市电供电 LED 灯电路

在本项目中，我将向您展示如何构建一个简单的 市电供电 LED 灯电路，可直接由市电点亮 LED。

1. 大纲

• 引言
• 市电供电 LED 灯电路图
• 本电路所用元件
• 市电供电 LED 电路说明
• 市电供电 LED 灯电路工作过程
• LED 灯泡的优势

2. 引言

如今，荧光灯（含汞的紧凑型灯泡或灯管）正逐渐被淘汰，取而代之的是 LED 灯。主要原因之一是 LED 灯功耗更低、寿命更长。相较于荧光灯，LED 灯具有诸多优点，后文将列举其优势。

在此，我们介绍一个简单电路，您可轻松自制并安装于家中，不仅节约资源，还能节省能源与费用。

3. 市电供电 LED 灯电路图

4. 本电路所用元件

• 桥式整流器 – 1
• 电阻 (R1) – 1 MΩ
• 电阻 (R2) – 560 Ω / 1 W
• 电容 (C1) – 0.22 µF / 400 V
• LED – 5 只
• 面包板
• 连接线

5. 市电供电 LED 电路说明

该简单电路基于以下元件：桥式整流器、电阻、LED 及电容。所有元件均可在市场上轻松购得，因此您可以制作此电路并安装于住宅或办公室。在理解电路工作原理之前，请先阅读各元件说明。

5.1 整流器

整流器是一种用于将交流电 (AC) 转换为直流电 (DC) 的电子电路。通过只允许单向电子流动来实现交流到直流的转换，这一过程称为整流。在全波整流器中，四只二极管连接成桥式结构；此法可同时利用交流的正半周和负半周。

桥式整流器由四只二极管 D1、D2、D3、D4 组成，如图示连接成桥，故称桥式整流器。

5.1.1 二极管的桥式连接

5.1.2 桥式整流器工作原理

待整流的交流信号经变压器加至桥式整流器对角两端；桥的另外两端之间接负载电阻 $R_L$。

• 正半周：次级电压正半周时，端点 P 为正，端点 Q 为负，从而二极管 D1、D3 正偏导通，而 D2、D4 反偏截止。
  D1、D3 与负载电阻 $R_L$ 串联，因此电流流经 $R_L$。

• 负半周：次级电压负半周时，端点 P 为负，端点 Q 为正，于是二极管 D2、D4 正偏导通，而 D1、D3 反偏截止。
  D2、D4 与负载电阻 $R_L$ 串联，电流再次由 A 流向 B，方向与正半周相同，因而在负载 $R_L$ 两端获得直流电压。桥式整流器的输出波形如下图所示。其优势在于输出电压高于半波及全波整流器。

5.2 LED

发光二极管 (LED) 不同于普通二极管，其能发光，故称发光二极管。LED 有红、绿、蓝等多种颜色。

5.3 电阻

所有材料对电流均有阻碍作用，此阻碍称为电阻。材料的电阻由其自由电子数量决定。电阻种类繁多，如碳膜电阻、碳合成电阻、线绕电阻等，可用于电子或电气电路以设定电阻值。

电阻值由下式决定：
$R = \rho \frac{L}{A}$
其中 $\rho$ 为电阻率，$L$ 为长度，$A$ 为截面积。

5.4 电容

电容器是一种储存电能的器件；电容指在给定电压下电容器所能储存的电荷量。专门设计具有特定电容值的器件称为电容器。电容器能够存储电子并在后续阶段释放。通常由两块金属板组成，中间以绝缘介质隔开。

5.5 二极管

二极管是一种仅允许电流单向流动的电子器件。二极管由 N 型与 P 型半导体结合而成。N 型半导体含自由电子，P 型含空穴。靠近结区的电子跨越结区填充 P 区空穴，空穴亦跨越结区占据电子位置，从而在 PN 结处形成耗尽层。

6. 市电供电 LED 灯电路工作过程

电路工作非常简单。按照电路图正确组装后接入市电。电阻 R2 用作限流元件；R1 与电容 C1 并联，用于断电后泄放电容电荷，避免触电危险。

该电源经桥式整流电路转换为直流，并借助限流元件降低电压。随后直流电供给 LED，输出端 LED 即被点亮。您可使用市售桥式整流模块，也可用四只二极管自制。最多可串联 20 只 LED。

7. LED 灯泡的优势

• LED 灯泡寿命比荧光灯和白炽灯长 10 倍。
• LED 灯泡无灯丝，损坏概率低。
• 普通白炽灯泡发热严重，而 LED 灯泡几乎不发热，可降低房间空调负荷。
• LED 灯功耗仅约 2–17 W，为荧光灯的 1/3，可显著节省电费。
• 因功耗低，LED 灯在太阳能系统中的应用日益增多。
• 家用逆变器搭配 LED 灯可延长逆变器供电时间。
• LED 灯泡初始成本虽高于荧光灯，但寿命长、便于搬迁且省电，综合效率更高。
• LED 灯泡对温湿度不敏感。
• LED 灯泡不含汞，对环境无害。
• LED 灯可瞬间点亮，无启动延迟。