选择限流电阻

介绍

限流电阻器放置在电路中，以确保流过的电流量不超过电路可以安全处理的电流量。 当电流流过电阻时，根据欧姆定律，电阻上会产生相应的电压降（欧姆定律指出电压降是电流和电阻的乘积：V=IR）。 该电阻器的存在减少了可能出现在与电阻器串联的其他组件上的电压量（当组件“串联”时，电流只有一条路径，因此流过的电流量相同通过它们；这在通过右侧框中的链接提供的信息中得到了进一步解释）。

在这里，我们感兴趣的是确定与 LED 串联放置的限流电阻器的电阻。 电阻器和 LED 依次连接到 3.3V 电压电源。 这实际上是一个相当复杂的电路，因为 LED 是一种非线性器件：流经 LED 的电流与 LED 两端的电压之间的关系并不遵循简单的公式。 因此，我们将做出各种简化假设和近似。

理论上，理想的电压电源将提供任何必要的电流，以尝试将其端子保持在它应该提供的任何电压。 （然而，实际上，电压电源只能提供有限量的电流。）发光的 LED 通常具有大约 1.8V 至 2.4V 的压降。 为了使事情具体化，我们假设电压降为 2V。 为了保持 LED 上的这个电压量，通常需要大约 15 mA 到 20 mA 的电流。 再次为具体起见，我们假设电流为 15 mA。 如果我们直接将 LED 连接到电压源，则电压源会尝试在该 LED 两端建立 3.3V 的电压。 然而，LED 通常具有大约 3V 的最大正向电压。 试图在 LED 两端建立高于此的电压可能会损坏 LED 并消耗大量电流。 因此，电压源想要产生的电压与 LED 可以处理的电压之间的这种不匹配可能会损坏 LED 或电压源，或者两者都损坏！ 因此，我们希望确定限流电阻的电阻，该电阻将为我们提供大约 2V 的 LED 两端适当电压，并确保通过 LED 的电流约为 15 mA。

为了解决问题，使用原理图对我们的电路进行建模会有所帮助，如图 1 所示。

图 1. 电路原理图。

在图 1 中，您可以将 3.3V 电压源视为chipKIT™ 板。 同样，我们通常假设理想的电压源将提供电路所需的任何电流量，但chipKIT™ 板只能产生有限量的电流。 （Uno32 参考手册说单个数字引脚可以产生的最大电流量为 18 mA，即 0.0018 A。）为确保 LED 具有 2V 压降，我们需要确定电阻器两端的适当电压，我们会打电话给VR。 一种方法是确定每根电线的电压。 组件之间的连线有时称为节点。 要记住的一件事是，一根电线在其整个长度上具有相同的电压。 通过确定导线的电压，我们可以计算一根导线与另一根导线之间的电压差，并找出一个组件或一组组件上的电压降。

假设电源的负端处于 0V 电位，这很方便。 这反过来又使其对应的节点（即连接到电源负极的电线）为 0V，如图 2 所示。当我们分析电路时，我们可以随意分配 0V 的信号接地电压到电路中的一点。 然后所有其他电压都相对于该参考点。 （因为电压是两个点之间的相对量度，所以通常我们将电路中的哪个点指定为 0V 并不重要。我们的分析将始终产生相同的电流和相同的组件电压降。然而，它将电压电源的负端子指定为 0V 值是一种常见做法。）假设电压电源的负端子为 0V，并且考虑到我们正在考虑 3.3V 电源，则正极端子必须为电压3.3V（连接到它的电线/节点也是如此）。 鉴于我们希望 LED 两端的压降为 2V，并且 LED 底部为 0V，LED 顶部必须为 2V（与连接到它的任何电线一样）。

图 2. 显示节点电压的示意图。

节点电压如图 2 所示，我们现在可以确定电阻两端的电压降，稍后我们将进行。 首先，我们要指出的是，在实践中，人们经常将与组件相关的电压降直接写在组件旁边。 因此，例如，我们在知道它是 3.3V 源的电压源旁边写 3.3V。 对于 LED，由于我们假设电压降为 2V，我们可以简单地将其写在 LED 旁边（如图 2 所示）。 一般来说，给定元件一侧的电压和该元件上的电压降，我们总是可以确定元件另一侧的电压。 相反，如果我们知道一个元件任一侧的电压，那么我们就知道该元件上的电压降（或者我们可以简单地通过取任一侧的电压差来计算它）。

因为我们知道连接到电阻器（Wire1 和 Wire3）两侧的导线的电位，所以我们可以求解它两端的电压降 VR：

代入已知值，我们得到：

计算出电阻器上的压降后，我们可以使用欧姆定律将电阻器的电阻与电压联系起来。 欧姆定律告诉我们 1.3V=IR。 在这个等式中，似乎有两个未知数，电流 I 和电阻 R。起初，如果 I 和 R 的乘积为 1.3V，我们似乎可以将它们设为任意值。 然而，如上所述，当其两端的电压为 15V 时，典型的 LED 可能需要（或“汲取”）大约 2 mA 的电流。 因此，假设 I 为 15 mA 并求解 R，我们得到

实际上，很难获得电阻精确为 86.67 Ω 的电阻器。 也许可以使用可变电阻器并将其电阻调整到该值，但这将是一种有点昂贵的解决方案。 相反，通常只要有一个大致正确的阻力就足够了。 您应该会发现大约一到两百欧姆的电阻工作得相当好（这意味着我们确保 LED 不会消耗太多电流，但限流电阻器不会太大以防止 LED从照明）。 在这些项目中，我们通常会使用 220 Ω 的限流电阻器。

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