Зачем резистор для светодиода

Светодиоды

Cветодиод (LED) представляет собой полупроводниковое устройство, излучающее свет при прохождении через него электрического тока. Свет возникает, когда частицы, несущие ток (известные как электроны и дырки) объединяются в полупроводниковом материале в зоне p-n перехода.

Поскольку свет генерируется в твердом полупроводниковом материале, светодиоды описываются как твердотельные устройства. Термин твердотельное освещение, которое также включает в себя органические светодиоды (OLED), отличает эту технологию освещения от других источников света, таких как лампы накаливания, галогенные лампы, флуоресцентные лампы.

Рис. 1 — Светодиоды

Рис. 2 — Светодиодная лампа

Рис. 3 — Светодиодная лента

Различные цвета светодиодов

Внутри полупроводникового материала светодиода электроны и дырки находятся в энергетических зонах. Ширина запрещенной зоны определяет энергию фотонов (частиц света), излучаемых светодиодом.

Энергия фотона определяет длину волны испускаемого света и, следовательно, его цвет. Различные полупроводниковые материалы с различными запрещенными зонами создают разные цвета света. Точная длина волны (цвет) могут быть настроены путем изменения состава светоизлучающей или активной области.

Светодиоды состоят из соединений полупроводниковых элементов из III и V группы периодической таблицы химических элементов Менделеева. Примерами таких материалов, которые обычно используются в производстве светодиодов, являются арсенид галлия (GaAs) и фосфид галлия (GaP).

До середины 90-х годов светодиоды имели ограниченный диапазон цветов, в частности, коммерческие синие и белые светодиоды не существовали. Разработка светодиодов на основе нитрида галлия (GaN) завершила палитру цветов и открыла множество новых устройств.

Основные материалы, используемые при изготовлении светодиодов

Основными полупроводниковыми материалами, используемыми для производства светодиодов, являются:

• InGaN: синие, зеленые и ультрафиолетовые светодиоды высокой яркости.
• AlGaInP: желтые, оранжевые и красные светодиоды высокой яркости.
• AlGaAs: красные и инфракрасные светодиоды.
• GaP: желтые и зеленые светодиоды.

Подключение светодиодов

Светодиоды имеют различные цвета и рабочие напряжения. Важной характеристикой светодиода является его номинальный ток. В зависимости от рабочего напряжения нам необходимо рассчитать резистор для светодиода, чтобы избежать повреждения светодиода большим током.

В электронных устройствах с напряжением питания 5 В для большинства маломощных светодиодов, как правило, резистора сопротивлением около 220 Ом вполне достаточно.

Светодиоды имеют полярность. Поэтому, чтобы светодиод светился, его анод должен быть соединен с плюсом источника питания, а катод с минусом. Обычно у светодиода ножка анода длиннее, чем ножка катода. К тому же, со стороны катода корпус светодиода скошен.

Рис. 4 — Устройство светодиодов

Не следует беспокоиться при ошибке в полярности подключения. Со светодиодом ничего не случиться, просто он не будет светиться. За исключением особого случая, когда вы подали очень большое напряжение.

Рис. 5 — Подключение светодиодов

RGB-светодиод

Полноцветный светодиод или по другому RGB-светодиод — Red (красный), Green (зеленый), Blue (синий). Смешивая эти три цвета в разной пропорции можно отобразить любой цвет. К примеру, если зажечь все три цвета на полную мощность (красный: 100%, зеленый: 100%, синий: 100%), то получится свечение белого цвета. Если зажечь только два (красный: 100%, зеленый: 100%, синий: 0%), то будет светиться желтый цвет.

Рис. 6 — RGB-светодиоды

Конструктивно, RGB-светодиод состоит из трех кристаллов под одним корпусом и имеет 4 вывода: один общий и три цветовых вывода.
RGB-светодиоды бывают:
1. С общим анодом (CA)
2. С общим катодом (CC)
3. Без общего анода или катода (6 выводов). Как правило в SMD-исполнении.

Рис. 7 — Структурная схема RGB-светодиода

Самый длинный вывод RGB-светодиода, обычно является общим (анодом или катодом).

При подключении данных светодиодов, следует учесть, что напряжение, подаваемое для свечения цвета может быть разным для разных цветов.
К примеру, возьмем 5 мм светодиод MCDL-5013RGB ( I =20мА):
U_red = 2,0 В ,
U_green = 3,5 В,
U_blue = 3,5 В.

