrar esse limite e no caso usar um de 400V, mas como colocamos um resistor na entrada isso não é realmente necessário, mas é uma boa dica).
Existe ainda o cálculo do resistor (resistência e corrente que deve suportar), mas veremos isso mais adiante. Neste exemplo usaremos um de 1k com 3W.






E finalizando esse é o circuito ideal. Abaixo o vídeo explicativo dele e seus cálculos.



Monte o seu!!!















67 comentários:

  1. Perfeito...excelente explicação...parabéns...

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  2. OLÁ TUDO BEM? TERIA COMO VC FAZER O DE 127V OBRIGADO

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    1. Estou publicando agora. Em alguns minutos estará no ar.

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  3. Bom dia, acompanho seu canal no youtube e gostaria de saber quando vai começar a demonstrar o arduino e utilização de CI.

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    1. Bom Dia, quanto ao Arduino estou preparando o material. Já os CI estou colocando alguma coisa, devemos utilizar mais um na próxima semana. O que não devo ter muito cedo é o PIC.

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  4. Olá, estou estudando eletrônica por hobby e agradeço por sua boa vontade em compartilhar.

    Atualmente tento consertar uma placa de TV e já identifiquei (acho) o componente defeituoso, um Resistor SMD de 750K. Mas estou apanhando para soldar um novo.

    Você tem um macete para fazer esta microsolda? Está ficando muito feia e tenho medo de acabar queimando outros componentes. Por enquanto estou treinando em uma placa velha.

    Obrigado.

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  5. Obrigado pelos comentários.
    Quanto ao Arduino, estou com um roteiro pronto para 12 vídeos que vão do básico ao uso de sensores e acesso remoto. O problema é o tempo para por em prática. estou ansioso e espero conseguir realizar isso logo. Acho o Arduino uma ferramenta muito interessante.

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  6. Houve um tempo, que faz muito tempo em que um circuito retificador para um tipo rádio chamado de rabo quente era feito com a válvula 35w4. Nesse tempo ao qual me refiro ouvia-se falar de transistores e diodos. Circuito impressos nem pensar. Faz tempo. Foi quando estudei rádio e televisão. Nunca exerci essa atividade. Gostava de montar transmissores de AM, e operar PY (rádio amador). Nem se falava em PX ou Walkie Talkie. Foi um tempo de descobertas. Parabéns pela sua aula. Além do conhecimento que você demonstrou você tem o dom de explicar, melhor seria dizer, ensinar. Parabéns.

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  7. Houve um tempo, que faz muito tempo em que um circuito retificador para um tipo rádio chamado de rabo quente era feito com a válvula 35w4. Nesse tempo ao qual me refiro ouvia-se falar de transistores e diodos. Circuito impressos nem pensar. Faz tempo. Foi quando estudei rádio e televisão. Nunca exerci essa atividade. Gostava de montar transmissores de AM, e operar PY (rádio amador). Nem se falava em PX ou Walkie Talkie. Foi um tempo de descobertas. Parabéns pela sua aula. Além do conhecimento que você demonstrou você tem o dom de explicar, melhor seria dizer, ensinar. Parabéns.

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  8. J. Augusto.
    Não sei nem como agradecer o teu comentário. Fortalece a continuar compartilhando esse hobby.
    Muito obrigado.

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  9. Parabéns, estava justamente procurando essa matéria de como ligar os leds em AC, muito bom, vou acompanhar seu videos.

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  10. Cara, muito boa mesmo sua explicação!
    Gostei mesmo!

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  11. Muito bom s suas explicações mas eu não entendi naquele circuito transformando a lâmpada em lâmpada de LED 127 volts como você chegou na fórmula do capacitor gostaria muito de aprender fazer lá pois estou estudando eletrônica na internet é claro é muito divertido se puder passar a fórmula eu agradeço

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  12. Muito bom s suas explicações mas eu não entendi naquele circuito transformando a lâmpada em lâmpada de LED 127 volts como você chegou na fórmula do capacitor gostaria muito de aprender fazer lá pois estou estudando eletrônica na internet é claro é muito divertido se puder passar a fórmula eu agradeço

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    1. Micaela, as fórmilas necessárias são as mesmas deste tópico. A primeira é para descobrir qual a resistência necessária: R = (Vi – Vl) / L. Sendo que Vi vais trocar por 127 ou 220 conforme o caso.
      Com o valor de R, vais substituir ele na segunda fórmula (para descobrir a capacitância): C = 1 / (2π * F * R). Sendo o F a frequência (no Brasil 60) e R a resistência descoberta na fórmula anterior.
      Será que consegui ser claro? Qualquer dúvida é só falar. Obrigado pelo comentário.

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  13. Boa noite. Preciso de um esquema pra montar uma lâmpada de led pra funcionar em -48v pra sistema de sinalização noturna "balizamento de torre".

