# 第 07 课 LED 与限流电阻

先修：欧姆定律、KVL 与测量。用时：30 分钟。目标：为低电流红色 LED 选择串联电阻，说明计算的假设和参数余量。

## LED 不是固定电阻

LED 是发光二极管，正向导通时发光，电流与电压是非线性关系。对一个工作点做初算时，可把其正向压降 VF 当作一个近似值；这个值受型号、电流和温度影响，不能认为所有红灯恒为 2 V。

![3 V 电源 1 kΩ 电阻与红色 LED 的串联原理图](../assets/led.svg)

图中从正极经过 R1，进入 LED 阳极 A，再由阴极 K 回到 GND。符号的横线对应阴极，向外的小箭头表示发光。实物长短脚、外壳平边是常见识别线索，但剪脚后可能失效，以具体器件数据手册和极性测试为准。

## 从电压预算求电阻

电源电压分配给电阻和 LED：Vin = VR + VF。目标电流 I 下，R = (Vin − VF)/I。Vishay 的 [LED 串联电阻计算页](https://www.vishay.com/en/leds/resistor/) 也使用供电电压、正向压降和正向电流进行选取。

本例假定 Vin = 3.0 V、VF ≈ 2.0 V，选择 I ≈ 1 mA，得到 R ≈ 1 kΩ。电阻耗散 P = I²R ≈ 1 mW。选择 0.25 W 电阻在这个工作点有充足功率余量。不同 LED 在 1 mA 时亮度不同，第一次实验以验证电流与极性为目的。

如果换成 5 V 仍用 1 kΩ，同样假设 VF = 2 V，电流约 3 mA，电阻功率约 9 mW。这里改变的不是公式，而是元件分到的电压。

## 把典型计算变成边界计算

假设教学用 LED 的 VF 范围在所讨论工作区间内为 1.8～2.2 V，供电 2.7～3.3 V，电阻 1 kΩ ±5%。最大电流取高电源、低 VF、小电阻：Imax ≈ (3.3 − 1.8)/950 ≈ 1.579 mA。

最小电流取低电源、高 VF、大电阻：Imin ≈ (2.7 − 2.2)/1050 ≈ 0.476 mA。以上是给定假设下的保守估算，不是具体型号的保证值；实际设计须核对相应电流与温度下的曲线、额定电流和反向电压限制。

LED 不能省略限流电阻后直接跨接理想电压源。也不能把 GPIO 当成任何电流都能提供的电源；后续会学习引脚电流限制和晶体管驱动。

## 自检

1. 5 V、VF = 2 V，希望约 2 mA，电阻选多少？
2. 串联电阻放在 LED 阴极一侧，还能限流吗？
3. LED 不亮时，可不可以先短接限流电阻看是否变亮？

<details><summary>完成后查看答案</summary>

1. R = 3/0.002 = 1.5 kΩ，P = 6 mW。
2. 可以，这个单回路中的串联电流相同；但实际布局和测试点安排可能不同。
3. 不可以。先断电核对极性、接线和阻值，再测电源及电阻压降。短接电阻会失去限流。

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## 过关标准

能解释 R = (Vin − VF)/I 中每项含义，并说明 VF 是有条件的近似值。按 [LED 实验](12-lab-led.md) 用压降推算电流。

下一课：[电容与 RC 的时间行为](09-rc.md)。