Рис. 8 — Свечение RGB-светодиода

Также следует отметить то, что для некоторых типов RGB-светодиодов необходимо использовать рассеиватель, иначе будут видны составляющие цвета.

Если у вас RGB-светодиод с общим катодом, то подключать его нужно по схеме на рисунке 9.

Рис. 9 — Схема подключения RGB-светодиода с общим катодом

Здесь мы видим, что три вывода подключаются через резисторы к источнику питания или к микроконтроллеру (например, Arduino), а четвертый вывод к минусу питания.

Для RGB-светодиода с общим анодом схема подключения показана рисунке 10.

Рис. 10 — Схема подключения RGB-светодиода с общим анодом

Следует обратить внимание, что нужно подключать сопротивления к каждому цвету, поскольку светодиоды работают с меньшим напряжением, чем выход микроконтроллера. Обычно для светодиода красного цвета достаточно резистора сопротивлением 150-180 Ом и 75-100 Ом для зеленого и синего цвета при напряжении питания 5 В.

Почему светодиод нужно подключать через резистор

На светодиодной ленте есть резисторы, на печатных платах (где светодиоды служат индикаторами) есть резисторы, даже в светодиодных лампах — и то есть резисторы. В чем же дело? Почему светодиод обычно подключен через резистор? Для чего светодиоду резистор?

На самом деле все очень просто: светодиоду для работы необходимо очень маленькое постоянное напряжение, а если подать больше — светодиод перегорит. Если даже подать немного больше, на 0,2 вольта больше номинала — ресурс светодиода уже начнет стремительно уменьшаться, и очень скоро жизнь этого полупроводникового источника света закончится плачевно.

Например, красному светодиоду для нормальной работы нужно ровно 2,0 вольта, при этом ток его потребления составляет 20 миллиампер. А если подать 2,2 вольта — наступит пробой p-n-перехода.

У разных производителей светодиодов, в зависимости от применяемых полупроводников и технологии создания светодиодов, рабочее напряжение может чуть-чуть в ту или иную сторону отличаться. Однако, взгляните для примера на вольт-амперную характеристику красного SMD светодиода одного известного производителя:

Здесь видно, что уже при 1,9 вольта светодиод начинает слабо светиться, а при подаче на его выводы ровно 2 вольт, свечение получится достаточно ярким, это его номинальный режим. Если теперь увеличивать напряжение до 2,1 вольт — светодиод начнет перегреваться, и стремительно терять свой ресурс. А при подаче более 2,1 вольта — светодиод перегорит.

Теперь вспомним Закон Ома для участка цепи: сила тока в участке цепи прямопропорциональна напряжению на концах этого участка, и обратно пропорциональна его сопротивлению:

Следовательно, если у нас сила тока через светодиод равна 20 мА при напряжении на его выводах в 2,0 В, значит какое светодиод имеет сопротивление в рабочем состоянии, исходя из этого закона? Правильно: 2,0/0,020 = 100 Ом. Светодиод в рабочем состоянии по своим характеристикам эквивалентен резистору номиналом 100 Ом, мощностью 2*0,020 = 40 мВт.

А что если в наличии на плате имеется лишь напряжение 5 вольт или 12 вольт? Как питать светодиод таким высоким напряжением, и чтобы он при этом бы не перегорел? Вот разработчики всюду и решили, что удобнее всего применить дополнительный резистор.

Почему резистор? Потому что это — наиболее выгодный, наиболее экономичный, наименее затратный по ресурсам и рассеиваемой мощности, путь решения проблемы ограничения тока через светодиод.

Итак, если в наличии 5 вольт, а необходимо получить 2 вольта на «резисторе» в 100 Ом, значит необходимо разделить эти 5 вольт между нашим полезным светящимся резистором в 100 Ом (в роли которого выступает ДАННЫЙ светодиод), и другим резистором, номинал которого сейчас предстоит вычислить исходя из того, что имеется в распоряжении:

В данной цепи ток постоянный, не переменный, элементы все в установившемся режиме линейные, следовательно ток по всей цепи будет одной и той же величины, в нашем примере 20 мА — так нужно светодиоду. Следовательно выберем резистор R1 такой величины, чтобы ток через него составил бы тоже 20 мА, а напряжение бы на него пришлось как раз 3 вольта, которые нужно куда-то деть.

