为什么我们需要LED电阻

我已经研究过，它说电阻器限制了流过LED的电流。

但是，这种说法使我感到困惑，因为我们知道在串联电路中，每个点的电流都是恒定的，那么电阻器如何限制电流的流动呢？

LED两端的电压相当恒定，例如红色LED的电压为2.2V，仅随电流而略有上升。如果您为不带串联电阻的该LED提供3V电压，则该LED将尝试为此3V设置电压/电流组合。这种电压没有电流流过，从理论上讲它将是10s，也许是100s的安培，这会破坏LED。如果您的电源可以提供足够的电流，这就是发生的情况。
因此，解决方案是串联电阻。如果您的LED需要20mA，则可以在示例中计算红色LED

$R = \dfrac{\Delta V}{I} = \dfrac{3V - 2.2V}{20mA} = 40 \Omega$

您可能会认为直接提供2.2V也可以，但是事实并非如此。LED或电源电压的最细微差别可能会导致LED点亮得非常暗，非常亮甚至损坏。如果电阻两端的压降足够大，则串联电阻将确保电压的微小差异仅对LED电流产生较小影响。

关键是LED仍然是二极管，二极管的内部电阻很小（当然是“正向”方向），因此，除非串联串联，否则总电阻非常低，电流几乎不受限制，电流也几乎不受限制可能会损坏LED并导致为其供电的电路过载。

因此，是的，当元件串联时，电路的每个点的电流相同是完全正确的，但是当您添加电阻器时，会增加串联的整体电阻，从而降低电流。

总是有复杂的答案；-)。这样看。当在电池的端子上跨接线时会发生什么？在理想的世界中，您将获得无限大的电流，它会熔化导线。我们称这为短暂学习。由于二极管被设计为具有最小的正向电阻，因此我们获得与短路相同的效果。在其中放置一个电阻器，以提供一些抵抗电流的功能，以将其限制为无穷大

设想

• 您有一台水力驱动的电动机，其速度与电流成正比。

• 电机本身对电流的阻力很小-您必须控制泵外部的电流。

• 您有一个泵，该泵能够每秒通过10米长的管道将10升泵送至电动机，然后再通过电动机，再通过另一个10米长的管道输送至泵的吸入侧。（流速与泵产生的压力和管道阻力有关，即与容积泵无关。

• 当泵运行时，您发现电动机的运行速度太快，需要将流量限制为约1升/秒。

为了达到要求，您可以在回路中放置一个减压阀，以降低大部分压力并限制流量。该阀以给定的流量和可调的方式在其上降低一定量的压力。（这是关于多少个无水阀工作的）。

您可以将阀门放置在回路中的任何位置，它将获得所需的结果。它可以在泵的入口或出口，也可以在电动机的出口或入口，或者在任一管道中的任何位置。

这非常类似于您的LED问题。由于没有限制器，电流太高，因此需要对其进行限制。限幅器可以放置在电路中的任何位置。

带电池-电阻器LED电路

LED在选定电流下具有确定的压降。
具体来说，可以说LED在20 mA时恰好下降了3.00伏。这是某些现代LED的典型特征。
如果我们希望以20 mA的电流运行LED，则必须安排其下降3 V-不能多于或少。
如果我们希望使用9V电源来操作LED，则N =必须以某种方式“消除” 9-3 = 6B。
电阻可以做到这一点。
为了在20 mA下降低6V，所需的电阻为R = V / I = 6 / 0.02 = 300欧姆。
在此示例中，一个9V电池+一个电阻+一个LED将在20 mA下工作。电阻可以放置在LED之前或之后。电流会在任一位置流过它。

与这个问题无关，但要知道您的陈述

• “我们知道串联电阻，电流在每个点都是恒定的。”

是不正确的。

这有很多地方，但事实并非如此。
在只有电阻组件的直流电路中，例如1个LED和1个电阻器电路，这是正确的。但是，当存在电抗性组件（例如电感器和电容器或某些其他非线性元件）时，通常情况并非如此。

让我们集中在这里重要的是：LED（二极管）的特性曲线。请看维基百科上的这张图片。如您所见，对于二极管两端的正电压，其电流呈指数增长。想象一下，现在将LED连接到不带电阻的电源。您必须设置二极管两端的确切电压才能获得点亮LED所需的确切电流。如果由于某种原因您的电源电压增加到您需要的电压一点点以上，那么电流将成倍地高于之前的水平，这可能（会！）损坏您的二极管。那么，电阻器如何帮助我们解决这个问题？反馈！其中一个最重要的概念在电子产品！让我们回到示例，并添加一个与二极管和电源串联的电阻。现在，每当您的电源超过其标称电压时，二极管将再次以指数方式增加其电流，但是由于电流升高，电阻两端的电压也将更高，这意味着二极管两端的电压将下降，从而补偿了电源电压升高。

