LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

1， LED燈簡(jiǎn)單介紹：

LED即為我們常見的發(fā)光二極管，如下圖(圖1)。

圖1

LED在電路圖中的標(biāo)記如下圖(圖2)。

圖2

2， LED燈電氣特征：

1， 單向?qū)ㄐ?：

常見的LED發(fā)光二極管都有兩個(gè)引腳，其中長(zhǎng)的引腳接電源正極，為電流進(jìn)入LED的引腳，短的接電源負(fù)極，為電流離開LED的引腳。如果LED正向?qū)?圖3)，此時(shí)LED電阻基本為零，LED導(dǎo)通發(fā)光，如果LED反向?qū)?圖4)，此時(shí)LED電阻可理解為無窮大，LED無電流通過，LED不發(fā)光。

圖3

圖4

2， LED電路分析

圖5

1，近似分析：

如上所述， LED正向?qū)纯衫斫鉃?a target="_blank">電阻為零， 反向?qū)娮铻闊o窮大，故分析電路(圖五)， 10V電壓加在發(fā)光二極管D與100歐姆電阻R1上面，此時(shí)D正向?qū)ǎ娮铻榱悖?故該電路電流為：

2, 二階近似：

我們可以這樣理解，所有正向?qū)ㄕ９ぷ鞯陌l(fā)光二極管其兩端電壓恒定為0.7V， 故以上電路我們可以進(jìn)一步分析，D二極管兩端分壓0.7V， 故電阻R1兩端電壓為 10 - 0.7 = 9.3V， 故電路電流為：

二階近似也是在大部分電路設(shè)計(jì)中被普遍使用的。

3，高階近似：

因?yàn)槎O管正向?qū)ㄒ彩谴嬖陔娮璧?體電阻)， 故我們?cè)谀承┬枰浅＞_的電路計(jì)算的時(shí)候我們需要考慮這種體電阻，一般這種體電阻都會(huì)在二極管技術(shù)手冊(cè)提及。

3， LED電路設(shè)計(jì)思路

1，限流電阻的使用

一般的51單片機(jī)的輸出電壓只有5V左右，一般3mm發(fā)光二極管正常工作電流在5~20mA之間，如果按照二階近似，二極管分壓0.7V，那么剩下的4.3v電壓將全部施加在導(dǎo)線電阻上面，這樣導(dǎo)線的電流將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于20mA， 這樣很容易燒壞發(fā)光二極管，故我們需要給每個(gè)發(fā)光二極管串聯(lián)一個(gè)限流電阻，我們假設(shè)需要的是20mA的電流， 5V的驅(qū)動(dòng)電壓有0.7V被二極管分壓，4.3V將加到我們的限流電阻上面故可知，限流電阻電壓為4.3V，電流為20mA，故根據(jù)歐姆定律，很容易得出，限流電阻大小為215歐姆， 所有我們需要給每個(gè)二極管加上一個(gè)215歐姆是限流電阻，當(dāng)然，實(shí)際設(shè)計(jì)電路的時(shí)候215歐姆的電阻一般很難找到，故可以提高電阻到300歐姆，因?yàn)槲覀冇?jì)算的工作電流是20mA, 但是一般5~20mA都可以正常工作。

2，三級(jí)管的使用

由于單片機(jī)本身的驅(qū)動(dòng)功率有限，如果直接使用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)多個(gè)LED燈將可能存在電壓輸出不穩(wěn)定的情況，所以我們要使用三極管來放大單片機(jī)驅(qū)動(dòng)的電流， 具體關(guān)于三極管的電路分析我們留著本文最后面介紹。

4， 成品電路及相關(guān)分析

(圖6，最終電路圖)

以上為一個(gè)典型的共陰極的LED驅(qū)動(dòng)電路，其中一共引出10條腿，8條接單片機(jī)IO口，一條接電源正極，一條接地(也就是接電源負(fù)極)。

1，三極管的分析：

在此我先簡(jiǎn)單介紹三極管在電路中的電路分析， 我們先看下圖。

其中C引腳為集電極，B引腳為基極，E引腳為發(fā)射極， 三極管內(nèi)部的電流關(guān)系為：

即，集電極到發(fā)射極的電流等于β倍基極到發(fā)射極的電流， 也就是說，基極到發(fā)射極的電流被擴(kuò)大的β倍，然后從發(fā)射極流出，β的大小從10到300不等,β的大小從10到300不等， 我們可以試著分析以下電路,β的大小從10到300不等。

我們?cè)囍治錾厦娴碾娐穲D，因?yàn)槲覀兛梢园鸦鶚O到發(fā)射極三極管部分理解成一個(gè)二極管，所以BE分壓0.7V，所以R上面的電壓為9.3V，因?yàn)镽為1K歐姆, 固根據(jù)歐姆定律得，R上電流為9.3mA, 因?yàn)檫@部分電流包括三極管的基極和集電極電流，假設(shè)三極管β值為100， 固基極電流是集電極電流的100分之1，固基極電流大概為0.093mA， 固此時(shí)基極電流很小，但是加在我們的電阻上的電流卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于基極電流。

此處只是對(duì)于三極管的簡(jiǎn)單介紹，具體的介紹以后我再寫一篇專門的博客了。

現(xiàn)在我們回到我們的電路上面。

當(dāng)P00引腳高電平輸出時(shí)，就會(huì)有20mA左右的電流流過二極管D1, 此時(shí)三極管Q1的基極，P00只有 20mA / β， 如果β等于100， 此時(shí)基極電流為0.2mA,這樣實(shí)際流過單片機(jī)的電流就只有0.2mA, 如果八個(gè)LED都點(diǎn)亮，單片機(jī)本身承載的電流也只有0.2 * 8， = 1.6mA, 還不及沒有三極管時(shí)的一個(gè)二極管的電流大，這樣我們的單片機(jī)就能承受驅(qū)動(dòng)8個(gè)二級(jí)管產(chǎn)生的電流。

八個(gè)LED都點(diǎn)亮，單片機(jī)本身承載的電流也只有0.2 * 8， = 1.6mA, 還不及沒有三極管時(shí)的一個(gè)二極管的電流大，這樣我們的單片機(jī)就能承受驅(qū)動(dòng)8個(gè)二級(jí)管產(chǎn)生的電流。

以上文章為我本人對(duì)于LED驅(qū)動(dòng)的看法，如有錯(cuò)誤之處，還望各位讀者指出。