Итак: по закону Ома I=U/R, отсюда R=U/I = 3/0,02 = 150 Ом. А мощность? P=U 2 /R = 9/150 = 60 мВт. Подойдет резистор на 0,125 Вт, чтобы не сильно грелся. Теперь всем ясно, для чего светодиоду резистор.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Зачем подключать резистор к светодиоду, выбор токов

Светодиодные

Зачем использовать резистор при подключении светодиода

При подключении светодиода к источнику питания без использования резистора могут возникнуть проблемы из-за того, что светодиод имеет нелинейную вольт-амперную характеристику. Это означает, что светодиод не подчиняется закону Ома, который утверждает, что ток в цепи прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению.

При прямом подключении светодиода к источнику питания, ток в цепи будет сильно возрастать с ростом напряжения, что может привести к перегреву и выходу из строя светодиода. Резистор же ограничивает ток, регулируя напряжение на светодиоде и защищая его от перегрева и выхода из строя.

Напряжение светодиода (V) является критическим параметром при расчете резистора, так как это напряжение определяет, какой ток будет течь через светодиод при заданном значении сопротивления резистора.

Подбирая правильное значение резистора, можно добиться оптимальной яркости светодиода и его стабильной работы. Поэтому использование резистора является необходимым условием при подключении светодиода к источнику питания.

Принципов работы светодиода

Светодиод (LED) — это полупроводниковый элемент, который преобразует электрическую энергию в свет. Он состоит из полупроводникового материала (обычно кристалла кремния или германия), который содержит примеси других элементов, что создает p- и n-области с разными типами проводимости.

Когда на светодиод подается электрический ток в правильном направлении, то электроны в n-области идут на стык с p-областью, где они рекомбинируют с дырками, выделяя энергию в виде фотонов света. Фотоны движутся в определенном направлении, формируя луч света. Цвет свечения светодиода зависит от материала и примесей, используемых при его изготовлении.

Светодиоды имеют ряд преимуществ перед другими источниками света, так как они потребляют меньше энергии, имеют более длительный срок службы и могут быстро включаться и выключаться. Они также могут быть использованы в различных приложениях, таких как освещение, дисплеи и световые индикаторы.

Однако, при подключении светодиода необходимо учитывать его нелинейную вольт-амперную характеристику, а также правильно подобрать резистор для ограничения тока и защиты светодиода от перегрева и выхода из строя.

Почему светодиод нуждается в ограничении тока

Светодиоды имеют нелинейную вольт-амперную характеристику, которая означает, что ток в цепи не увеличивается пропорционально напряжению. Например, при небольшом изменении напряжения на светодиоде, ток в цепи может значительно увеличиться, что приводит к перегреву и выходу светодиода из строя.

Поэтому светодиоды нуждаются в ограничении тока, чтобы защитить их от перегрева и выхода из строя. Резистор, подключенный в серии с светодиодом, может использоваться для ограничения тока, так как он создает сопротивление в цепи, которое регулирует ток и напряжение на светодиоде.

Подбор правильного значения резистора очень важен для правильной работы светодиода. Слишком большой резистор может привести к тому, что светодиод будет слишком тусклым, а слишком маленький резистор может привести к перегреву и выходу светодиода из строя. Поэтому необходимо правильно рассчитать значение резистора, чтобы обеспечить оптимальную яркость светодиода и его безопасную работу.

Как выбрать значение тока для светодиода

Значение тока для светодиода должно быть выбрано в соответствии с его максимальной рекомендуемой силой тока (имеется в виду максимальное значение тока, при котором светодиод может работать безопасно и долговечно). Эта информация обычно указана в даташите на светодиод, который можно найти на сайте производителя или у продавца.

Обычно для большинства светодиодов рекомендуемый ток составляет от 10 до 30 мА. Однако, если вы хотите использовать светодиод с меньшей яркостью или более высокой яркостью, то рекомендуемый ток может быть различным. Например, для светодиодов с высокой яркостью рекомендуемый ток может быть более высоким.

После того, как вы узнали максимально рекомендуемый ток для своего светодиода, вы можете рассчитать значение резистора, необходимого для ограничения тока. Расчет резистора будет зависеть от напряжения питания цепи и напряжения на светодиоде. Обычно используется формула:

R = (V питания — V светодиода) / I,

где R — значение резистора в омах, Vпитания — напряжение питания цепи в вольтах, V светодиода — напряжение на светодиоде в вольтах (обычно указано в даташите на светодиод), I — значение тока в амперах (в данном случае максимально рекомендуемый ток).

