Яскравість світлодіода залежить насамперед від струму, що протікає через нього.
Звичайна лампа розжарювання - це резистор, вона відповідає закону Ом V = I * R. Якщо подвоїти напругу струм вдвічі збільшиться, а використовувана потужність зросте в 4 рази (не зовсім так, є температура пов'язані ефекти, але поки що досить близькі).
З іншого боку, світлодіод - це діод, як і більшість діодів, він має відносно фіксовану напругу зміщення вперед. Нижче цієї напруги не протікає струм, вище цього струму напруги напруга необмежене, але напруга зменшується на напругу зміщення. (Це масове спрощення, але досить добре для більшості грубих розрахунків)
Якою буде ця напруга, буде залежати від використовуваних матеріалів і від цього залежатиме колір. Зазвичай ~ 1,8-2 В для червоного, жовтого або зеленого кольору, ~ 3 В для синього, білого або "справжнього зеленого". Це падіння напруги збільшиться зі струмом, але лише на 0,1-0,2 В, ви можете зазвичай ігнорувати цей ефект.
Як ви вказали у своєму запитанні, світлодіоди, як правило, послідовно з'єднуються з резистором для обмеження струму. Чому?
Подумайте про світлодіод як про фіксованому падінні напруги, він використовуватиме фіксовану кількість напруги незалежно від струму. Отже, якщо ви підключите світлодіодний 2В безпосередньо до джерела 3В, залишиться 1В, яке слід скинути на решту ланцюга. Рештою схеми в цьому випадку будуть внутрішні опори в блоці живлення та проводах. Ці опори, як правило, досить низькі (настільки низькі, що ви зазвичай їх ігноруєте), і тому буде надходити великий струм.
Якщо припустити, що опір знаходиться в області 0,1 ом, це дало б струм I = V / R = (3-2) / 0,1 = 10 ампер.
Потужність, що розсіюється в світлодіоді, складе P = I * V = 10 * 2 = 20 Вт.
Це дуже швидко нагрівало б світлодіод до тієї точки, де він зруйнований. Реальний світ трохи складніший, оскільки світлодіод не є ідеальним фіксованим падінням напруги з нульовим опором, але кінцевий результат у будь-якому випадку однаковий.
Якщо додати до внутрішнього опору серійний резистор розміром 100 Ом, то струм зменшується до 10 мА, і світлодіод світить чудово.
Зміна значення резистора змінить яскравість, більшість малих світлодіодів обмежені приблизно 20 мА макс і не видно набагато нижче 1 мА. Як правило, набагато більше 10 мА майже не помітно (це більше пов'язано з тим, як працюють очі, ніж з тим, як працюють світлодіоди). Ви також можете змінювати яскравість, вмикаючи та вимикаючи дуже швидко, це простіше для цифрових систем, і це, як правило, ефективніше для заданої сприйнятої яскравості (знову більше завдяки очам, ніж світлодіодів), це дозволяє змінити яскравість при цьому в апараті є лише один фіксований резистор. Якщо ви плануєте використовувати змінний резистор для встановлення яскравості, тоді добре застосовувати також невелике фіксоване значення, так що при змінному резисторі при 0 струм обмежується 20 мА.
То що робити, якщо ми додамо два світлодіоди послідовно?
Кожному світлодіоду потрібно увімкнути 2В. Два світлодіоди означає 4В. З джерелом 3В у нас немає достатньої напруги, щоб передати зміщення діодів, тому вони перекриють весь потік струму. Світлодіоди будуть вимкнено. Якщо ви підвищите напругу і правильно встановите обмежувальний резистор, вони обидва увімкнуться. Оскільки яскравість залежить від струму через світлодіод, і вони будуть мати однаковий струм, вони будуть однакової яскравості (для одного типу світлодіодів).
Що робити, якщо додати два світлодіоди паралельно?
Якщо додати два паралельно кожен з власним резистором, то вони фактично є окремими ланцюгами. Якщо припустити, що джерело живлення достатньо, кожен з них буде діяти так, ніби він єдиний.
Якщо вони діляться резистором, то справи стають цікавішими. Теоретично це буде добре, вам потрібно вдвічі зменшити значення резистора, щоб дати те саме на світлодіодний струм, але крім того, що ви очікуєте, що він працює. На жаль, жоден з двох світлодіодів не однаковий, всі вони матимуть дуже незначні напруги зміщення, а значить, більше струму буде протікати через один, ніж через інший (це було б усе струмом через один, якби не невелике збільшення напруги як струму збільшується, що ми зазвичай ігноруємо).
Це означає, що два світлодіоди паралельно одному резистору майже ніколи не будуть однакової яскравості.
Як правило, все, що потрібно для управління групою світлодіодів (наприклад, підсвічування), використовуватиме ланцюжок світлодіодів довгих серій і підвищить напругу настільки ж, наскільки це потрібно (в межах розуму), щоб вони були однакової яскравості.
