LED（Light Emitting Diode，发光二极管）是一种能够将电能直接转化为光能的半导体器件。LED的核心部分是一个半导体晶片，这个晶片的一端连接着支架，作为负极，另一端则连接电源的正极。整个晶片被一层透明的环氧树脂封装起来，以保护内部的半导体结构并提供机械支撑。
半导体晶片由两种类型的半导体材料组成：P型半导体和N型半导体。这两种材料在晶片中相遇的地方形成了一个特殊的区域，称为“P - N结”。P型半导体富含正电荷载体（空穴），而N型半导体则富含负电荷载体（电子）。当在LED两端施加正向电压时，电流会从P型半导体流向N型半导体，电子和空穴在P - N结附近相遇并结合。在这个过程中，电子从较高的能级跃迁到较低的能级，多余的能量以光子的形式释放出来，从而产生了光。
LED发出的光的颜色取决于形成P - N结的半导体材料的种类。不同的半导体材料具有不同的能隙，这决定了电子跃迁时释放的光子的能量，进而决定了光的颜色。例如，铝镓砷化物（AlGaAs）用于制造红光LED，而氮化镓（GaN）则用于制造蓝光和白光LED。
为了让LED正常发光，除了半导体晶片外，还需要一个电源来提供电能，以及一个限流电阻或恒流驱动电路来控制通过LED的电流。限流电阻的作用是防止电流过大，以免损坏LED。在实际应用中，为了实现更精确的电流控制和更高的效率，常常使用恒流驱动电路来代替简单的限流电阻。
在一些高级的LED应用中，还会使用控制电路来实现更多的功能，比如亮度调节、颜色变化等。其中，脉冲宽度调制（PWM）是一种常用的控制方法。通过改变脉冲宽度来调节LED的平均电流，从而实现对LED亮度的精确控制。这种方法不仅可以实现平滑的亮度调节，还可以提高系统的能效。
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