科目：
- 介紹
- LED 的操作
- 導通電壓與 LED 顏色的關係
- 控制方式
- 多色 LED
介紹：
LED是一種常用的發光半導體元件。 LED代表：Light Emitting Diode，意思是：發光二極體。 LED於1962年發明後，主要用作指示燈和訊號傳輸。 自 90 世紀 XNUMX 年代末期以來，技術的發展使得生產日常使用的 LED 成為可能。 在汽車技術中，LED 經常用作儀表照明（儀表板）、外部照明（尾燈）或主照明（前燈），因為與白熾燈和鹵素燈相比具有以下優點：
- 能耗低：與其他類型的燈相比，在相同的光強度下，LED 消耗的能源要少得多。 LED 的效率非常高，高達 80%；
- 安全性：白熾燈大約需要200毫秒來加熱燈絲並發光。 LED 不需要預熱階段，這意味著 LED 可以更快達到其光強度（小於 1 毫秒）。 當LED被用作煞車燈時，煞車會更早被察覺，並對停車時間產生正面影響；
- 發熱量低：由於 LED 幾乎不發熱，因此燈殼可以做得更小，並且可以使用耐熱應力較差的更便宜的材料；
- 使用壽命長：LED 的使用壽命大約相當於整輛車的使用壽命。 如果發現 LED 有缺陷，通常可以在其他地方找到原因，例如列印路徑中斷或控制不正確。 LED 的亮度會隨著一定的燃燒時間而降低。
下圖顯示了二極體的符號，「陽極」和「陰極」兩側上方有附加文字。 LED的符號與二極體幾乎相同，但增加了兩個向上的箭頭，表示光輻射。 電流方向與二極體一樣，沿箭頭方向。 垂直筆劃是相反的方向。 如果電流以箭頭方向流過 LED，它就會亮。 相反，它會被阻擋，因此不會發光。
LED 的操作：
就像「普通」二極體一樣，LED 由兩個半導體層組成：
- 負層（n層）含有過量的電子；
- 正極層（p層）缺少電子。
p層電子的短缺可以看作是空穴數量過剩。 在p-n接面（耗盡層）中，n層中多餘的電子將填滿p層中的間隙。 目前還沒有電流流動，因此 np 結中的電荷呈現中性。
為了使電流流過二極體，必須先克服耗盡區的內部電壓。 這就是所謂的二極體的擴散電壓或閾值電壓。 當電壓增加時，電子電流將能夠從n層流向p層。 然而，在耗盡層中，其中一些電子被電洞捕獲。 這些電子以閃光的形式釋放部分能量。 產生的光可以透過薄 p 層逸出。 光的強度由電流決定：電流越強，光越強。
價電子從負層跳躍到正層提供了二極體發出的光。
導體電壓與 LED 顏色的關係：
LED 有三種顏色：紅、綠、藍。 用這三種基本顏色混合可以得到其他顏色。 n 層和 p 層的材料成分決定了電子和電洞的能量大小。
- 低能電子比高能電子將更少的能量轉換為光輻射；
- 紅光的能量比藍光少；
- 紅色是由低能量電子產生的，藍色是由高能量電子產生的。
無法生產白光 LED。 透過在藍色 LED 上添加額外的螢光層，部分藍光會轉換為黃光。 藍光和黃光的混合物被人眼感知為白光。 透過調整黃光和藍光之間的混合比例，您可以發出暖白光或冷白光。
在特性中，我們看到耗盡區中產生的電壓，因此是相關顏色 LED 的導通電壓。 當電流通過 LED 時，會出現幾乎恆定的壓降。
控制方法：
在汽車技術中，我們可以使用 LED 串聯電阻 或串聯電路，使我們達到所需的控制電壓。
帶串聯電阻的 LED：
如果我們將 LED 直接連接到電池的正極和負極，LED 就會立即失效。 總應該有一個 串聯電阻 與 LED 串聯放置。
串聯電阻的值由兩個因素決定：電流和電源電壓。 當工作電壓達到 1,5 伏特並且流過大約 20 mA 的電流時，紅色 LED 就會亮起。
提供的電源電壓取決於應用。 在汽車產業，電壓可以是 5 伏特，也可以是 12 伏特或 24 伏特。 所需的電阻可以使用歐姆定律來確定。 從電源電壓中減去工作電壓，然後除以電流。
- 當電源電壓為 5 伏特時，紅色 LED 需要一個 (5 - 1,5) / 0,02 = 175 歐姆的串聯電阻。
- 電源電壓為 12 伏，紅色 LED 為：(12 – 1,5) / 0,02 = 525 歐姆（電阻高一倍）。
我們主要在改裝 LED 照明 (retrofit) 中遇到具有串聯電阻的 LED。 LED 的快速開關時間和亮度可能是用 LED 取代白熾燈的原因之一。 您不必為了能源效率而這樣做，因為串聯電阻也會導致功率損耗，在某些情況下，功率損耗與原始燈的功率耗散一樣大。
串聯 LED：
透過串聯LED，無需串聯電阻或串聯低阻值電阻。 LED 本身的內阻確保電源電壓在串聯電路中的 LED 之間分配。 串聯的LED越多，串聯電阻就可以做得越小。 圖中，六個LED串聯，兩排並聯。
串聯連接的 LED 存在於尾燈單元或第三煞車燈單元中。 這是汽車技術中常用的控制方法。
調節光強度：
透過微控制器，我們可以透過脈衝來控制 LED。 我們稱之為： 脈衝寬度調製（PWM）.
佔空比決定 LED 被啟動的時間。 透過在 3,3 伏特和 0 伏特之間高速交替開關脈衝，LED 以較低的亮度點亮。
這種控制方法在具有多種功能的燈泡上是一樣的，例如：
- 開燈時亮度50%；
- 100% 亮燈，煞車燈亮。
在 Arduino 的實際設定中，您可以嘗試對 Arduino 上的 LED 或外部連接的 LED（配備串聯電阻）進行 PWM 控制。
多色 LED：
所有顏色都可以由紅、綠、藍三種基本色組成。 透過組合兩個或三個 LED 可以充分利用這一點。 下面顯示了透過電路獲得多種顏色的三個原理。
二色LED：
此圖顯示了兩個並聯的 LED，具有反向和正向連接。 電流方向決定哪個 LED 亮起：綠色（頂部）或紅色（底部）。極性由外部電路或 ECU 反轉。
三基色LED：
該圖還顯示了兩個並聯的 LED。 在電路中，電源電壓可以施加到兩個 LED（綠色或紅色）之一，或同時施加到兩個 LED。 在這種情況下，會發生顏色混合，紅色和綠色 LED 變為黃色。
RGB LED：
對於 RGB LED，三個 LED（每個 LED 都有自己的顏色）安裝在一個外殼中。 顏色可以單獨控制。 為了控制 RGB LED，需要三個 PWM 控制，它們在每個電源引腳上產生可調節的開/關比率。 除了不同的顏色之外，光的強度也可以調整。
在下圖中，我們看到三個 LED，每個 LED 都有自己的陽極連接（A1 至 A3）和一個公共陰極。
