# 实验二 设计并验证一个 LED 指示灯

先修：第 00～07 课。预计 45 分钟。目标：从 LED 的串联电阻压降推算电流，核对电压预算并排查不亮的原因。

## 材料和准备

沿用两节 AA 电池盒、万用表、面包板，增加 1 kΩ、0.25 W 电阻和普通红色 LED。先确认 LED 型号、阳极 A 与阴极 K、额定正向电流和反向电压限制；本实验使用约 1 mA 的低电流工作点，实际亮度取决于器件。选择适合这一工作点的器件，有疑问就先完成纸面设计。

![电阻与 LED 串联的三个节点](../assets/led.svg)

正极 Vin → R1 → LED 阳极 A → LED 阴极 K → 电池负极 GND。即使图中把电阻画在 LED 前面，限流也来自整个串联回路，而不是“先让电流经过谁”。

## 设计预测

按 3.0 V 电源、LED 正向压降约 2.0 V 估算，1 kΩ 电阻电流约 1 mA，压降约 1.0 V，功率约 1 mW。实际测到的 VF 可能不同，记录它再计算，不要为了凑成 2.000 V 反复改线。限流计算方法参见 [Vishay LED 电阻计算](https://www.vishay.com/en/leds/resistor/)。

## 接线与验证

1. 断电，独立测 R1 阻值。按器件资料确认 LED 极性，首次不靠试错反接来判断。
2. R1 跨 E5 与 E10，LED 阳极接 D10，阴极接 D15；电池正接 A5，负接 A15。检查两个 LED 引脚没有插在同一组相通孔内。
3. 表回到直流电压档，红笔 V/Ω、黑笔 COM。检查限流电阻确实在串联回路中，再接通电源。
4. 黑笔接 GND，测 Vin 和 LED 阳极电压 VF；然后红笔接 Vin、黑笔接 LED 阳极测 VR。
5. 用 I ≈ VR/R实测 推算电流，检查 Vin ≈ VR + VF。各读数分时测量，电源变化和测量分辨率会让等式存在小误差。
6. 断电。可以将 R1 改为 2.2 kΩ 后再测，比较电流和亮度趋势；不要短接 R1，不要超过器件额定电流。

## 实验记录

| R 实测 | Vin 实测 | VR 实测 | VF 实测 | I = VR/R | 现象 |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| 留待实测 | 留待实测 | 留待实测 | 留待实测 | 留待计算 | 留待观察 |

光很弱不等于没有电流；人眼对亮度的感知也不与电流严格成正比。以电压、电流及器件规格判断工作点。

## 不亮时的检查顺序

先量电池电压，然后断电查节点连通、R1 阻值和 LED 极性。若 VR 近零，说明串联电流很小，可能是开路、反接或供电不足；若 VR 接近 Vin 且 LED 两端近零，可能 LED 被旁路线短接或损坏。读数只是定位线索，逐项核实，不凭一个读数给器件判死刑。

异常发热或异味立即断电。反接行为与器件反向额定值有关，不能以“这次没坏”推断允许长期反接。

## 验收与复盘

独立说明电阻如何选、测量如何接、实测电流如何算，并列出一个预测与实际的差异来源。无设备时只完成纸面验算，将实测标为待完成。

思考：假设 Vin 实测 3.08 V、VR 实测 1.12 V、R 实测 990 Ω，估算电流和 VF。

<details><summary>查看复盘答案</summary>

I ≈ 1.12/990 ≈ 1.131 mA；VF ≈ 3.08 − 1.12 = 1.96 V。这是一组练习用假设数据，不是代替你的实验记录。

</details>

下一步：[阶段考核](13-checkpoint.md)。