本文主要是關于發光二極管的相關介紹，并著重對發光二極管的原理及其電路進行了詳盡的闡述。
發光二極管的發光原理分析
發光二極管簡稱為LED。由鎵（Ga）與砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二極管，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。磷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一定的電流后，電子與空穴不斷流過PN結或與之類似的結構面，并進行自發復合產生輻射光的二極管半導體器件。
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。
發光二極管的作用
發光二極管（LED）是一種由磷化鎵（GaP）等半導體材料制成的、能直接將電能轉變成光能的發光顯示器件。當其內部有一定電流通過時，它就會發光。圖一是共電路圖形符號。
發光二極管也與普通二極管一樣由PN結構成，也具有單向導電性。它廣泛應用于各種電子電路、家電、儀表等設備中、作電源指示或電平指示。
（1）發光二極管用作指示燈電路。發光二極管的典型應用電路如圖所示。R為限流電阻，I為通過發光二極管的正向電流。發光二極管的管壓降一般比普通二極管大些，約為2V，電源電壓必須大于管壓降，發光二極管才能正常工作。
發光二極管用于交流電源指示燈電路如圖二所示。VD1為整流二極管，VD2為發光二極管，R為限流電阻，T為電源變壓器。
（2）發光二極管用作光發射管。在紅外遙控器、紅外無線耳機、紅外報警器等電路中，紅外發光二極管擔任光發射管，電路如圖三所示，VT為開關調制晶體管，VD為紅外發光二極管。信號源通過VT驅動和調制VD，使VD向外發射調制紅外光。
發光二極管電路
電路目標：220交流輸入實現在開關按下時發光二極管亮
操作對象及其技術參數：普通發光二極管，一般發光二極管的正向導通工作典型電壓（Forward Voltage）為3.3V，正常工作電流（Forward Current）為5-20mA，在這里電流計算以10mA為準。
設計因素：1.發光二極管工作時正向壓降電壓 2.發光二極管工作時流過的電流
先滿足供電電源的要求必須大于3.3伏，要使二極管在工作時電流的大小為10mA，則需要在發光二極管上串聯電阻，如下圖所示
該電阻在這里的作用是限流至10mA。
發光二極管端供電電源參數
在直流電源的選擇上從性質上可以選擇的是電壓源型和電流源型電源
電壓源型電源：維持電壓不變，電壓源可以關斷。
電流源型電源：維持電流不變，與負載無關，要保持通路狀態，一旦開路由于電流源要維持電流的恒定在極間空氣上形成高壓發生擊穿。在此應用中，首先發光二極管不可能串聯到電流源回路中，只能是并聯，發光二極管工作時可以將短路回路先斷開，關斷時，短路回路閉合，并且電源的非理想性，存在電源內阻，電流源又必須通路，從能耗的角度上講也不適合此應用。
在此選用直流電壓源對發光二極管端進行供電，之后涉及到電壓源大小的選擇，像貨幣的面額一樣電源不可能將每種大小的電源都設計出來，在實際應用中主要規格有3.3V，5V，12V，24V，48V直流電壓源，由于二極管的導通壓降已經有3.3V，有考慮到減少功耗，這里選擇5V直流電壓源。
限流電阻阻值及其功率
回路電流 i=10mA，發光二極管正向導通壓降為3.3V，電壓源為5V，可以得到限流電阻的阻值為170歐，功率為0.017W。
5V直流電壓源的獲得
這里選用LM7805穩壓模塊，發光二極管端的回路如下圖所示
LM7805穩壓模塊參數：
1. LM7805工作電流就是發光二極管的電流10mA
2. 功率是（Vin-Vout）*i
3. LM7805要求判斷因素：1.工作電壓 2.功率
工作電壓下圖所示
在Vin上電壓選取的范圍是12-25伏之間，選取一般常用的電壓12伏和24伏，以24伏計算LM7805功率為0.2W，可以保證工作時不發熱，如果穩壓模塊的壓差過大則使得功率較大而發熱，可以采取散熱處理，或者使用多個穩壓模塊，由多個穩壓模塊組成的電壓源的工作電流還是負載電流。
發光二極管回路的電源濾波
電壓源濾波處理：5V電源的電壓有紋波，相當于將電容看成一個水缸，帶有脈動的電壓對電容充電，電壓減少時由于電容可以補償電壓下降而造成的波動，從而減少脈動的紋波，通常該電容是電解電容，對于小電壓源一般不會產生浪涌電壓即dU/dt很大的情況，則不需要在電解電容邊上接瓷片電容，去除浪涌。 對于電解電容的電容計算：C=IL/（?U×f_充 ），之后的濾波電容計算是按照最初電源的頻率計算，經過整流橋之后倍頻，計算值加以一定余量。
濾波電容如下圖所示
整流橋電源：
整流橋作為電源輸入時，對于含有大電容的濾波（且沒有負載時）的整流橋正負極之間的電壓有效值為1.414Uin，在濾波電容后接入負載時電容進行充放電使得電壓有所下降。增加瓷片電容濾去浪涌電壓（利用電容兩端的電壓不可突變的性質）保證后面電路的工作的安全性，一般為104瓷片電容即可。整流橋輸出的直流電壓為24V，輸出整流橋的交流輸入為AC16V，AC16V由220交流輸入經變壓后通過接線端子接入發管二極管驅動電路。
主電路由下圖所示
模塊參數計算及其選型封裝
整流橋模塊
1. 整流橋二極管所能承受的反向電壓（根號二倍 的電容電壓）
2. 整流橋每只二極管流過的平均電流
限流電阻模塊
可選的封裝形式是直插式和貼片式，對貼片式的封裝也有不同類型對應著不同的功率，先確定電阻是直插式還是貼片式，最后根據功率選擇對應的封裝形式（留一定余量）。
濾波電容模塊
濾波電容的C相當于水缸的底面積，Q相當于水的體積，U相當于水缸的高度，電容后的負載電路需要向電容抽取電流也就是抽取電荷（相當于水缸中的水），導致水缸高度U下降，同時電壓源對電容充電補充水缸高度（條件是電壓源電壓在瞬態大于電容電壓才能將電荷注入電容），故紋波的產生是必然的，但是可以通過高頻充電和增大C減小紋波。如果沒有濾波電容，脈動電壓直接供給負載，會造成電壓的不穩定，影響工作，濾波穩定了電壓的同時間接保證電流的穩定。
結語
關于發光二極管的原理及其電路介紹就到這了，希望通過本文能讓你對發光二極管有更深的認識。