http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0% ... 0%BE%D1%82Напряжение будет строго по формуле, если выкинуть светодиод и резистор перенести на место (в последней схеме все равно R=0 и нога нагружена напрямую на конденсатор, это плохо). А светодиод является нелинейной нагрузкой, и напряжение, а тем более яркость (она определяется током) будут меняться нелинейно и сильно зависеть от цвета светодиода. Правильно делать так: с ноги резистор последовательно, потом конденсатор на землю, дальше опять последовательно резистор, того же сопротивления, и светодиод. Светодиод будет светиться так, как если бы он был подключен через эти же 2 резистора к источнику постоянного напряжения, вычисленного по формуле что я давал.
Ну а сам светодиод можно в первом приближении считать стабилитроном на (ИК - 1.2, красный - 1.7, зеленый - 1.9, синий/белый - 3) вольта, яркость пропорциональна току. Т.е. ниже указанных напряжений СД не светится вообще, выше - считаем ток на резисторах по закону Ома и узнаем яркость. Как-то так.
А, да, а еще мелкое замечание - для плавной регулировки яркости СД это исходно неправильный подход

Выкинуть вообще конденсатор и оставить просто светодиод и резистор, расчитанный на максимальную яркость светодиода. Выдал шим 50% - СД 50% времени светится на полную, 50% потушен. Глаз видит 50% яркости.