LED를 전원에 저항 없이 바로 연결하면 순식간에 밝아졌다가 꺼집니다. LED는 전압이 일정 값(순방향 전압)을 넘으면 전류가 급격히 늘어나는 소자라서, 전류를 제한하는 저항이 반드시 필요합니다. 이 글에서는 저항값을 계산하는 방법과 표준값 고르기, 발열과 밝기까지 순서대로 설명합니다. 입력만 하면 계산해 주는 LED 저항 계산기도 함께 쓰세요.
LED가 저항을 필요로 하는 이유
LED는 다이오드의 한 종류입니다. 순방향 전압(Vf)에 도달하기 전에는 거의 전류가 흐르지 않다가, 그 전압을 넘으면 아주 작은 전압 증가에도 전류가 크게 늘어납니다. 전원 전압이 Vf보다 조금만 높아도 전류를 제한할 장치가 없으면 LED가 허용 전류를 훨씬 넘어서 타 버립니다. 그래서 LED와 직렬로 저항을 넣어 남는 전압을 저항이 받도록 합니다.
계산 공식
R = (전원 전압 - LED 순방향 전압) / 원하는 전류
저항에 걸리는 전압이 전원 전압 - Vf이고, 전류가 목표값이 되도록 옴의 법칙(R = V / I)을 적용한 것입니다.
| LED 색 | Vf(대략) |
|---|---|
| 빨강·주황·노랑 | 약 1.8 ~ 2.2V |
| 일반 초록 | 약 2.0 ~ 2.4V |
| 파랑·흰색·고휘도 초록 | 약 2.8 ~ 3.4V |
정확한 값은 제품 데이터시트에 있습니다. 같은 색이라도 제조사마다 다릅니다.
계산 예제
예제 1. 5V 전원, 빨간 LED, 10mA R = (5 - 2) / 0.01 = 300Ω. E24 표준값에 300Ω이 있으므로 그대로 씁니다.
예제 2. 3.3V 전원, 초록 LED(Vf 2.2V), 5mA R = (3.3 - 2.2) / 0.005 = 220Ω. 3.3V에서는 저항에 걸리는 전압이 작아(1.1V) 전류가 Vf 편차에 민감합니다. 값이 달라도 전류가 크게 변하니 밝기 편차를 감안하세요.
예제 3. 12V 전원, 흰색 LED(Vf 3.2V), 15mA R = (12 - 3.2) / 0.015 ≈ 587Ω. E12에서는 680Ω(전류 약 12.9mA), E24에서는 620Ω(전류 약 14.2mA)을 고릅니다. 계산값보다 큰 쪽을 고르는 것이 안전합니다.
표준 저항값은 올림하세요
계산한 값이 표준값에 정확히 없으면 가까운 값 중 큰 쪽을 고릅니다. 저항이 크면 전류가 약간 줄어 조금 어두워질 뿐이지만, 작으면 목표 전류를 넘습니다. 표준값이 무엇인지는 저항 읽는 법에서 설명했습니다.
저항 발열 확인
저항이 내는 열은 P = I² × R 또는 (전원 전압 - Vf) × I입니다. 예제 1은 0.01² × 300 = 0.03W(30mW)라서 1/4W(250mW) 저항이면 충분합니다. 전류가 커지거나 전원 전압이 높으면 정격을 확인하세요. 계산기에서 2배 여유를 둔 권장 정격을 알려 줍니다.
밝기와 전류
- 일반 표시용 LED는 2~10mA 정도로도 방 안에서 충분히 밝게 보입니다.
- 20mA는 보통 5mm LED의 연속 정격 부근이므로 여유 있게 10~15mA 이하를 권합니다.
- 전류를 두 배로 해도 사람 눈에는 두 배 밝게 느껴지지 않습니다. 오래 쓸수록 어두워지고 수명이 줄 수 있으니 필요한 만큼만 흘리세요.
- 밝기를 바꾸고 싶다면 저항값을 바꾸거나 PWM(빠르게 켰다 끄기)을 씁니다.
여러 개를 쓸 때
- 병렬: LED마다 저항을 따로 둡니다. 저항 하나에 LED 여러 개를 병렬로 달면 특성이 약간 다른 LED로 전류가 쏠려 한쪽이 먼저 타거나 밝기가 달라집니다.
- 직렬: Vf를 모두 더한 값이 전원 전압보다 충분히 작으면 한 줄에 여러 개를 연결할 수 있고, 저항은 하나면 됩니다. 이때
R = (전원 전압 - 모든 Vf의 합) / 전류입니다. 전류는 모든 LED에 같습니다.
자주 하는 실수
| 실수 | 결과 | 예방 |
|---|---|---|
| 저항 생략 | LED가 타 버림 | 항상 직렬 저항 사용 |
| 극성 반대 | 켜지지 않음(보통 고장은 아님) | 긴 다리가 +, 평평한 쪽이 − |
| 3.3V에 파랑·흰색 LED | 희미하거나 안 켜짐 | 전원 전압을 높이거나 Vf가 낮은 LED 선택 |
| 마이크로컨트롤러 핀 전류 초과 | 핀·칩 손상 | 핀 허용 전류를 데이터시트로 확인, 필요하면 트랜지스터 사용 |
패턴도에서 확인하기
패턴도 에디터에서는 LED와 저항을 놓고 시뮬레이션을 돌려 LED에 흐르는 전류와 점등 상태를 확인할 수 있습니다. 처음부터 따라 해 보려면 패턴도 시작하기: LED 점등 회로 만들기를 보세요.
정리
LED 저항은 (전원 전압 − Vf) ÷ 원하는 전류로 구하고, 표준값은 올림하며, 저항 발열을 확인합니다. 병렬로 연결할 때는 LED마다 저항을 따로 두는 것이 안전합니다. 다음으로 더 큰 부하를 켜려면 트랜지스터 스위치 회로를 보세요.