После того, как вы рассчитали значение резистора, выберите ближайшее стандартное значение резистора. Если вы не можете найти точное значение резистора, выберите значение ближайшее к рассчитанному, но не меньше него, так как меньший резистор может привести к перегреву и выходу светодиода из строя.

Рекомендованные токи

Рекомендованные токи для светодиодов могут варьироваться в зависимости от их типа, размера, яркости и других характеристик. Во многих случаях производители светодиодов указывают рекомендуемые значения тока в даташите на свои продукты.

Вот несколько типов светодиодов и их обычные рекомендуемые значения тока:

• Стандартные светодиоды: рекомендуемый ток от 10 до 20 мА.
• Светодиоды с высокой яркостью (High Brightness LED): рекомендуемый ток от 20 до 50 мА.
• Светодиоды мощности: рекомендуемый ток от 100 до 700 мА.
• RGB-светодиоды (светодиоды, способные создавать различные цвета): рекомендуемый ток зависит от цвета, но обычно составляет от 10 до 20 мА для каждого цвета.

Для уменьшения мощности резистора можно использовать несколько светодиодов, подключенных последовательно. В этом случае необходимо учитывать суммарное напряжение светодиодов и применять соответствующее значение сопротивления резистора.

Следует отметить, что увеличение тока, протекающего через светодиод, увеличивает яркость, но также может повлечь за собой повышенное выделение тепла и сократить срок службы светодиода. Поэтому необходимо следовать рекомендациям производителя и не превышать максимально допустимый ток, указанный в даташите на светодиод.

Также следует помнить, что яркость светодиода может варьироваться в зависимости от его цвета, волны длины и других факторов. Для достижения желаемой яркости светодиода можно изменить значение тока или использовать более яркий светодиод.

При использовании светодиодов разных цветов необходимо учитывать различия в их параметрах. Например, красные светодиоды имеют меньшее напряжение, чем зеленые или синие светодиоды, что может потребовать использования более низкого значения сопротивления резистора.

Примера выбора тока

Рассмотрим конкретный пример выбора тока для светодиода. Допустим, у нас есть светодиод с характеристиками, указанными в таблице ниже:

Характеристика	Значение
Напряжение прямого смещения (Vf)	2,1 В
Максимальный ток (Imax)	30 мА
Яркость (l)	1000 мкД

Первым шагом необходимо определить рекомендуемый ток для данного светодиода. Для этого мы можем обратиться к даташиту на данный светодиод или использовать общие рекомендации, указанные выше.

Для данного примера, допустим, мы выбрали рекомендованный ток в 20 мА. Теперь мы можем рассчитать необходимое сопротивление, чтобы ограничить ток до 20 мА при подключении светодиода к источнику питания с напряжением 5 В.

Сопротивление можно рассчитать по формуле:

• V_supply — напряжение источника питания
• V_f — напряжение прямого смещения светодиода
• I — ток, который мы хотим пропустить через светодиод

R = (5 В — 2,1 В) / 0,02 А = 145 Ом

Таким образом, мы можем использовать резистор с сопротивлением 145 Ом, чтобы ограничить ток до 20 мА при подключении данного светодиода к источнику питания с напряжением 5 В.

Если мы захотим увеличить яркость светодиода, мы можем увеличить ток. Но важно помнить, что увеличение тока также может повлечь за собой увеличение выделения тепла и сократить срок службы светодиода, поэтому необходимо следовать рекомендациям производителя и не превышать максимально допустимый ток, указанный в даташите на светодиод.

Как выбрать значение резистора для светодиода

Для выбора значения резистора для светодиода, необходимо знать напряжение прямого смещения светодиода (V_f), максимальный ток, который он может принимать (I_max), а также напряжение источника питания (V_supply).

Одним из самых простых способов выбора значения резистора для светодиода является использование формулы Ома:

• R — сопротивление резистора в Омах
• V_f — напряжение прямого смещения светодиода в вольтах
• I — ток, который мы хотим пропустить через светодиод в амперах
• V_supply — напряжение источника питания в вольтах

Таким образом, мы можем выбрать желаемый ток, который хотим пропустить через светодиод, затем рассчитать необходимое сопротивление резистора. Очень важно выбирать резистор с ближайшим к полученному значением сопротивления в доступном диапазоне, так как это позволяет обеспечить стабильность тока через светодиод.

