¿Pregunta para principiantes sobre la lógica detrás de la Ley de Ohm?

El cálculo que estás usando es una aproximación, pero es bueno. Se supone que la tensión a través de un LED es constante, sin importar cuál sea la corriente. Esto no es realmente cierto, pero está cerca, porque los LED son diodos y, por lo tanto, muestran una curva característica del diodo IV (ignorar el voltaje inverso por ahora):

Observequeamedidaqueaumentaelvoltaje,lacorrienteaumentamuyrápidamente.Paracorrientesrazonables,desdelacorrientedeoperaciónmínimahastalacorrientemáximaantesdequeserompaelLED,elvoltajepermanecerábastanteconstante,+/-10%.Sitieneunafuentedealimentacióndevoltajeconstante,esosignificaqueelvoltajeatravésdesuresistenciatambiénseráconstante,sinimportarlacorriente,debidoalaleydevoltajedekirchoff:

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Aquí puede ver que a medida que cambiamos la resistencia, la tensión en el LED permanece igual, por lo que la tensión en la resistencia permanece igual. La corriente aumenta a medida que disminuimos la resistencia.

Suficientemente simple: los LED son altamente no lineales y NO siguen la ley de Ohm en absoluto. La relación entre la tensión y la corriente de un LED es bastante complicada. Para los propósitos más prácticos, se puede simplificar a un modelo de "caída de voltaje constante". Por lo tanto, no se puede definir la "resistencia" de un LED. Tu cálculo es correcto, 100 ohmios te llevarán aproximadamente 20 mA a través del LED.

La ley de Ohm simplemente establece que para una tensión y corriente de resistencia son proporcionales. Sin embargo, un LED se comporta de forma muy diferente a una resistencia convencional, por lo que no puede aplicarle la ley de Ohm.

El LED no se comporta como una resistencia. La versión simple de la Ley de Ohms solo se aplica a dispositivos lineales que no "reaccionan de nuevo". En la analogía de la tubería, el LED se comporta como una válvula reductora de presión: resta presión. Aquí el vuelo es análogo a la presión.

  

Tenemos una batería de 5 voltios. Y un led de 3 voltios / 20 mA. Así que aprendí un enfoque general de este esquema: el led necesita 3 voltios. Así que deberíamos controlar 5-3 = 2 voltios con una resistencia.

OK.

  

V = I * R y R = V / I. Aquí asumo: R = 2 V / 0.02 mA = 100 ohmios de resistencia que necesitamos .. Espero que esto sea correcto ..

Correcto.

  

Pero en esta fórmula usamos el voltaje que la resistencia controlará: 2 voltios. Dado que este voltaje es resistente; 3 voltios llegarán al led. ¿Pero encontramos que la corriente en la fórmula que usa la resistencia de voltaje controlará y qué tiene que ver con la corriente requerida del LED? Causa que solo 2 voltios alcanzan el LED.

     

... Por lo general, los tutoriales utilizan la analogía de las tuberías. Incluso con la analogía de las tuberías, no puedo aclarar esto. Ejemplo: En un sistema de tuberías, si una tubería estrecha detiene 2/3 de agua; la tribuna de agua [turbina] colocada después de esto recibirá 1/3 del agua. Así que no hay forma de usar 2/3 de agua para calcular nada sobre la tribuna de agua [turbina] y ningún efecto en esta tribuna [turbina] en absoluto.

Su comprensión de la turbina no es del todo correcta. Intentemos esto:

• Tienes una turbina. Se ejecutará a la velocidad máxima a 10 L / s. Para 10 L / s necesito una diferencia de presión de 0,4 bar entre la entrada y la salida. Eso es aproximadamente 4 m "cabeza" de agua. (10 m = 1 barra = 1 atmósfera.)
• Tienes un río y una presa. Es 8 m más alto que la salida. Ahora su turbina tendrá una presión de 0,8 bar. El flujo será mucho más rápido (mayor corriente) y su turbina funcionará demasiado rápido y se romperá. (Las cuchillas saldrán volando o el desequilibrio del rotor lo sacudirá en pedazos).
• Para resolver esto, agregamos una válvula en la alimentación para agregar algo de resistencia al agua y limitar la corriente a 10 L / s. Ahora la turbina puede funcionar a la corriente nominal.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Figura 1.
(a) La batería correcta (cabeza de agua) para la lámpara (turbina).
(b) Doble la cabeza da el doble de la corriente. La bombilla (turbina) será destruida.
(c) R1 limita la corriente (flujo), introduce una caída de tensión (presión) y la lámpara (turbina) funciona con la corriente correcta (flujo).

  

... y ningún efecto en esta tribuna [turbina] en absoluto.

Esa es la idea. La turbina no sabe nada sobre la resistencia.

Figura2.Laanalogíadelaguaparaundiodoesunaválvuladeretencióndeunavía.Fuente: ¿Qué es un LED?

Del artículo:

Si observa la válvula de retención en la figura anterior, debe quedar claro que el resorte normalmente mantiene la bola en su posición y evita el reflujo. Cuando se "desvía hacia adelante", el cierre de la bola se puede mover contra el resorte, pero se necesitará cierta presión inicial para mover la bola. Esto da como resultado una caída de presión a través de la válvula: la presión corriente abajo será menor que la presión de entrada.

De manera similar, la unión PN provoca una caída de voltaje. Para el silicio, es de aproximadamente 0,7 V. Como hay una unión PN en el emisor de base de su transistor, puede esperar una caída de 0,7 V a través de él cuando está polarizado hacia adelante.

Empujando la analogía un poco más, también podemos ver que se producirá una mayor caída de presión debido a la constricción de la válvula. Cuanto más agua empujemos a través de la válvula, más caerá la presión. Esto se agregará a la caída de presión inicial requerida para abrir la válvula en primer lugar. El gráfico de caída de presión resultante se verá notablemente como una de las curvas I vs V a continuación.

Figura 3. Curvas típicas de IV para varios colores de LEDs.

Espero que ayude. (El artículo de LEDnique es mío.)

Permite examinar la curva I-V combinada para LED a tierra, en serie con resistencia a + 5v

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}