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1、led發(fā)光二極管工作原理及檢測(cè)方法發(fā)光二極管led (light-emittingdiode)是能將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的結(jié)型電致發(fā)光半導(dǎo)體器件。1、發(fā)光二極管led主要特點(diǎn)(1)在低電壓(1.52.5v)、小電流(530ma)的條件下工作,即可獲得足夠高的亮度。(2)發(fā)光響應(yīng)速度快(10-710-9 s),高頻特性好,能顯示脈沖信息。(3)單色性好,常見(jiàn)顏色有紅、綠、黃、橙等。(4)體積小。發(fā)光面形狀分圓形、長(zhǎng)方形、異形(三角形等)。其中圓形管了的外徑有d)l、少2、4>3、"4、4>5、"8、"10、"12、<1>20 (mm)

2、等規(guī)格,直徑lmm 的屬于超微型 led。(5)防震動(dòng)及抗沖擊穿性能好,功耗低,壽命長(zhǎng)。曲于led的pn結(jié)工作在正向?qū)顟B(tài),木射 功耗低,只要加必要的限流措施,即可長(zhǎng)期使用,壽命在10力小時(shí)以上,甚至可達(dá)100力小時(shí)。(6)使用靈活,根據(jù)需??芍瞥蓴?shù)碼管、字符管、電平顯示器、點(diǎn)陣顯示器、固體發(fā)光板、led 平極型電視屏等。(7)容易與數(shù)字集成電路匹配。2. 發(fā)光二極管的原理發(fā)光二極管內(nèi)部是具有發(fā)光特性的pn結(jié)。當(dāng)pn結(jié)導(dǎo)通時(shí),依靠少數(shù)載流子的注入以及隨后的復(fù)合而輻射發(fā)光。普通發(fā)光二極管的外形、符號(hào)及伏安特性如圖1所示。led止向伏安特性曲線比較陡, 在正向?qū)▃前幾乎有電流。當(dāng)電壓超過(guò)開(kāi)啟電

3、壓時(shí),電流就急劇上升。因此,led屬丁電流控制型 半導(dǎo)體器件,其發(fā)光亮度l (單位cd/m2,讀作坎徳拉每平方米)與正向電流if近似成正雙,有公式l =k ifm式中,k為比例系數(shù),在小電流范圍內(nèi)(if=110ma), m二1.31.5。當(dāng)if>10ma時(shí),滬1,式(5. 10. 1)簡(jiǎn)化成l 二k if即亮度與止向電流成止比。以磷砂化銖黃色led為例,扌ii對(duì)發(fā)光強(qiáng)度與正向電流的關(guān)系如圖2所 示。led的正向電床則與正向電流以及管芯的半導(dǎo)體材料有關(guān)。使用時(shí)應(yīng)根據(jù)所耍求的顯示亮度來(lái)選 取合適的if值(-般選10ma左右,對(duì)于高亮度led可選12ma),既保證亮度適屮,也不會(huì)損壞led。若

4、電流過(guò)大,會(huì)燒毀led的pn結(jié)。此外,led的使用壽命將縮短。曲于發(fā)光二極管的功耗低、體積小,色彩鮮艷、響應(yīng)速度快、壽命長(zhǎng),所以常用作收錄機(jī)、收音 機(jī)和電子儀器的電平指示器、調(diào)諧指示器、電源指示器等。發(fā)光二極管在正向?qū)〞r(shí)有一肚穩(wěn)圧作用, 還可作直流穩(wěn)壓器中的穩(wěn)壓二極管,提供基準(zhǔn)電壓,兼作電源指示燈。目前市場(chǎng)上還有一種帶反射腔 及固定裝置的發(fā)光二要管(例如bt104-b2、bt102-e),很容易固定在儀器面板上。led的輸出光譜決定其發(fā)光顏色及光輻射純度,也反映出半導(dǎo)體材料的特性。常見(jiàn)管芯材料有磷 化稼(gap)、神化稼(gaasp)、磷礎(chǔ)化傢(gaalas)、不申鋁化稼(gan)氮化稼可發(fā)

5、藍(lán)光。3. 使用注意事項(xiàng)(1) 管子極性不得接反,一般講引線較長(zhǎng)的為止極,引線較短的是負(fù)極。(2) 使用中各項(xiàng)參數(shù)不得超過(guò)規(guī)定極限值。止向電流if不允許超過(guò)極限工作電流ifv1值,并且 隨著環(huán)境溫度的升高,必須作降額使用。長(zhǎng)期使用溫度不宜超過(guò)75°c。(3) 焊接時(shí)間應(yīng)盡量短,焊點(diǎn)不能在管腳根部。焊接時(shí)應(yīng)使用鍛子夾住管腳根部散熱,宜用屮 性助焊劑(松香)或選用松香焊錫絲。(4) 嚴(yán)禁用有機(jī)溶液浸泡或清洗。(5) led的驅(qū)動(dòng)電路必須加限流電阻,一般町取一百歐至幾百歐,視電源電壓而定。(6) 在發(fā)光亮度基本不變的情況下,采用脈沖電圧驅(qū)動(dòng)可以節(jié)省耗電。對(duì)于led點(diǎn)陣顯示器, 采用掃描顯示