Например, если у нас есть светодиод с напряжением прямого смещения 2 В, максимальным током 20 мА, а источник питания имеет напряжение 5 В, то мы можем выбрать ток 10 мА и рассчитать значение резистора следующим образом:

R = (5 В — 2 В) / 0.01 А = 300 Ом

В данном примере, мы можем использовать резистор сопротивлением 300 Ом, чтобы ограничить ток через светодиод до 10 мА. Если резистор с таким значением не доступен, то следует выбрать доступное значение сопротивления, ближайшее к рассчитанному.

Формулы расчета резистора

Для расчета значения резистора, необходимого для ограничения тока через светодиод, можно использовать несколько формул.

1. Формула Ома:

Наиболее простой и распространенный способ расчета резистора — использование формулы Ома:

• R — сопротивление резистора в Омах
• V_f — напряжение прямого смещения светодиода в вольтах
• I — ток, который мы хотим пропустить через светодиод в амперах
• V_supply — напряжение источника питания в вольтах

1. Формула для расчета сопротивления на основе мощности резистора:

• P — мощность резистора в ваттах
• I — ток, который мы хотим пропустить через светодиод в амперах
• R — сопротивление резистора в Омах

Данная формула позволяет рассчитать необходимую мощность резистора при заданных значениях тока и сопротивления. Обычно используются резисторы мощностью от 1/8 до 1 Вт.

При расчете мощности резистора (P) необходимо учитывать тепловые потери, которые могут возникнуть в резисторе при протекании тока через него. Для этого необходимо выбирать резистор с запасом мощности, чтобы избежать его перегрева.

1. Формула для расчета значения сопротивления на основе коэффициента передачи напряжения (Voltage Divider):

• R — сопротивление резистора в Омах
• V_f — напряжение прямого смещения светодиода в вольтах
• I — ток, который мы хотим пропустить через светодиод в амперах
• V_supply — напряжение источника питания в вольтах
• K — коэффициент передачи напряжения, который зависит от отношения сопротивления резистора к общему сопротивлению цепи

Данная формула используется в случае, когда нужно расчитать значение резистора в схеме делителя напряжения для установления заданного напряжения на выводах цепи.

Выбор конкретной формулы для расчета резистора зависит от требований к точности расчета, наличия необходимой информации о параметрах светодиода и источника питания, а также доступности конкретного значения сопротивления.

1. Формула для расчета резистора на основе токового коэффициента передачи (Current Limiting Resistor):

• R — сопротивление резистора в Омах
• V_f — напряжение прямого смещения светодиода в вольтах
• I — максимальный ток, который может протекать через светодиод в амперах

Данная формула позволяет рассчитать минимальное значение резистора, необходимого для ограничения тока через светодиод до заданного уровня. Однако при использовании данной формулы необходимо учитывать, что это значение сопротивления может не давать нужного тока во всех случаях, особенно при значительных колебаниях напряжения в источнике питания.

1. Использование онлайн калькуляторов:

В сети Интернет существует множество онлайн калькуляторов для расчета резисторов для светодиодов, которые позволяют быстро и удобно рассчитать значения сопротивлений при заданных параметрах светодиода и источника питания.

При выборе конкретного метода расчета необходимо учитывать требования к точности расчета, наличие информации о параметрах светодиода и источника питания, а также уровень практического опыта в расчете электрических схем.

Примеры расчета резистора

Пример 1

Допустим, у нас есть светодиод с напряжением прямого смещения 2.2 В и максимальным током 20 мА. Источник питания имеет напряжение 5 В. Какое значение сопротивления резистора необходимо использовать?

Используем формулу Ohm’s Law, чтобы определить значение сопротивления резистора:

R = (5 V — 2.2 V) / 0.02 A

Следовательно, мы должны использовать резистор сопротивлением 140 Ом, чтобы ограничить ток через светодиод до 20 мА.

Пример 2

Допустим, у нас есть светодиод с напряжением прямого смещения 3.3 В и максимальным током 30 мА. Источник питания имеет напряжение 12 В. Какое значение сопротивления резистора необходимо использовать?

Можно воспользоваться онлайн калькулятором для расчета резистора.

Введем следующие параметры:

• Напряжение источника питания: 12 В
• Напряжение прямого смещения светодиода: 3.3 В
• Максимальный ток светодиода: 30 мА

Результат расчета: значение сопротивления резистора должно быть 290 Ом.

Пример 3

Допустим, у нас есть светодиод с напряжением прямого смещения 1.8 В и максимальным током 10 мА. Источник питания имеет напряжение 3 В. Какое значение сопротивления резистора необходимо использовать?

Используем формулу для расчета резистора на основе токового коэффициента передачи:

Следовательно, мы должны использовать резистор сопротивлением 180 Ом, чтобы ограничить ток через светодиод до 10 мА.