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  14. Obrigado excelente aula, quem sabe sabe! não enrola

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  15. ola excelente aula,quero saber se da para fazer carregador de celular

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  16. Este comentário foi removido pelo autor.

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  17. gostei muito do que vi aqui e como sou só um curioso isso me ajuda muito já que também gosto muito de eletrõnica e não tenho curço , obrigado ai por partilhar o seu conhecimento ensinando ai a leigos como eu valeu

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  18. gostei muito do que vi aqui e como sou só um curioso isso me ajuda muito já que também gosto muito de eletrõnica e não tenho curço , obrigado ai por partilhar o seu conhecimento ensinando ai a leigos como eu valeu

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  19. Muito obrigado a todos.
    Com o osciloscópio caseiro, agora da até para ver e entender as ondas.

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  20. Olá, vi o vídeo q trata da montagem de uma lâmpada com seis LEDs, porém quando fui procurar a ponte retificadora para até 1000v fui questionado pelo vendedor sobre a amperagem ao que não soube responder. Gostaria de receber mais detalhes sobre as especificações da ponte para q eu possa comprá-la.

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    1. Usei uma de 2A. A referência dela é 2W10.
      Mas não precisa se preocupar, podes usar uma menos, pois par lâmpada de 3W usaremos 1A e na outra 60mA.

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  21. Bom dia, muito legal esse canal, bem explicado material de otima qualidade, só me esclarece o seguinte, com esse esquema eu posso ligar ao inves de um led um outro aparelho eletronico com a mesma tensão ? por exemplo substituir um trafo de uma caixa de som de um pc ?

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  22. Alexandre,
    Sim, mas cuidado com a corrente. Ela também deve ser levada em conta. Esse circuito não deve ser usado para correntes altas, apenas para pequenas tensões e correntes.
    Obrigado pela participação.

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  23. Uma das melhores explicações que encontrei, me ajudou muito a entender sobre os componentes, muito obrigado.

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  24. poe um botao pro pessoal se cadastrar o e-mail ou um chat pra tirarmos duvidas com vc..vlew abçs

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  25. Parabéns pela excelente aula, estou na universidade com uma matéria que se chama cálculo de circuitos, sempre trabalhei com elétrica e praticava eletrônica por Robby, mas agora estou vendo os conceitos e a prática profissional com VC. Continue assim, Obg.

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  26. Eo capacitor de 100nF? pra que serve e como é calculado?

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    1. Manelao, o capacitor serve para filtragem. A regra é quanto maior melhor. Mas funcionará mesmo sem ele, apenas terás maior oscilação. Por padrão é calculado 1000uf por ampere.

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  27. ola Eletrônica e Tecnologia ! Por favor eu preciso de sua ajuda, quero comprar um livro de electronica e um de electricidade, qual poderias recomendar ?

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    1. Macai, segue a minha dica:
      http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/eletronica/52-artigos-diversos/5521-aprenda-eletronica-art1303

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  28. Esta é a chamada fonte capacitiva?
    Em minha opinião é a melhor. Digo, se queres alimentar um circuito de baixíssimo consumo.
    Quando minha casa foi construída,na década de 1980, o meu avô fez questão de colocar em algumas tomadas uma pequena lâmpada piloto,para quando chegássemos em casa pudessemos ver o interruptor na parede. Acreditem,elas funcionaram por quase 5 anos. Depois as coisas se modernizaram e tudo foi trocad. :-)

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    1. Exatamente. Essa é a fonte capacitiva. Tem um consumo muito baixo. Certamente seu avô era um home de muita visão. Vlw

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  29. Caríssimo, aprendi bastante coisa com vc, mas minha capacidade matemática continua lamentável. Fiz duas lampadas conforme seu modelo de 127V e tudo perfeito. Aí me aventurei a calcular outras duas: uma com 24 leds de 5mm e outra com 8 leds de 0,5W. Montei na protoboard, funcionou, mas antes de soldar tudo, gostaria de confirmar se não errei os valores dos capacitores. Na de 25 leds cheguei ao valor de 1 microfarad (a lâmpada ficou ótima, mas qdo medi a corrente, ela acila entre valores positivos e negativos, como em ciclos). Já a outra, de 8 leds de 0,5W, não testei ainda, mas desconfio que errei no cálculo: cheguei a um capacitor de 0,36 microfarad. Se eu estiver certo - e sem querer abusar da sua paciência! - posso usar o de 0,47uF, que já tenho aqui? Feliz Natal e obrigado pela atenção. Moacyr / Bertioga, SP

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  30. Olá, vi que vc não respondeu, mas vou tentar de novo. Entre tentativas e erros no valor do capacitor (com 6,6uF obtive uma corrente de cerca de 95mA) montei uma lampada com 6 leds de 0,5W que acende satisfatoriamente, mas por poucos segundos, até o resistor começar a soltar fumaça. A pergunta é por que ele "frita", se sua função é apenas proteger o capacitor? Grato pela atenção. Moacyr, Bertioga, SP

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  31. Moacyr, apesar de ser só para proteção, ele é um componente resistivo que vai executar ação. Quantos W é o resistor? Se calcula sempre no mínimo 1W, mas quando se aumenta a potência é preciso também aumentar esse resistor. Recomenda utilizares um de 5W. Ele vai esquentar, mas não deve queimar.
    Valeu.

