Siempre debe usar un resistor con un LED (a menos que lo esté alimentando desde una fuente de corriente donde se aplican diferentes reglas según lo establecido por jms o a menos que tenga un LED especial que tenga un resistor incorporado pero I dudo mucho que lo tengas y es malo aprender de todos modos sobre los LED). NO importa si la resistencia está antes o después del LED, aunque en la práctica, se ven principalmente circuitos con la resistencia detrás del LED.
Para verificar qué valor de resistencia necesita si no sabe o no recibió instrucciones con el LED específico que está utilizando, use esta calculadora .
IMPORTANTE : también debe tener en cuenta que la escritura analógica no genera realmente 3V, sino que genera 5V que se encienden y apagan rápidamente a un promedio de 3V. Así que honestamente deberías tratarlo como una fuente de 5V. El tratamiento de analogWrite como una fuente de 3V puede ser riesgoso.