LED是由半导体材料制成的二极管，当电流流过该材料时，该二极管会产生光子。流过LED的电流越大，LED发出的光越多，它就会越亮。但是，有一个上限，即足以损坏LED的电流量。

LED对流过它的电流几乎没有阻力。它提供的大部分小电阻来自发射光所损失的能量，而光子的产生是如此有效，以至于电阻几乎可以忽略不计。但是，随着电流的增加，光量的增加，LED有时会失效，因为流经LED的电流会导致材料失效。在足够大量的电流的情况下，灾难性的材料蒸发可能会导致LED外壳内发生小爆炸。在3.3v或5v数字电路中发现较低的电流水平，最可能的结果是半导体材料失效并停止导电，LED不再发光。

电路电压如何影响LED的电流消耗？由于LED是二极管的一种，因此Shockley二极管方程式描述了二极管在各种电压电平下允许的电流。该方程式表明，对于给定的电压范围，肖克利函数的结果遵循指数曲线。这意味着电压的小变化可以使电流大变化。因此，在电压高于LED的正向电压的简单电路中使用LED的风险在于，LED消耗的电流要比建议的水平高出令人惊讶的水平，从而导致LED故障。

请参阅Wikipedia主题LED电路以及Wikipedia主题Shockley二极管方程。

因此，该想法是对LED电路进行工程设计，以限制流过LED的电流量。我们希望平衡出足够的电流以产生所需的亮度，而又不会导致LED材料失效。限制电流的最常见方法是在电路中增加一个电阻。

LED应具有描述LED的电气特性和公差的数据表。例如，参见此数据表型号：YSL-R531R3D-D2。

我们感兴趣的第一个特性是（1）在可能发生材料故障导致LED故障之前，LED可以承受的最大电流是多少；（2）推荐的电流范围是什么。下表列出了典型的标准红色LED（不同的LED具有不同的值）的这些和其他最大额定值。

在该标准红色LED数据表的表格中，我们看到最大电流为20mA，建议范围为16mA至18mA。此推荐范围是LED的最亮电流，同时又不存在材料故障的风险。我们还可以看到额定功耗为105mW。我们要确保在我们的LED电路设计中，我们将其保持在建议的范围内。

在下表中，我们发现LED的正向电压值为2.2v。正向电压值是当电流从阳极到阴极正向流过LED时的电压降。请参见使用二极管时，什么是“正向”和“反向”电压？。

如果我们在2.2v的电路和20mA的电流中使用该LED，则LED的功耗将为44mW，这恰好在我们的功耗安全范围内。如果电流从20mA变为100mA，则耗散将大于5倍或220mW，远高于LED的额定105mW功耗，因此我们可以预期LED会发生故障。请参阅当我提供过多电流时，LED会发生什么变化？。

为了将流过LED的电流减小到推荐水平，我们将在电路中引入一个电阻。我们应该使用什么值的电阻器？

我们使用欧姆定律计算电阻值V = I x R。但是，我们将进行代数转换，因为我们想求解电阻而不是电压，因此我们使用公式R = V / I。

I的值（以安培为单位的电流）非常明显，只需在转换后的公式中使用LED数据表中建议的最小值16mA或.016A。但是，对于伏特V，我们应该使用什么值？

我们需要使用电阻的压降，该压降是电阻对整个电路的总压降的贡献。因此，我们需要从总电路电压中减去LED的压降贡献，以确定电阻器所需的压降贡献。LED的压降为正向电压值，即上表中从阳极到阴极的正向电压降。

对于使用3.3v电源轨作为电源的标准Raspberry Pi项目，计算公式为 (3.3v - 2.2v) / .016A = 69 ohms (rounding 68.75 up)

那么，当计算显示为69欧姆时，为什么通常会使用200欧姆这样的电阻器值呢？

一个简单的答案是200欧姆电阻是许多实验套件中包含的常见电阻。如果LED发出的光不会明显减少，我们想使用一个公共电阻。

因此，如果我们从69欧姆的电阻更改为200欧姆的电阻，那么电流的变化是什么？再次，我们这次使用欧姆定律来解决电路中的电流，I = V / R或者3.3v / 200 ohms = .0165A当我们查看LED数据表时，我们发现该值在建议的16 mA至18 mA范围内，因此LED应该足够亮。

简单地说，LED的电阻很低，如果仅连接到电池，流过它的电流将非常高（I = V / R），高电流意味着较小的LED电阻会消耗更多的功率，从而导致二极管烧毁（热），因为该材料的传热常数非常低。

请注意，耗散功率=（I ^ 2×R）。