从原理到实践：如何正确配置光电二极管与发光二极管的限流/负载电阻

从基础原理出发，掌握两种二极管的电阻配置技巧

在现代电子系统中，光电二极管和发光二极管广泛应用于光通信、传感器、自动控制等领域。正确配置其外部电阻是确保系统稳定性和性能的关键环节。本篇文章将结合理论与实例，全面解析电阻的合理接法。

一、发光二极管（LED）：为何电阻必须接正极？

LED的工作特性决定了其必须在限定电流范围内运行。一旦超过额定电流，器件极易损坏。

• 欧姆定律计算示例： 假设电源电压为5V，LED正向压降为2V，期望工作电流为20mA。则所需电阻值为： R = (5V - 2V) / 0.02A = 150Ω。该电阻应串联在正极回路中。
• 安全冗余设计： 实际中建议选用稍大阻值（如180Ω）或使用可调电阻，以应对电压波动和温度影响。
• 接法误区警示： 将电阻接在负极侧虽在物理上可行，但可能导致地线噪声干扰增加，且不利于整体电路布局标准化。

二、光电二极管（Photodiode）：负载电阻为何接负极？

光电二极管在光照下产生微弱的反向漏电流，该电流需要被转换为可测量的电压信号。

• 基本电路拓扑： 采用“反向偏置 + 负载电阻”的形式。电阻一端接光电二极管负极，另一端接地。此时，输出电压为：
  Vout = I_photo × R_load。
• 为何不接正极？
  • 若将电阻接在正极侧，会使光电二极管正极处于浮动状态，易受干扰。
  • 接地参考点固定，有利于信号稳定性与后续放大处理。
• 进阶方案：跨阻放大器（TIA）：对于高精度应用，可使用运算放大器构成TIA，替代传统负载电阻，实现更优的响应速度和信噪比。

三、实际应用案例对比

案例1：智能照明系统中的LED驱动

在一个由单片机控制的RGB LED灯带中，每个通道均采用150Ω限流电阻接在正极侧。通过改变占空比调节亮度，系统运行稳定，无烧毁现象。

案例2：红外接近传感器中的光电二极管

在基于红外发射-接收的接近检测模块中，光电二极管反向偏置，负载电阻（10kΩ）接在负极与地之间。输出信号经运放放大后送入微控制器，实现精准感应。

四、关键提醒：不要混淆两种接法

尽管都是“二极管+电阻”组合，但其功能截然不同：

• LED是“光源”，需供电并限流 → 电阻接正极。
• 光电二极管是“探测器”，需感应光信号 → 电阻接负极。

混淆接法可能导致电路失效甚至损坏元器件。