Как подключить светодиод с помощью резистора

Правильная схема подключения светодиода с помощью резистора представлена на рисунке ниже:

Vcc — это положительный контакт источника питания, а GND — отрицательный контакт. Резистор, подключенный последовательно с Анод светодиода. Анод — это полюс светодиода с более длинной ножкой или с плюсовой меткой.

Резистор в этой схеме ограничивает ток, проходящий через светодиод, чтобы защитить его от перегрева и повреждения. Значение сопротивления резистора можно рассчитать, используя формулу, приведенную ранее.

При подключении светодиода с помощью резистора важно убедиться, что светодиод подключен в правильном направлении, иначе он не будет работать. Также следует убедиться, что выбранное значение резистора соответствует параметрам светодиода и источника питания, чтобы избежать повреждения или сбоев в работе устройства.

Схема подключения светодиода с помощью резистора является одной из самых простых и распространенных схем в электронике и используется во многих устройствах, где требуется индикация статуса или освещение.

Возможные ошибки

Подключение светодиода без резистора может привести к нескольким проблемам:

1. Светодиод может перегреться и выйти из строя. Как было упомянуто ранее, светодиоды имеют низкое внутреннее сопротивление, что позволяет им потреблять большой ток, если на них подается слишком высокое напряжение. Если светодиод работает без ограничения тока, то он может перегреться и выйти из строя.
2. Светодиод может светиться слишком ярко. Если на светодиод подается слишком высокий ток, он будет светиться слишком ярко, что может привести к раздражению глаз и затруднению чтения информации на дисплее.
3. Быстрый выход из строя источника питания. Если светодиоды подключены непосредственно к источнику питания без резистора, то потребление тока может быть слишком высоким и привести к перегрузке источника питания.
4. Несоответствие электрических характеристик светодиода и источника питания. Если светодиод работает на слишком высоком напряжении, он может выйти из строя. Кроме того, светодиоды имеют различные характеристики, такие как напряжение и ток, которые должны соответствовать параметрам источника питания.

В целом, подключение светодиода без резистора является плохой практикой и может привести к выходу из строя как светодиода, так и других элементов цепи. Поэтому, всегда необходимо использовать резистор для ограничения тока при подключении светодиода.

Резюмируем

Резистор необходим для ограничения тока при подключении светодиода. Рекомендуемый ток для светодиода указывается в его технической документации. Для расчета значения резистора необходимо знать напряжение питания и напряжение светодиода. Формулы расчета резистора: R = (Vпит — Vсв) / I и P = I x Vсв, где R — сопротивление резистора, Vпит — напряжение питания, Vсв — напряжение светодиода, I — ток, P — мощность резистора. Для подключения светодиода с помощью резистора необходимо соединить анод светодиода с положительным контактом источника питания, а катод светодиода через резистор — с отрицательным контактом источника питания. Не рекомендуется подключать светодиод без резистора, так как это может привести к выходу из строя светодиода и других элементов цепи.

Зачем светодиоду нужен резистор

Часто люди спрашивают, для чего нужен резистор у светодиода? Можно ведь подать 2 В и светодиоду ничего не будет. На самом деле он проработает меньше. чем положено.

Светодиод АЛ307БМ может работать и при 2 В, но так ли долго? Максимально допустимый постоянный прямой 20 мА. Сопротивления этой детали 100 Ом.

Идеальные условия это температура и напряжение питания. В данном случае светодиод будет работать нормально.

Уже при текущей ситуации сопротивление светодиода снизилось из-за температуры. Так как светодиод в цепи один, то сопротивление всей цепи снизилось. Из-за этого увеличивается и ток. А раз увеличивается потребление тока, значит наступает электрический пробой детали, который плавно перерастает в тепловой. Деталь выйдет из строя постепенно, не сразу. Также не стоит забывать и внешние факторы. Температура окружающей среды тоже играет важную роль.

Резистор защищает светодиод от перегрева.

При снижении сопротивления светодиода, он забирает излишнее напряжение на себя. Это делается пропорционально сопротивлению. Например, 10 В и 2 детали по 5 Ом. На первой детали 5 В и на второй. Если у первой уменьшилось сопротивление до 4 Ом, то на ней напряжение будет 4 В, а на второй детали 6 В.
Тот же принцип работает и на этой схеме. Резистор берет на себя излишнюю мощность и уменьшает нагрев светодиода.