我有一个带有 GPIO 的 IC，我想用它来驱动 LED。
由于设备将耗尽电池电量，因此优先考虑在 LED 关闭时保持低功耗（可能为零）。
GPIO 开启时提供 3.3V，关闭时提供 0.0V 投票。
它还具有最大 4mA 的限制。
LED 具有 20mA 的正向电流和 2.0V 的所需正向电压。
当 LED 打开时，它很可能会在低千赫兹范围内闪烁（使用 PWM）。
在四处寻找之后，我相信这可能是我需要的电路类型。
问题 1：我是否已经接近正确的轨道。
问题 2：第 (5) 项（晶体管或 Mosfet）使用的正确组件是什么，我该如何找到一个（在当地的 Frys、RadioShack、在线）以及如何识别（指定）？
问题3：第(5)项的选择对第(3)项电阻的欧姆值有影响吗？除了 3.0V 电源和 2.0V LED 的正常欧姆定律。
问题 4：如果需要，电阻器项目 (2) 的欧姆值是多少。
您展示的电路应该可以工作，但是不必要地复杂且昂贵。这里有一些更简单、更便宜的东西：
几乎任何你能找到的小型 NPN 晶体管都可以发挥这个作用。如果晶体管的 BE 压降为 700 mV，则 LED 会下降 2.0 V，那么当 LED 亮起时，R1 上将有 600 mV。在本例中，这将允许 17 mA 电流流过 LED。如果您可以忍受 LED 发出的较低光并希望节省一些电量，请提高电阻。
该电路的另一个优点是晶体管的集电极可以连接到高于 3.3 V 的电压。这不会改变通过 LED 的电流，只会改变晶体管上的电压降，从而改变它的耗散量。如果 3.3 V 来自小型稳压器并且 LED 电流会增加显着负载，这将很有用。在这种情况下，将集电极连接到未调节的电压。晶体管实际上成为 LED 的稳压器，LED 电流将来自未稳压的电源，不会用完 3.3 V 稳压器的有限电流预算。
我看到这个电路的工作原理以及为什么没有基极电阻有些混乱。
该晶体管用于射极跟随器配置以提供电流增益，而不是电压增益。来自数字输出的电压足以驱动 LED，但无法提供足够的电流。这就是为什么电流增益有用但电压增益不是必需的原因。
让我们看一下这个电路，假设 BE 压降固定为 700 mV，CE 饱和电压为 200 mV，增益为 20。除了增益较低之外，这些都是合理的值。我现在故意使用低增益，因为我们稍后会看到晶体管只需要最小增益。只要增益在最小值到无穷大之间，该电路就可以正常工作。因此，我们将分析小信号晶体管的不切实际的低增益 20。如果一切正常，我们对你会遇到的任何真正的小信号晶体管都很好。例如，在这种情况下，我展示的 2N4401 可以指望具有大约 50 的增益。
首先要注意的是晶体管不能在这个电路中饱和。由于基极被驱动至最多 3.3 V，由于 700 mV BE 压降，发射极永远不会超过 2.6 V。这意味着整个 CE 始终至少有 700 mV，远高于 200 mV 饱和水平。
由于晶体管始终处于其“线性”区域，因此我们知道集电极电流是基极电流乘以增益。发射极电流是这两个电流的总和。因此，发射极与基极的电流比为增益+1，在我们的示例中为 21。
要计算各种电流，最简单的方法是从发射极开始，并使用上述关系得到其他电流。当数字输出为 3.3 V 时，发射器的电压低 700 mV，或为 2.6 V。已知 LED 下降 2.0 V，因此 R1 上的电压为 600 mV。根据欧姆定律：600mV / 36Ω = 16.7mA。这将很好地点亮 LED，但留有一点余量，不超过其 20 mA 最大值。由于发射极电流为 16.7 mA，因此基极电流必须为 16.7 mA / 21 = 790 µA，集电极电流为 16.7 mA - 790 µA = 15.9 mA。数字输出可以提供高达 4 mA 的电流，因此我们完全符合规格，甚至没有显着加载它。
净效应是基极电压控制发射极电压，但提供发射极电流的繁重工作是由晶体管完成的，而不是数字输出。来自集电极与基极的 LED 电流（发射极电流）的比率是晶体管的增益。在上面的示例中，增益为 20。对于通过 LED 的每 21 部分电流，1 部分来自数字输出，20 部分来自通过晶体管集电极的 3.3 V 电源。
