一种显而易见的方法是保持简单，只需从产品中任何可用的直流电源轨汲取一点电力即可提供大约 20 mA 的电流来驱动红色 LED。如果没有合适的电源轨，您可以添加一个小电路来驱动该 LED（图 1）。
图 1从交流线路驱动 LED 指示灯并不难，但它需要许多有源和无源元件。资料来源：国际光技术公司
然而，这两种解决方案都存在问题。首先，存在关于安全影响的可信度和信心问题。如果由于任何原因驱动直流轨的电路出现故障并且 LED 不亮，您可能会遇到安全场景，即用户认为交流线路被切断并且电路不带电；但事实确实如此。
即使这不是一个问题，即使物料清单 (BOM) 很小，独立的指示器电路的成本也相对较高且复杂。如果没有可以分接的直流轨，而您确实需要降压变压器，或者需要该变压器进行监管安全隔离，那么事情就不再简单和便宜。
因此，您认为必须有一种成本更低、全无源的方法将 LED 直接连接到交流线路，而且有多种方法。一种“欺骗”方法是使用降压电阻器将电压和交流线路电流限制在 LED 要求范围内（大约 20 mA）。但这会带来不一致的性能，存在高电阻功耗等技术风险，并且会导致 LED 以 50/60 Hz 频率闪烁。
另一种可能性是“电容降压器”（电容降压）电源，当需要交流电源提供低电流直流轨时，会在某些商业设计中使用这种电源（图 2）。
经典霓虹灯可以解决您的交流电源指示灯任务
图 2 “电容降压器”电路也可用于直接从交流线路驱动 LED；尽管其表面上很简单，但它实际上是一个具有微妙之处的电路，并且还存在一些监管/安全问题（上部：230 VAC，下部：110 VAC）。资料来源：Turbokeu.com
同样，这些电路带来了监管和安全问题，并且必须与设计的其他部分物理隔离。为了满足 UL 等安全规范，整个电路及其微型电路板（如果有）必须进行物理布置，以便在机箱出现故障时保护用户。此外，这种方法需要更大、更昂贵、更高电压的无源元件，尤其是电容器，它必须提供大约两倍于线路电压峰值的安全裕度。
现实情况是，使用 LED 添加“交流实时”子电路在实践中并不像理论上那么容易。您拥有所需的原始动力，但从技术和监管的角度来看，将其转化为您需要的东西都更加困难。
带着霓虹灯回到未来
幸运的是，有一个经过时间考验且高度可靠的解决方案：使用小型氖泡和限流电阻，可以将其直接连接到交流线路（115 或 230 VAC），如图3所示。虽然该电路也必须适当绝缘，但它非常简单和小，可以用单根热缩管或类似的绝缘装置覆盖。
图3使用交流线作为电源的氖灯只需串联一个限流电阻，如原理图所示（上图）；原理图的物理实现也是一个简单的互连（如下）。资料来源：布里斯托尔钟表公司
霓虹灯（更准确地称为灯，因为这是它们的功能）自 1900 年代初就已出现，有各种尺寸和样式。迄今为止，指示器常用的尺寸是 NE-2 灯，长度为 12 毫米，直径为 5 毫米（图 4）。
限流电阻的值取决于氖灯的尺寸、所需的亮度及其/额定电流。对于 120 VAC 电源，该值通常为 50 至 220 kΩ，对于 NE-2 霓虹灯，该值是 220 VAC 的两倍。电阻器的额定功率也很低，大约为 1/4 瓦或更小。没有比这更简单或更可靠的了。
霓虹灯的典型寿命为 20,000 至 50,000 小时，与 LED 相当。霓虹灯也非常坚固，不会受到振动、机械冲击或频繁开/关操作的影响。它们通常在 -40°C 至 +150°C 的宽温度范围内工作，并且不易受到高压静电放电或线路瞬变造成的电压瞬变的损坏。在某些方面，霓虹灯类似于用于电路保护的微型气体放电管 (GDT)。
请注意，霓虹灯是具有两个对称电极的非极化直流设备。当施加直流电时，一个电极发光；如果直流反转，另一个电极就会发光（图5）。当连接到交流电源时，电极交替发光；眼睛整合了这一点并且看不到闪烁。
氖灯是一种与极性无关的直流驱动放电装置，其阴极会发光，从左侧电线上的正极性（右侧的阴极）的“三重”图像（从左到右）可以看出，位于右侧电线（左侧的阴极）上，并由交流波形（阴极交替）驱动。资料来源：维基百科
与直流电源的固有兼容性使霓虹灯指示器成为高压直流导轨设计的可行选择，这些设计越来越多地与太阳能电池板、电池储能系统 (BESS) 和直流配电一起使用。
物理很复杂，使用却很琐碎
启动放电和随后发光所需的电压和电流取决于各种因素，例如环境温度、特定气体混合物，甚至环境照明。当施加启动电压（“启动”或“触发”）（通常为 55-110 伏交流电或 90-140 伏直流电）时，气体电离并开始发光，从而允许非常小的电流从一个电极流向电极。其他。
一旦灯泡随着气体电离而开始放电，维持（持续）工作电压将下降到比初始启动电压低约 10 至 20 伏。它被称为“负电阻”特性，并导致一些有趣的非指示器应用。
灯将保持打开状态，直到电压降至 50 V 以下。关闭时，通过小型氖灯的漏电流非常低，约为几百微安。对于小尺寸灯泡来说，灯开始发光后的工作电流也很低，约为几毫安。
物理学家对氖放电行为进行了一百多年的详细研究，并确定了每个相变及其相关原因。
