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為什麼發光二極體(LED)需要限流電阻?
發光二極體(LED)是一個脆弱的電子元件，對它施予過大的電流或電壓都會使它燒毀。對於每個發光二極體(LED)串接一個正確阻值的限流電阻，是一個避免燒毀的簡單並有效的方法。這篇文章會解釋如何計算正確的限流電阻值。
兩種最常見的七段顯示器接法
為了要減少七段顯示器的外接腳位，將發光二極體的一端接在一起，藉由另一端來控制發光二極體的亮暗是十分常見的做法，作法隨著連接發光二極體兩端其中一端而分成兩種，共陰極(common cathode)的接法或是共陽極(common anode)的接法
發光二極體的基礎
發光二極體的物理本質是一顆 PN 接面二極體：順向導通才發光，而且它本身不會限制電流。維基百科的定義說明的是同一件事：
．．．發光二極體（英語：Light-emitting diode，縮寫為LED）[1]是一種能發光的半導體電子元件，．．． 發光二極體只能夠往一個方向導通（通電），叫作順向偏壓，當電流流過時，電子與電洞在其內複合而發出單色光，這叫電致發光效應，而光線的波長、顏色跟其所採用的半導體物料種類與故意摻入的元素雜質有關。具有效率高、壽命長、不易破損、反應速度快、可靠性高等傳統光源不及的優點。．．．
維基百科－發光二極體ＬＥＤ
發光二極體(LED)是一個雙端的電子元件，電流藉由正端流向負端來發光，下方圖片利用常見的LED Lamp 來解說電路符號。
圖解共陰極七段顯示器和共陽極七段顯示器
LED相關應用來說，通常同時使用多個LED，以七段顯示器來說，就是會用七個LED來顯示數字，為了要單獨顯示七個LED，最多在模組上會需要14個外部連接點，若使用共陰和共陽接法，則可以減少外部接腳，減少外部接腳可以減少整體尺寸的外觀尺寸。
我們比較兩種接法的電路圖：
- [A] 不使用共陰和共陽接法的七段顯示器電路圖
- [B] 使用共陽接法的七段顯示器電路圖 OPD-S3010LA-BW
- [C] 使用共陰接法的七段顯示器電路圖 OPD-S3011A-BW
我們會討論這兩個接法的差異：
比較這兩個電路接法，使用共陰極七段顯示器和共陽極七段顯示器上述兩種方法，外部接點從16[A]減少到10點[B]/[C]，可以減少七段顯示器的外部接腳，進而減少其模組必須的面積，更少的接腳表示可以做出更小的七段顯示器模組。
共陰極七段顯示器和共陽極七段顯示器差別?
如果你的目的只是去開關LED，使用共陰和共陽接法基本上是完全沒有差異。但若對產品電路設計者，他可以依照自己的電路需求去選擇兩種來使用。
推薦的七段顯示器串接限流電阻接法
每個限流電阻的電流路徑必須要對應到每個唯一的LED上。對於共陰或是共陽接法的七段顯示器如下圖所示，這樣的接法能確保每個LED開關的時候在電流路徑上都有一個限流電阻。
為了要開啟LED,LED 上的跨壓VP需要大於VF，LED 流過的電流決定於VP和限流電阻R。
如何設定控制LED電流的限流電阻?-以OPD-S3010LA-BW 為例
使用 OPD-S3010LA-BW 的規格和電器參數來設計通過LED 的電流。
首先，你必須要確認所有的電氣參數，比如說發光波長(Dominant wavelength)，亮度(Luminous intensity)，和一個晶片的功率消耗(Power dissipation) 是否適合你的應用。我們無法討論所有選擇一個適合的七段顯示器有思考，我們會以最基本的考量，順向電流(IF)和亮度來思考，若規格LED在20(mA)的亮度是40(mcd)，你不需要這麼亮的亮度，則你可以設定LED 電流是10(mA)，為了讓 LED 導通，則你對於LED施加的電壓VP必須要大於VF，從規格內選取VF=2.3V，設定VP=3.5V，我們可以從電路圖列出下列方程式Ｌ。
解出方程式可得LED限流電阻 R4=120(ohm)
每一條電流路徑都要有自己的電阻