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  32. prof neste esquema que vc fez pra ligar em 220.v o correto e este mesmo prof eu também estou estudando eletrõnica seria enteresante ter este conhecimento. valeu prof um abraço.

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  33. Tem como colocar os LEDs em paralelo?

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  34. Excelente explicação amigo. Agora vou por em prática!

    William Alves.

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  35. Porque é que o circuito com 4 diodos ou ponte, é mais eficiente que um circuito usando apenas um diodo? O circuito com um diodo, só consome a parte positiva do AC, logo consome metade que o cricuito com consumo da corrente alternada quando a onda está positiva ou negativa.
    Para os circuitos com um diodo o led passa a piscar, mas como pisca a uma frequencia que o olho humano não encherga, parece que está acendido em continuo.
    E qual a potência da resistencia que se deve usar? as resistencias dos circuitos paracem-me de 1/4W, mas o normal é usar resistencias com maior potência porque a resistencia tem de dissipar muita energia devido ao desnivel da tensao 175VAC para 3V (um led) ou 18V se 6 leds, certo?

    E como se calcula a resistencia que ficaria em paralelo com o condensador de poliester?

    Já agora qual seria o consumo da lampada de 6 leds de 10mm que transformou a a partir de uma lâmpada fria? O consumo é maior devido ao consumo dos leds ou devido à dissipaçao da energia pela resistencia?

    Porque é que há circuito para lampadas de leds que usam integrados denominados de drivers para leds? Só usam por ser mais eficiente para lampadas que usam leds de alta potencia ou os COB Leds (devido ao calor e às caracteristicas que mudam devido ao calor gerado?) ou para correntes dos leds acima de certo valor?

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  36. Como se explica, que ao mesmo tempo que só acende um LED, mas também dá choque ao tocar nos fios dos terminais do LED?

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    1. Ocorre que este é um dos problemas deste circuito. Um terminal da média tensão passa direto. VAleu!

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  37. boa tarde, estou querendo fazer um quadro com led escrevendo algumas palavras, o qual resultou em 310 leds, quais os componentes que devo utilizar.

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  38. Hola ..me. gustó el ejemplo hice los cálculos para mi circuito y me da una resistencia de 8k 3.2 w y el capacitor me da 3.31 uf..para 20 leds de 3v.
    .esta bien Así?

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  39. Acabei de fazer um led pisca vermelho alto brilho em AC220v com um Diac. Ficou perfeito.

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  40. Visualizar

    Ninacio

    Muito bom. Adorei os esclarecimentos. Voce sugeriu 10 leds em 220V em serie. O que mudaria para que estes leds fossem em paralelo. De repente nao 10 leds mas 4 ou 5. Pergunto porque tenho 4 chaves liga/desliga proximas, e gostaria de colocar um led para avisar que tem corrente em tal conjunto quando ligado. Fiz uma ponte pra cada chave, mas notei que pode ser 1 ponte retificadora somente pra ligar todas as chaves. Cada chave serve pra ligar um conjunto de tomadas diferentes.


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  41. Boa tarde, estou com uma dúvida, vendo o video apareceu a ideia de colocar um LED Alto Brilho de 12 V, como ficaria o circuito, e se daria certo, agradeço se puder me ajudar, abraços

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  42. Cuidado com a tensão máxima dos capacitores. Esse dado é fornecido em termos de corrente contínua. No caso de 220 v fase-neutro, você terá uma tensão de pico de 311 volts, não 220. Por isso se escolhe normalmente pegar capacitores de 400 v.

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  43. Boa noite .
    As lâmpadas de de LED queima só a metade ,
    Será porque está ligado no 220 partindo do 380 ?
    Fase e neltro ?

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  44. Este comentário foi removido pelo autor.

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  45. Parabéns pela excelente aula de eletrônica. Muito didático!
    Realmente, você é desses que têm o dom de ensinar. Fica muito fácil entender o porque de cada componente e assim chegar ao circuito mais conveniente para cada caso.
    Muito agradecido.

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  46. Bom dia ficou meio confuso no video da ponte retificadora que na teoria a conta do resistor chegou a um valor de 10.850 que seria 10 K e na pratica você usou um Resistor de 1K.

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