LED 在完全打开之前需要最低电压。该电压随 LED 的类型而变化，但通常在 1.5V - 4.4V 附近。一旦达到此电压，电流将随电压迅速增加，仅受 LED 小电阻的限制。因此，任何高于此值的电压都会导致非常大的电流通过 LED，直到电源无法提供足够的电流并且其电压下降，或者 LED 被损坏。

以上是 LED 的电流-电压关系示例。由于电流随电压上升如此之快，通常我们可以通过假设 LED 两端的电压是一个恒定值来简化我们的分析，而不管电流如何。在这种情况下，2V 看起来是正确的。

直接穿过电池

没有电池是完美的电压源。随着其端子之间的电阻减小，并且电流消耗增加，电池端子处的电压将降低。因此，电池可以提供的电流是有限度的。如果电池不能提供太多电流来破坏您的 LED，并且电池本身不会因提供这么大的电流而被破坏，那么将 LED 直接放在电池上是最简单、最有效的方法。

大多数电池不符合这些要求，但有些纽扣电池可以。您可能从LED throwies中了解它们。

串联电阻

限制 LED 电流的最简单方法是串联一个电阻器。我们从欧姆定律知道，通过电阻器的电流等于通过电阻器的电压除以电阻。因此，电阻器的电压和电流之间存在线性关系。将一个电阻器与 LED 串联可以使上面的电压-电流曲线变平，这样电源电压的微小变化就不会导致电流急剧上升。电流仍会增加，只是不会急剧增加。

电阻器的值很容易计算：从电源电压中减去 LED 的正向电压，这就是电阻器两端的电压。然后，使用欧姆定律找到获得 LED 所需电流所需的电阻。

这里最大的缺点是电阻器通过将电能转换为热量来降低电压。我们可以使用以下任何一种来计算电阻器中的功率：

$P = IE$
$P = I^2 R$
$P = E^2/R$

电阻器中的任何功率都是不用于发光的功率。那么为什么我们不让电源电压非常接近 LED 电压，这样我们就不需要一个很大的电阻，从而减少我们的功率损耗呢？因为如果电阻太小，它就不能很好地调节电流，而且我们的电路会随着温度、制造变化和电源电压的变化而受到很大的电流变化，就像我们根本没有电阻一样。根据经验，至少 25% 的电压应通过电阻器下降。因此，使用串联电阻器的效率永远无法超过 75%。

您可能想知道是否可以将多个 LED 并联，共享一个限流电阻。可以，但结果不稳定，一个 LED 可能会占用所有电流并损坏。请参阅为什么不能将单个电阻器用于许多并联 LED？.

线性电流源

如果目标是为 LED 提供恒定电流，为什么不制作一个主动调节 LED 电流的电路呢？这称为当前源，这里是您可以使用普通部件构建的示例：

它是这样工作的：Q2 的基极电流通过 R1。当 Q2 开启时，大电流流过 D1、Q2 和 R2。当该电流流过 R2 时，R2 上的电压必须增加（欧姆定律）。如果 R2 两端的电压增加到 0.6V，则 Q1 将开始导通，从 Q2 窃取基极电流，限制 D1、Q2 和 R2 中的电流。

因此，R2 控制电流。该电路通过将 R2 两端的电压限制在不超过 0.6V 来工作。因此，要计算 R2 所需的值，我们可以使用欧姆定律找到在 0.6V 时为我们提供所需电流的电阻。

但是我们得到了什么？现在，任何多余的电压都只是在 Q2 和 R2 中下降，而不是串联电阻。效率并不高，而且复杂得多。我们为什么要打扰？

请记住，对于串联电阻器，我们需要至少 25% 的总电压通过电阻器来获得足够的电流调节。即便如此，电流仍会随着电源电压的变化而略有变化。使用该电路，在所有条件下电流几乎不随电源电压变化。我们可以将许多 LED 与 D1 串联，这样它们的总电压降就是 20V。然后，我们只需要为 R2 再提供 0.6V 电压，再加上一点电压，以便 Q2 有工作空间。我们的电源电压可能是 21.5V，而我们在不是 LED 的东西上只浪费了 1.5V。这意味着我们的效率可以接近。这比我们可以通过串联电阻获得的 75% 好得多。$20V / 21.5V = 93 \%$

开关模式电流源

对于最终解决方案，有一种方法可以（至少在理论上）以 100% 的效率驱动 LED。它被称为开关模式电源，并使用电感器将任何电压转换为驱动 LED 所需的电压。这不是一个简单的电路，我们不能让它在实践中完全 100% 有效，因为没有真正的组件是理想的。然而，如果设计得当，这可以比上述线性电流源更有效，并在更宽的输入电压范围内保持所需的电流。

这是一个可以用普通零件构建的简单示例：

我不会声称这种设计非常有效，但它确实有助于展示操作原理。以下是它的工作原理：

U1、R1 和 C1 生成方波。调节 R1 可控制占空比和频率，从而控制 LED 的亮度。

当输出（引脚 3）为低电平时，Q1 开启。电流流过电感器 L1。该电流随着能量存储在电感器中而增长。

然后，输出变高。Q1 关闭。但是电感器充当电流的飞轮。在 L1 中流动的电流必须继续流动，而唯一的方法是通过 D1。存储在 L1 中的能量转移到 D1。

输出再次变低，因此电路在将能量存储在 L1 和将其转储到 D1 之间交替。所以实际上，LED 快速闪烁，但在 25kHz 左右，它是不可见的。

关于这一点的巧妙之处在于，我们的电源电压是多少或 D1 的正向电压是多少并不重要。事实上，我们可以将许多 LED 与 D1 串联，即使 LED 的总正向电压超过电源电压，它们仍然会发光。

通过一些额外的电路，我们可以制作一个反馈回路来监控 D1 中的电流并为我们有效地调整 R1，因此 LED 将在很宽的电源电压范围内保持相同的亮度。方便，如果您希望 LED 在电池电量不足时保持明亮。用微控制器替换 U1 并在这里和那里进行一些调整以提高效率，你真的有一些东西。

还有另一种方式，不太常见。对一个 LED 有好处，非常简单，你可以向它扔大约 4v 到 20v 的任何电压，它很高兴地为 LED 提供了相当恒定的电流。

蓝色是输入电压，20v 到 4v。绿色是流向 LED 的电流，大约 12mA。红色是 JFET 消耗的功率，数据表在这里。

这是您可以使用的 LED 驱动器选项的集合。

^{模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图}

I understand that I can not connect an LED directly to a battery because it will draw too much current

这并不完全正确——因为它取决于很多因素。

LED的问题在于：

1. 一旦它们开始导电，电压的一点点增加就会产生电流的巨大增加。使用正确的组合，这可能意味着损害。

2. 随着 LED 升温，它们的正向压降下降，从而导致通过 LED 的电流上升。进而导致LED上的功耗上升，LED发热，从而导致恶性循环。

因此，避免这种情况的一种方法是引入负反馈，这样当 LED 中的电流上升时，LED 两端的电压就会下降。有很多方法可以做到这一点。电阻器、传感器、主动控制等。