為什麼多顆 LED 並聯共用一顆電阻會燒壞 LED？因為任兩顆 LED 晶片的 I-V 特性不會完全相同，順向電壓略低的那顆會分走大部分電流，結果先是亮度不均，嚴重時該顆因過電流而失效。因此每一條 LED 電流路徑都應各自串一顆限流電阻——多顆 LED 共用一顆電阻是無效的接法（Invalid Setup）。這條規則明載於本公司的應用注意事項（Application Notes），顯示器內部的各段與單顆 LED 同樣適用。
電阻計算的順向電壓速查表
| 色系 | 典型 VF（20 mA） | 範例：5 V 供電、目標 10 mA |
|---|---|---|
| 紅／琥珀／黃 | 2.0–2.4 V | R = (5 − 2.2) ÷ 0.01 ≈ 280 Ω → 取標準值 270 或 330 Ω |
| 藍／純綠／白（InGaN） | 2.8–3.4 V | R = (5 − 3.1) ÷ 0.01 ≈ 190 Ω → 取標準值 200 Ω |
此表僅供初步估算，實際 VF 請以所選料號的規格書為準。
使用Arduino 來點亮七段顯示器
要點亮一個七段顯示器來顯示數字有很多種方式，像是利用撰寫程式配合下列平台或是晶片：Arduino ,Raspberry Pi, 8051 Microcontroller, FPGA, or general-purpose IC(74hc14 (driver) / 74HC47 (BCD to 7 segment decoder)。因為Arduino 跨平台，開源的特性，和有龐大使用者社群的優勢，Arduino 可能是最多人使用的一個平台，點亮一個單一的插件式LED Lamp 和點亮整個七段顯示器的設計方式幾乎相同。
Arduino 的限流電阻相對來說簡單很多，因為Arduino 幾乎都是5V的電源系統，基本上只要選擇220(Ohm)就和LED 串接就可以正常點亮LED。想理解為什麼是220(Ohm)，可以參考懶番茄工作室製作的影片，影片內用清楚簡單的方式讓你快速瞭解原理(有英文字幕)。除此之後，展躍光電之後也會提供另一篇文章來解說，請敬請期待。
多工掃描與 PWM：注意峰值電流額定
規格書列有兩種電流額定：連續電流（典型 20 mA）與峰值電流（典型 40 mA，1/10 佔空比、1 kHz 條件）。多工掃描的顯示器，每段是以較高的瞬間電流、較短的時間點亮，因此電阻應以實際使用的峰值電流設計，且佔空比與頻率須維持在規格書條件內。
電流與亮度的關係並非線性。需要可重複的調光效果時，建議使用 PWM 控制，而非類比電流調整。
我們最常在來圖上修正的一件事
每一條電流路徑要有自己的限流電阻。把好幾個段共用一顆電阻看起來省成本，實際上電流會分配不均：順向電壓最低的那一段吃掉最多電流，先變亮，也先燒毀。計算本身只要兩分鐘：R =（VS − VF）/ IF，順向電壓 2.3V、供應電壓 3.5V、驅動電流 10mA，就是 120Ω；在 5V 的 Arduino 電源上，多數設計最後會落在 220Ω。
第二件值得寫在圖上的事：順向電壓不是單一數字。紅、琥珀、黃大約落在 2.0–2.4V，藍、綠、白則落在 2.8–3.4V。為紅色顯示器算好的電阻，用在藍色上就是錯的；多色顯示器要逐色計算，不能整顆算一次。
FAQ
LED 是只能單方向導通的發光半導體元件，本身不具備限流能力。如果沒有限流電阻，LED可能會因流經的電流過大而燒毀。
為了減少外部連接腳位，七段顯示器最常見的兩種接法是將LED的一端連接在一起，分別形成 共陰極（common cathode）和 共陽極（common anode）接法 。
這兩種接法可以減少七段顯示器所需的外部連接點數量，從原本的16個減少到10個。這不僅能縮小模組的尺寸，還能降低整體產品的面積需求 。
文章中提供了限流電阻的計算公式：
R=iRVp−VFLED
其中：R 是限流電阻值。Vp 是驅動電壓。VFLED 是LED的順向電壓（Forward Voltage）。iR 是流經電阻的電流。文章舉例，如果驅動電壓為 Vp=3.5V，LED順向電壓為 VFLED=2.3V，所需電流為 iR=10mA，則計算出的電阻值為 120Ω 。
由於Arduino的電源系統幾乎都是5V，因此串接一個
220Ω 的電阻通常就能正常點亮LED 。
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