LED正向电压是一个范围，那么如何计算电阻值？

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在我发现的所有LED示例中，它们的正向电压均设置为特定数字（即2.1v），并根据该数字计算所需的电阻。但是，当我查阅数据表时，正向电压的范围为（2.0v-2.5v）。这对我来说很有意义，因为并非所有LED都是一样的。但这使我很难确定要使用哪个电阻器。

因此，我决定设计电路。我有一个3v电压源（2节AA电池），该电压源连接到一个电阻，该电阻连接到一个LED，该LED重新连接到该电压源。LED的最大可持续电流为20mA。

我决定在正向电压范围的低端和高端使用欧姆定律来计算电阻。

(3.0 v - 2.0 v) / 20 m A = 50 Ω

$(3.0v - 2.0v)/20mA = 50\Omega$

(3.0 v - 2.5 v) / 20 m A = 25 Ω

$(3.0v - 2.5v)/20mA = 25\Omega$

当我选择电阻时，问题就来了。假设我选择了50欧姆电阻，但实际上得到的LED的正向电压为2.5v。流过LED的实际电流为10mA。这并没有充分利用LED的潜力。

如果我使用25欧姆电阻，并且LED的正向电压为2.0v，那么流过LED的电流将为40mA。我的LED会爆炸。

使用2.1v的“设定值”来计算电阻可以得出45欧姆。

(3.0 v - 2.1 v) / 20 m A = 45 Ω

$(3.0v - 2.1v)/20mA = 45\Omega$

如果我的LED的正向电压为2.0v，则电流为22mA。超过了LED的额定值。如果LED的正向电压为2.5v，则电流将为11mA，这并未使用LED的全部电势。

注意：我不太担心如何充分发挥LED的潜力。（如果我理解正确，则10mA应该可以正常工作以点亮LED。）我只是想知道真正的工程师是如何处理此问题的。可接受10mA电流吗？即使规格为20mA，您实际上还能摆脱22mA吗？当您需要LED在峰值亮度下工作时，该怎么办？

led resistors

— 奥斯特
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是的，您可以以22ma驱动20ma信号LED。如果处理好热量，您可能会开得更多。它会减少寿命，但是在丢弃产品之前，您多久看到一次LED的“烧坏”？

— dandavis

1

如果您是从几英尺远而不是在直射的阳光下观看设备，则只有2mA的电流即可工作。我们看到的有效光是对数的。

— 彼得·史密斯

我从不打算以22mA的电流驱动20mA的LED，但是由于电池电压迅速下降，您可能会放弃它。我发现，简单的指示灯LED通常只需要几个mA，除非它们点亮大型扩散器之类的东西。我还要指出，两块碱性电池在放电时会产生大约3.1V到大约2V的电压。因此，驱动2.5V LED需要一个升压调节器。同样，LED Vf通常指定为最大If。如果不需要最大If，则也不必达到最大Vf。

— mkeith

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别忘了电阻器也有样品变化。根据您选择的容差，标称50欧姆的实际电阻可能小于45欧姆或大于55欧姆。设计时应在标称元件值下实现标称电路性能，并确保在容限范围内，设备不会超出其功能范围或进入意外状态。

— 安东尼X

您错过了重点。并不是说它们的制造不均，不是因为它们是恒定电流而不是恒定电压 ……而且还会根据寿命和结温而漂移……是非线性的，小的电压变化会引起大电流变化。向LED施加2.2V恒压，随机结果。应用20ma恒定电流，可预测的结果。考虑当前。

— 哈珀-恢复莫妮卡

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当电源电压接近LED的正向电压时，在LED上使用限流电阻是一个普遍的问题。您根本没有足够的开销来使电阻足够大，无法吸收二极管之间的正向电压差。

您还会遇到一个问题，即电池本身的范围会很大，新电池可能会超过3V。

通常，最好使用电流源而不是电压源来驱动LED。但是，即使那样，限流器也需要一定的裕量才能工作，而且半伏确实很紧。

有多种方法可以在您的所有约束下足够准确地进行此操作，但它会变得复杂且涉及成本，并且会更快耗尽电池。

原理图

^{模拟该电路 –使用CircuitLab创建的原理图}

这些年来，令人惊讶的是，似乎没有人将其放在一个简单的小型SOIC上。

但是，最终，除非您的要求对正向电流有严格要求，否则最好只扔另一个电池，以便标称值为4.5V并使用更大的电阻。

— 特雷弗
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@andre同意，请在Jonk的回答下查看我的评论。

— Trevor_G

一旦通过，这是最好的电路，可以用一个晶体管完成。我敢打赌，您也可以省略线性稳压器，而仅使用齐纳二极管或常规二极管正向偏置作为参考。

— mkeith

@mkeith ya二极管的问题是电池差异。

— Trevor_G

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@ChrisH是的，对于5V的旧LED来说，没关系。但是随着越来越多的低开销3.3V器件，他们现在肯定会很好。