如果收益更高会发生什么？来自基极的 LED 总电流甚至更少。增益为 20 时，20/21 = 95.2% 来自收集器。增益为 50 时，它是 50/51 = 98.0%。无限增益是 100%。这就是为什么这个电路实际上非常容忍零件变化的原因。LED 电流的 95% 还是 99.9% 来自通过集电极的 3.3 V 电源并不重要。数字输出上的负载会发生变化，但在所有情况下，它都会远低于其最大值，所以这无关紧要。发射极电压在所有情况下都相同，因此无论晶体管的增益为 20、50、200 还是更高，LED 都会看到相同的电流。
我之前提到的这个电路的另一个微妙优势是集电极不需要连接到 3.3 V 电源。例如，如果收集器连接到 5 V，情况会如何变化？从 LED 或数字输出的角度来看，什么都没有。请记住，发射极电压是基极电压的函数。集电极电压无关紧要，只要它足够高以使晶体管不饱和，已经达到 3.3 V。唯一的区别是晶体管上的 CE 压降。这将增加晶体管的功耗，在大多数情况下，这将成为最大集电极电压的限制因素。假设晶体管可以安全地耗散 150 mW。使用 16.7 mA 的集电极电流，我们可以计算集电极到发射极的电压以产生 150 mW 的耗散：
这意味着在此示例中，我们可以将集电极连接到 3.3V 至 11.6V 的任何方便的电源。它甚至不需要进行调节。它可以在该范围内的任何地方主动波动，并且 LED 电流将保持非常稳定。这可能很有用，例如，如果 3.3 V 是由一个电流能力很小的稳压器制造的，并且其中大部分已经分配。例如，如果它使用大约 5 V 电源运行，则该电路可以从该 5 V 电源获得大部分 LED 电流，同时仍能很好地调节 LED 电流。而且，该电路对晶体管部件的变化非常宽容。只要晶体管具有一定的最小增益，远低于大多数小信号晶体管提供的增益，电路就可以正常工作。
这里的一个教训是思考电路是如何工作的。在工程中没有膝跳反应或迷信的地方，例如总是将电阻器与底座串联。需要时放一个，但请注意，并非总是如此，如该电路所示。
今天的许多 LED 都非常亮，并且在 4mA甚至更低的电流下表现良好，它可以为您节省额外的外部组件。我常用的 LED 在 1mA 时工作得非常好（对于我的应用）！
只需将一个电阻与 LED 串联，大到足以限制电流。请检查您是否不超过整个设备的最大电流，它在数据表中指定。
因此，请检查您的 LED 是否足够亮，直接从 GPIO 引脚连接到一个串联电阻：
\$R = \frac{U_{drop}}{I_{LED}}\ = \frac{3.3-2.0\text{V}}{4\text{mA}} = \frac{1.2\text{V} }{4\text{mA}}= 300\Omega\$
为了安全起见，将其四舍五入到下一个 E12 值到 330\$\Omega\$。
我知道您的问题是关于分立元件的，但我认为在一般情况下，您最好查看基于 IC 的缓冲器或线路驱动器。例如，ULN2803 是一个八通道缓冲器（8 个 I/O），从您的 GPIO 引脚汲取的电流小于 2mA，但每个输出可驱动高达 500mA。（这是反转逻辑，因此您的代码需要考虑到这一点）。显然，您希望为 LED 使用限流电阻。
评论原帖中提议的示意图：
使用像这样的分立 NMOS FET 晶体管作为开关会很好。
注意：通常 LED 阳极与电源相连，电阻与阴极串联；这可以通过减少开关时必须充电/放电的电路中的电容量来缩短开关时间，因为关闭时阴极电压将“崩溃”到阳极电压。
正如另一张海报提到的，如果 LED 所需的电流足够低，您可以直接使用 GPIO。在开漏模式下，它与外部 FET 的行为相同（但反向）。但我不建议长时间以超过 1mA 的电流运行 uC 端口；IC 可能不是为像这样的大恒定电流而设计的（可能是电迁移或自热问题）。