一、發(fā)光二極管原理

發(fā)光二極管簡稱為LED。由含鎵（Ga）、砷（As）、磷（P）、氮（N）等的化合物制成。當電子與空穴復合時能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光二極管。在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示。砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光，氮化鎵二極管發(fā)藍光。因化學性質(zhì)又分有機發(fā)光二極管OLED和無機發(fā)光二極管LED。

它是半導體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦?。當給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當電子和空穴復合時釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。發(fā)光二極管的反向擊穿電壓大于5伏。它的正向伏安特性曲線很陡，使用時必須串聯(lián)限流電阻以控制通過二極管的電流。限流電阻R可用下式計算：

R=（E－UF）/IF

式中E為電源電壓，UF為LED的正向壓降，IF為LED的正常工作電流。發(fā)光二極管的核心部分是由P型半導體和N型半導體組成的晶片，在P型半導體和N型半導體之間有一個過渡層，稱為PN結(jié)。在某些半導體材料的PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。PN結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED。 當它處于正向工作狀態(tài)時（即兩端加上正向電壓），電流從LED陽極流向陰極時，半導體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強弱與電流有關。

二、發(fā)光二極管特性

與白熾燈泡和氖燈相比，發(fā)光二極管的特點是：工作電壓很低（有的僅一點幾伏）；工作電流很小（有的僅零點幾毫安即可發(fā)光）；抗沖擊和抗震性能好，可靠性高，壽命長；通過調(diào)制通過的電流強弱可以方便地調(diào)制發(fā)光的強弱。由于有這些特點，發(fā)光二極管在一些光電控制設備中用作光源，在許多電子設備中用作信號顯示器。把它的管心做成條狀，用7條條狀的發(fā)光管組成7段式半導體數(shù)碼管，每個數(shù)碼管可顯示0～9，10個阿拉伯數(shù)字以及A，B，C，D，E，F(xiàn)等部分字母（必須區(qū)分大小寫）。

三、發(fā)光二極管電阻計算方法

假設發(fā)光二極管的正向電壓為3.5v，觀察曲線就知道電流會趨于無窮大，但你可能會說，我用萬用表測試過了，電流不會太大。這里我想說，曲線是理想的情況，實際工作時會有連線電阻、開關電阻、電池內(nèi)阻等串在電路里，它們雖然小，可對相當于短路的電路來說，0.1歐姆就已經(jīng)很大了。單靠這些外加電阻是不穩(wěn)定且不可靠的，你不可能在任何一家發(fā)光二極管廠家的資料說明里看到允許直接用電壓源連接發(fā)光二極管而不接限流電阻的，除非接的是恒流源。

至于電阻的大小，用歐姆定律V＝I&TImes;R計算就可以算出電阻值，計算公式為：供電電壓12V-發(fā)光二極管壓降3V/15mA＝0.6K。如果有條件，可以測一下發(fā)光二極管的正向?qū)妷褐担靡粋€可調(diào)電壓源，串一個小電阻，再串聯(lián)上發(fā)光二極管，用萬用表測量發(fā)光二極管兩端的電壓，注意不含電阻，再把電壓源從0開始慢慢增加，當電壓源電壓增加，發(fā)光二極管亮度迅速增加，而萬用表電壓增加卻變緩慢時，萬用表的電壓值就是發(fā)光二極管的正向?qū)妷褐怠?

假設正向?qū)妷褐禐?.5V，功率3瓦的發(fā)光二極管，外加4.2V的鋰電池，這時的電流應為：I=3W/3.5V=0.85A，小串聯(lián)電阻應為：R＝（4.2－3.5）/0.85=0.82歐姆?；蛟S你沒有合適的電阻，那么0.5歐姆的也可以，我們計算一下：電流：I＝（4.2－3.5）/0.5=1.4A 功率為：P＝I&TImes;V＝1.4&TImes;3.5=4.9W。

你的發(fā)光二極管將工作在5W下，當然這都是理想的情況，手電桶外殼等導電電路都會有一定電阻的，具體情況有條件的可以自己去測一下，沒條件的，建議還是加一個電阻測試吧，那怕是只有0.5歐姆，可能都會救你的發(fā)光二極管一命。當然了，對于各種不同功率、電壓范圍的發(fā)光二極管電阻，都可以參考上面的公式自己計算。

四、發(fā)光二極管的限流電阻的計算

發(fā)光二極管一般電流小于20mA，很小電流都能點亮二極管的。不用非常精確多少電阻。正常情況下你就選10mA電流計算電阻分壓限流就可以的。比如現(xiàn)在是電壓是24V，一般二極管分壓3V，那24-3=21V，電流選10mA，那么電阻R=21/10=2.1K，那么選2.1K相接近的電阻就可以。

五、發(fā)光二極管電阻接法

發(fā)光二極管的電源是恒流源，就象日光燈、節(jié)能燈要用鎮(zhèn)流器，氙燈、鈉燈好用恒功率源，擴音機、收音機必須用電壓源一樣，這些都是由其負載的特點決定的。根據(jù)長期的實踐證明，使用恒源流，發(fā)光二極管才能更長期穩(wěn)定的運作。下面小編就舉例說明發(fā)光二極管為何要用恒源流，發(fā)光二極管電阻接法哪一種更好。

接法舉例：

例一：1護欄燈用108個白光LED，每只LED預設電流為13～14mA。

（1）用電壓源的接法：（耗電5.8w）

方法一：每組串6燈加限流電阻，后并18組，需電源24V，240mA

方法二：每組串3燈加限流電阻，后并36組，需電源12V，480mA

注：限流電阻＝（電源電壓－串聯(lián)LED燈組電壓）÷預設LED燈流

（2）用恒流源的接法：（耗電4.8W，節(jié)電20%）

方法一：每組并18燈加并1個保護穩(wěn)壓管，后串6組，需電源20V，240mA

方法二：每組并12燈加并1個保護穩(wěn)壓管，后串9組，需電源30V，160mA

方法三：每組并6燈加并1個保護穩(wěn)壓管，后串18組，需電源60V，80mA

注：穩(wěn)壓二極管的電壓值≈并聯(lián)LED燈組電壓＝單個LED電壓（詳見后文）

例二：想用190mA，0－40V的恒流源，點亮108個白光LED，預設燈流9－11mA，問LED應如何連接？

1、估算每一組應并聯(lián)的燈數(shù)

190mA÷9mA/只≈21.1只（多21，取小于并接近它的整數(shù)）

190mA÷11mA/只≈17.2只（少18，取大于并接近它的整數(shù)）

每組LED并聯(lián)的燈數(shù)為18、19、20、21均可。

2、計算串聯(lián)組數(shù)

用總燈數(shù)分別除以18－21的整數(shù)，從中找到一個能整除的數(shù)。

108÷18＝6 108÷19≈5.7 108÷20＝5.4 108÷21≈5.1

108能被18整除，等于6，這“18”是并聯(lián)數(shù)，“6”就是串聯(lián)組數(shù)，每組應并聯(lián)18個，然后串聯(lián)6組。

3、驗算

燈流：190mA÷18只≈10.6mA/只

燈壓：6組&TImes;3.3V/組≈20V

每組并聯(lián)18個，然后串聯(lián)6組。此時，燈流為10.6mA，總電壓約20V。