一、發光二極管原理

　　發光二極管簡稱為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光二極管。在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數字顯示。砷化鎵二極管發紅光，磷化鎵二極管發綠光，碳化硅二極管發黃光，氮化鎵二極管發藍光。因化學性質又分有機發光二極管OLED和無機發光二極管LED。

　　它是半導體二極管的一種，可以把電能轉化成光能。發光二極管與普通二極管一樣是由一個PN結組成，也具有單向導電性。當給發光二極管加上正向電壓后，從P區注入到N區的空穴和由N區注入到P區的電子，在PN結附近數微米內分別與N區的電子和P區的空穴復合，產生自發輻射的熒光。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，則發出的光的波長越短。常用的是發紅光、綠光或黃光的二極管。發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。在某些半導體材料的PN結中，注入的少數載流子與多數載流子復合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉換為光能。PN結加反向電壓，少數載流子難以注入，故不發光。這種利用注入式電致發光原理制作的二極管叫發光二極管，通稱LED。 當它處于正向工作狀態時（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、發光二極管特性

　　與白熾燈泡和氖燈相比，發光二極管的特點是：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光）；抗沖擊和抗震性能好，可靠性高，壽命長；通過調制通過的電流強弱可以方便地調制發光的強弱。由于有這些特點，發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條條狀的發光管組成7段式半導體數碼管，每個數碼管可顯示0～9，10個阿拉伯數字以及A，B，C，D，E，F等部分字母（必須區分大小寫）。

　　三、發光二極管電阻計算方法

　　假設發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歐姆就已經很大了。單靠這些外加電阻是不穩定且不可靠的，你不可能在任何一家發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×R計算就可以算出電阻值，計算公式為：供電電壓12V-發光二極管壓降3V/15mA＝0.6K。如果有條件，可以測一下發光二極管的正向導通電壓值，用一個可調電壓源，串一個小電阻，再串聯上發光二極管，用萬用表測量發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光二極管的正向導通電壓值。

　　假設正向導通電壓值為3.5V，功率3瓦的發光二極管，外加最高4.2V的鋰電池，這時的最大電流應為：I=3W/3.5V=0.85A，最小串聯電阻應為：R＝（4.2－3.5）/0.85=0.82歐姆。或許你沒有合適的電阻，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×V＝1.4×3.5=4.9W。

　　你的發光二極管將工作在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，可能都會救你的發光二極管一命。當然了，對于各種不同功率、電壓范圍的發光二極管電阻，都可以參考上面的公式自己計算。

　　四、發光二極管的限流電阻的計算

　　發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、發光二極管電阻接法

　　發光二極管的最佳電源是恒流源，就象日光燈、節能燈要用鎮流器，氙燈、鈉燈最好用恒功率源，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。根據長期的實踐證明，使用恒源流，發光二極管才能更長期穩定的運作。下面小編就舉例說明發光二極管為何要用恒源流，發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LED燈組電壓）÷預設LED燈流

　　（2）用恒流源的接法：（耗電4.8W，節電20%）

　　方法一：每組并18燈加并1個保護穩壓管，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個保護穩壓管，后串18組，需電源60V，80mA

　　注：穩壓二極管的電壓值≈并聯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、估算每一組應并聯的燈數

　　190mA÷9mA/只≈21.1只（最多21，取小于并最接近它的整數）

　　190mA÷11mA/只≈17.2只（最少18，取大于并最接近它的整數）

　　每組LED并聯的燈數為18、19、20、21均可。

　　2、計算串聯組數

　　用總燈數分別除以18－21的整數，從中找到一個能整除的數。

　　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”是并聯數，“6”就是串聯組數，每組應并聯18個，然后串聯6組。

　　3、驗算

　　燈流：190mA÷18只≈10.6mA/只

　　燈壓：6組×3.3V/組≈20V

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