— Trevor_G

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这就是为什么便宜的LED手电筒使用三节1.5V电池的原因。

— Agent_L

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听起来您好像在想问题。

例如，白色LED可能在通过它的电流中表现出的电压变化，其变化为。但是同一批次中的两个不同的白光LED可能会显示出很大的差异，只是彼此之间的差异较大。 $\frac{1}{4}\:\textrm{V}$ $\times\: 2$
此外，LED相当坚固，通常用于峰值电流远高于平均值的脉冲（多路）模式。他们通常可以很好地处理它。
最后，幸运的是，人类对亮度的认识是对数的。因此，LED中电流的变化是的倍数，意味着对亮度变化的感知变化几乎是无法察觉的（除非LED故意被两种不同的电流闪烁以使其更容易感知）。 $\times\:2$

因此，总的来说，当LED用作指示灯时，准确的电流水平通常并不那么重要。而且，LED两端的电压变化不会太大。

最主要的是确保设计中有足够的电压开销以使LED持续稳定地实际运行，并且调节电流的方法足以满足需求（可能意味着什么）并且不会花费太多的成本。 ..）不会占用太多空间（...），不会加热周围的物体，因此不应该（...）且不会消耗过多的电池电量（...），并且否则不会干扰其他设计规范（无论可能是什么。）

简而言之，通常还有太多其他问题值得担心。

[如果将LED用作三个RGB LED之一，并打算将其用作大型外部显示器中的LED像素，那么小心电流（可能不是很重要，取决于要求）可能非常重要。为了确保能够满足诸如“白平衡”之类的实际设计标准，在每个单独的LED中进行了校准。（除了在组装成RGB像素之前可能已完成的任何LED“装箱”。）

您提出了一个有关LED电流的问题，其中该问题使用了低架空电压，并通过让LED电压变化很大（我想可能会发生）来夸大了问题。不过，对于这种情况，有一个适度的解决方案我不能说任何人都愿意花3个BJT和一个电阻器来解决这个问题。但是，假设您实际上的设计目标是“低开销”控制和一致的电流控制，而不管LED电压如何变化。在这种情况下，最便宜的方法可能是使用当前镜像，如下所示：

原理图

^{模拟该电路 –使用CircuitLab创建的原理图}

即使进入饱和状态，仍将向LED传递相当稳定的电流（在1％左右），并且只有数百毫伏的开销。（缩短并删除其接地的集电极将意味着10％的变化进入饱和状态，这仍然并不可怕。） $Q_1$ $Q_3$

在开销较低的情况下，电阻器会形成非常差的电流调节器。就是这样。因此，根据情况，您可以选择是否接受。

$V_{CC}$

原理图

^{模拟该电路}

$V_{BE}$ $R_2$ $R_3$ $V_{CC}$ $R_3$ $V_{CC}$ $R_1$ $V_{BE}$ $R_2$ 因此在NPN的集电极中中始终至少有10％的电流（以您确定的最小允许。） $R_1$ $V_{CC}$

同样，这只是我一次有趣的演讲，并回应了讨论。适当使用匹配的BJT。还有其他方法，例如Wyatt，它在很宽的温度范围和范围内都是平坦的，如果我进行研究，它的工作温度可能低至并使用三个BJT （然后我可能会加上一面镜子。）但是，我不得不解释为什么要达到这个目的，并且取决于铜线和金属膜电阻器中每度电阻变化3300 ppm，这是其温度独立性的一部分。有一篇关于1990年代的文章。 $V_{CC}$ $2.5\:\textrm{V}$

— nk
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1

因为它是电流镜，所以该电路浪费的功率与传递给LED的功率一样多。有时这可能是一个真正的问题。

— mkeith

Q_{2}

$Q_2$

在仿真中，它确实保持了很好的调节。我认为这是一个错误。您确定要让Q3成为NPN，对吗？发射极接地，集电极连接到电流镜基极？这就是我模拟的方式。

— mkeith

1

@mkeith不要过分相信模拟。Q1和Q2永远不会完全相同，并且通常处于不同的温度下（上面Q1和Q2的所有电流都不同，如果您不想在Q2中浪费功率，这是常见情况）

— andre314 '17

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@ Trevor，使用三节碱性电池，随着电池放电，电压从4.5降至3V。如果Vf为2.5V，则意味着限流电阻两端的电压将从2V降至0.5V，LED电流变化4倍。这就是为什么我将使用带有两个二极管的电流源作为参考的原因。它将在电池电压范围内保持更好的调节。仅带有几个额外的电阻器。

— mkeith

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首先，您指定一个LED制造商和部件号。各部分之间的Vf范围将不如您建议的那样大（不是0.5V）。