6、方式能大大降低整機(jī)功耗。4. 檢查發(fā)光二極管的好壞發(fā)光二極管具有單向?qū)щ娦裕褂胷xiok檔可測(cè)出其正、反向電阻。一般正向電阻應(yīng)小于30k 歐姆,反向電阻應(yīng)大于1m歐姆。若正、反向電阻均為零,說(shuō)明內(nèi)部擊穿短路。若正、反向電阻均為 無(wú)窮大,證明內(nèi)部開(kāi)路。常見(jiàn)發(fā)光二極管的種類及主要參數(shù)見(jiàn)表2。需要說(shuō)明兩點(diǎn):第一,對(duì)于同種材料的管芯,由于所 摻雜質(zhì)的不同,發(fā)光顏色亦不同;第二,led屬于電流控制型器件,vf隨tf而變化,所標(biāo)vf值僅供 參考。此外,根據(jù)外形也可以區(qū)分發(fā)光二極管的正、負(fù)極。早期生產(chǎn)的管子帶金屈管座,上面罩一光學(xué) 透鏡,管側(cè)有一突起,靠近突起的是正極。冃前生產(chǎn)的led,全部用透明或半透明

7、的環(huán)氧樹(shù)脂封裝而 成,并且利用環(huán)氧樹(shù)脂構(gòu)成透鏡,起放大和聚焦作用,這類管子引線較長(zhǎng)的為e極。注意事項(xiàng):不推薦使用rxlk檔測(cè)量led的正、反向電阻。因?yàn)樵摍n電池電壓e僅僅測(cè)量正、反向電阻,并不能檢查其能否正常發(fā)光。由于發(fā)光二極管的正向電壓vi;般1.5 2.5v,而萬(wàn)用表rx1或rx10檔的電池電壓為1.5v,所以不能使管子止向?qū)ú⑶野l(fā)光。rxiok檔 的電池電壓雖然較髙,但因內(nèi)阻太人,提供的正向電流很小,管了也不會(huì)正常發(fā)光。采用雙表法可以檢査發(fā)光二極管的發(fā)光情況。最好選同一種型號(hào)的兩塊力用表,均撥一rx1或 rx10檔,按圖1(a)所示串聯(lián)使用,以提供較高的正向電壓。等效電路見(jiàn)(b)圖。假

8、定兩塊萬(wàn)用表均采用mf30型,并且均撥到rx1檔。因?yàn)橐粔K表的電池電壓e二1.5v,歐姆中心 值r0二25歐姆,所以總電壓和總電阻分別是e, = 2e二 2x1.5=3vro' = 2r0= 2x25=50 歐姆如果把它們看成一塊新表,等效電路就簡(jiǎn)成(c)圖。新表的滿度電流是:im' = ef / ro' =2e/ 2r0= e/ ro=1m討見(jiàn)滿度電流值并未改變。發(fā)光二極管在使用時(shí)應(yīng)加上限流電阻r,將正向電流if限制在1030ma為宜,避免功耗太記而 損壞管子。一般典型正向電流可選lonia, if的計(jì)算公式為if= e-vf/ r(c)圖中的r0,能起到限流作用,因

9、此不必另接限流電阻。磷仙化銖發(fā)光二極管的止向壓降較 低,為1.7v左右。ez =3v將ro' =50歐姆,可求出用雙表法測(cè)量時(shí)的正向電流為if= ef -vf/ r0 =3-1. 7/50=26 ma <30 n)a因此對(duì)管子沒(méi)有危險(xiǎn)。電路接通之后,管子能發(fā)出品榮奪冃的紅光。如果選用的兩塊萬(wàn)用表rx1檔歐姆中心值不等,設(shè)分別為r01、r02,而兩表rx1檔的電池電壓 均為e (e二1.5v),則此時(shí)im' =2 e / r01 r02if=2 e -vf / r01 r02實(shí)例:測(cè)量一只型號(hào)不明的發(fā)光二極管。第一步,判定正、負(fù)極。用mf30型萬(wàn)用表的rxiok檔測(cè)得正向電

10、阻為26k歐姆,反向電阻接近無(wú)窮大。測(cè)正向電阻吋,黑表筆接的就迅正極。第二步,將兩塊mf30型力用表均撥至rx1檔采用雙表測(cè)量,被測(cè)管發(fā)出艷麗的紅光。若把發(fā)光 二極管的極性反接,加上反向電壓時(shí)管了就不能發(fā)光。然后將兩塊萬(wàn)用表?yè)苡趓x10檔,管子發(fā)光暗淡。這是因?yàn)榭傠娮鑢0'二2x250二500歐姆,提供 的正向電流較小所致。此時(shí)if3-1. 7/500=2.6 ma注意事項(xiàng):(1) 采丿ij雙表法必須先調(diào)整好兩塊力用表的歐姆饗點(diǎn)。(2) 為了不損壞被測(cè)發(fā)光二極管,測(cè)量前應(yīng)計(jì)算im'值,若im' n50nia,需選擇rx10檔。例 如,兩塊500型萬(wàn)用表rx1檔串聯(lián)后的總電阻r0=20

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