第二，眼睛的亮度变化不容易被察觉。因此，您不必担心各个单元之间的细微差异。

第三，在可能的情况下，请从稳定的电压而不是电池为LED供电，以便消除一个变化的源。

第四，当唯一可用的电源是可变的（例如电池）时，可以使用电流源而不是使用电流限制电阻器来驱动LED。如果至少有一个稳压电压可用（即使它是低压），则很容易就可以仅使用一个晶体管和几个电阻器就可以制造出令人满意的电流源来驱动LED指示器。这很便宜，但是在空间受限的设计上确实会占用空间。

如果甚至没有一个稳压电压，您仍然可以使用两个串联的二极管作为参考电压来构成一个体面的电流源。

我不确定我是否是一名真正的工程师，但是在设计消费类产品时我必须做所有这些事情，而这就是我的处理方式。LED指示器真正为您带来的另一件事是，当重物导致电池电压下降时。例如，振动的电动机或扬声器可能会导致电池电压在某些产品上下降。从电池驱动LED时，该下垂可能会导致LED亮度明显闪烁或变化。这是改用电流源的另一个原因。

这是当LED由电池供电时的电流源，但是您有可用的GPIO信号，该信号来自稳压电压：

原理图

^{模拟该电路 –使用CircuitLab创建的原理图}

在上面的示意图中，只要GPIO由稳压电源供电，LED是由3.3V或VBATT供电还是无关紧要。我从另一个答案中复制了此内容。您可能需要调整发射极电阻以获得所需的特定电流。当没有太多可用开销时，您也可以降低R2，以使基极电压小于1V。

这是没有稳压电压时的电路：

原理图

^{模拟该电路}

在上述电路中，D1和D2用作参考电压。电压会变化，但不会像电池电压那样大。然后，在Q1的基极处的此恒定电压被利用为R3两端的恒定电压，从而获得恒定的集电极电流（除非VBATT非常低，否则晶体管将不会饱和）。我实际上并未在生产设计中完成此操作，但我相信它可以正常工作。

与简单的饱和开关相比，即使仅有足够的电压来保持LED点亮，两个电路都能很好地保持所需的电流。

以下是一些模拟结果，它们比较了带限流电阻的简单饱和开关（D1），分压器参考电路（D2）和两二极管参考（D5）。这是一个3V LED。请注意，在VBATT = 4.2V时，已将电阻值调整为9mA左右。

如您所见，带有分压器参考的电流源保持良好的性能，例如3.35V。因此，它仅需要约350mV的开销。

这两个二极管参考电路在低至3.45V的情况下仍保持了良好的性能，这大约是450mV的开销。

标准电路实际上根本无法维持稳定的电流。电流随电池电压线性下降。

还要注意，除了最大电池电压外，与所有标准电压相比，双二极管参考电路和分压器参考电路在所有电池电压下均具有更高的电流。

— 麦基思
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另请参阅我在其他一些问题中的答案：electronics.stackexchange.com/questions/281359/…–

— mkeith

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这些稳压器无法在3V电压下工作，而2.5V LED的裕量还不够。

— Trevor_G

@trevor，那是人们一直在想的。但是，它们在较低电压下的工作方式要比单个NPN作为具有限流电阻的饱和开关工作的方式更好。注意发射极电阻有多低。

— mkeith

该电路的全部目的是它需要更少的裕量来达到所需的电流。通常可用于驱动3.3V及以下的蓝色或白色LED。您无需将基极驱动至1V。可以将其偏置到较低的电压以获得余量。发射极电阻也必须改变。

— mkeith

Um 50欧姆将造成1.3V损耗，100欧姆将超过2。没有有用的伴侣，不是2.5V的LED。但是50R可以用于您的旧式传统LED。

— Trevor_G

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这是使用电阻器作为限流装置和电压源的常见问题，该电压源仅比LED工作电压范围小一小电压距离，并且LED正向电压范围如此之大。

首先要解释一下，LED的正向电压“范围”不是您可以选择以其操作的范围，在给定正确的电流（正向电流）的情况下，LED的工作电压范围可能是中频（此电压会因单位和批次之间）。

在不更改任何硬件的情况下，设计电路的正确电阻是使用vf范围（2.0v）中的最低可能电压进行计算，这意味着实际vf为2.0v的单元将以最大正向电流以及因此而产生的亮度，以及具有更高vf（> 2.0）的那些器件将以比此类LED的最大设计更低的电流和更低的亮度运行，但是至少该型号LED的任何单元都将在安全范围内运行。

因此，如果您想改善或纠正我给出的3个原因，例如，如果您的应用无法忍受LED的较低亮度，则可以执行以下任一操作：1）使用比简单电阻器更好的限流电路。有一些芯片可以做到这一点。2）使用高于正向电压的更高电压。3）使用正向电压规格范围较小的LED。

— 迪恩斯
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