發(fā)光二極管知識(精)

1、發(fā)光二極管介紹發(fā)光二極管簡稱為LED。由鎵（Ga）與砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二極管，當電子與空穴復合時能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光二極管，在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示。磷砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光。它是半導體二極管的一種，可以把電能轉化成光能；常簡寫為LED。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個PN結組成，也具有單向導電性。當給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結附近數(shù)微米內分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復合，產生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當電子

2、和空穴復合時釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。發(fā)光二極管的反向擊穿電壓約5伏。它的正向伏安特性曲線很陡，使用時必須串聯(lián)限流電阻以控制通過管子的電流。限流電阻R可用下式計算：R=（EUF）/IF式中E為電源電壓，UF為LED的正向壓降，IF為LED的一般工作電流。發(fā)光二極管的兩根引線中較長的一根為正極，應按電源正極。有的發(fā)光二極管的兩根引線一樣長，但管殼上有一凸起的小舌，靠近小舌的引線是正極。與小白熾燈泡和氖燈相比，發(fā)光二極管的特點是：工作電壓很低（有的僅一點幾伏）；工作電流很小（有的僅零點幾毫安即可發(fā)光）；抗沖擊和抗震性能好，可靠

3、性高，壽命長；通過調制通過的電流強弱可以方便地調制發(fā)光的強弱。由于有這些特點，發(fā)光二極管在一些光電控制設備中用作光源，在許多電子設備中用作信號顯示器。把它的管心做成條狀，用7條條狀的發(fā)光管組成7段式半導體數(shù)碼管，每個數(shù)碼管可顯示09十個數(shù)目字。發(fā)光二極管的發(fā)光原理發(fā)光二極管是由IIIW族化合物，如GaAs（砷化鎵）、GaP（磷化鎵）、GaAsP（磷砷化鎵）等半導體制成的，其核心是PN結。因此它具有一般PN結的IN特性，即正向導通，反向截止、擊穿特性。此外，在一定條件下，它還具有發(fā)光特性。在正向電壓下，電子由N區(qū)注入P區(qū)，空穴由P區(qū)注入N區(qū)。進入對方區(qū)域的少數(shù)載流子（少子）一部分與多數(shù)載流子（多

4、子）復合而發(fā)光，如圖1所示。圖1假設發(fā)光是在P區(qū)中發(fā)生的，那么注入的電子與價帶空穴直接復合而發(fā)光，或者先被發(fā)光中心捕獲后，再與空穴復合發(fā)光。除了這種發(fā)光復合外，還有些電子被非發(fā)光中心（這個中心介于導帶、介帶中間附近）捕獲，而后再與空穴復合，每次釋放的能量不大，不能形成可見光。發(fā)光的復合量相對于非發(fā)光復合量的比例越大，光量子效率越高。由于復合是在少子擴散區(qū)內發(fā)光的，所以光僅在靠近PN結面數(shù)pm以內產生。理論和實踐證明，光的峰值波長入與發(fā)光區(qū)域的半導體材料禁帶寬度Eg有關，即入1240/Eg（mm）式中Eg的單位為電子伏特（eV）。若能產生可見光（波長在380nm紫光780nm紅光），半導體材料的

5、Eg應在3.261.63eV之間。比紅光波長長的光為紅外光?，F(xiàn)在已有紅外、紅、黃、綠及藍光發(fā)光二極管，但其中藍光二極管成本、價格很高，使用不普遍。發(fā)光二極管的檢測1普通發(fā)光二極管的檢測（1）用萬用表檢測。利用具有XIOkQ擋的指針式萬用表可以大致判斷發(fā)光二極管的好壞。正常時，二極管正向電阻阻值為幾十至200kQ，反向電阻的值為*。如果正向電阻值為0或為I反向電阻值很小或為0，則易損壞。這種檢測方法，不能實地看到發(fā)光管的發(fā)光情況，因為X10kQ擋不能向LED提供較大正向電流。如果有兩塊指針萬用表（最好同型號）可以較好地檢查發(fā)光二極管的發(fā)光情況。用一根導線將其中一塊萬用表的“+”接線柱與另一塊表的

6、“-”接線柱連接。余下的“-”筆接被測發(fā)光管的正極（P區(qū)），余下的“+”筆接被測發(fā)光管的負極（N區(qū)）。兩塊萬用表均置X10Q擋。正常情況下，接通后就能正常發(fā)光。若亮度很低，甚至不發(fā)光，可將兩塊萬用表均撥至X1Q若，若仍很暗，甚至不發(fā)光，則說明該發(fā)光二極管性能不良或損壞。應注意，不能一開始測量就將兩塊萬用表置于X1Q，以免電流過大，損壞發(fā)光二極管。（2）外接電源測量。用3V穩(wěn)壓源或兩節(jié)串聯(lián)的干電池及萬用表（指針式或數(shù)字式皆可）可以較準確測量發(fā)光二極管的光、電特性。為此可按圖10所示連接電路即可。如果測得VF在1.43V之間，且發(fā)光亮度正常，可以說明發(fā)光正常。如果測得VF=0或VF3V，且不發(fā)光，

7、說明發(fā)光管已壞。2.紅外發(fā)光二極管的檢測由于紅外發(fā)光二極管，它發(fā)射13“m的紅外光，人眼看不到。通常單只紅外發(fā)光二極管發(fā)射功率只有數(shù)mW,不同型號的紅外LED發(fā)光強度角分布也不相同。紅外LED的正向壓降一般為1.32.5V。正是由于其發(fā)射的紅外光人眼看不見，所以利用上述可見光LED的檢測法只能判定其PN結正、反向電學特性是否正常,而無法判定其發(fā)光情況正常否。為此，最好準備一只光敏器件（如2CR、2DR型硅光電池）作接收器。用萬用表測光電池兩端電壓的變化情況。來判斷紅外LED加上適當正向電流后是否發(fā)射紅外光。其測量電路如圖11所示。圖01VS電池LED'"x硅光發(fā)光二極管的應用

8、由于發(fā)光二極管的顏色、尺寸、形狀、發(fā)光強度及透明情況等不同，所以使用發(fā)光二極管時應根據(jù)實際需要進行恰當選擇。由于發(fā)光二極管具有最大正向電流IFm、最大反向電壓VRm的限制，使用時，應保證不超過此值。為安全起見，實際電流IF應在0.6IFm以下；應讓可能出現(xiàn)的反向電壓VRvO。6VRm。LED被廣泛用于種電子儀器和電子設備中，可作為電源指示燈、電平指示或微光源之用。紅外發(fā)光管常被用于電視機、錄像機等的遙控器中。1)利用高亮度或超高亮度發(fā)光二極管制作微型手電的電路如圖5所示。圖中電阻R限流電阻，其值應保證電源電壓最高時應使LED的電流小于最大允許電流IFm。(2)圖6(a)、(b)、(c)分別為直

9、流電源、整流電源及交流電源指示電路。圖(a)中的電阻(EVF)/IF；(a)(b)(c)圖6圖(b)中的R(1.4ViVF)/IF;圖(c)中的RVi/IF式中，Vi交流電壓有效值。(3) 單LED電平指示電路。在放大器、振蕩器或脈沖數(shù)字電路的輸出端，可用LED表示輸出信號是否正常，如圖7所示。R為限流電阻。只有當輸出電壓大于LED的閾值電壓時，LED才可能發(fā)光。(4) 單LED可充作低壓穩(wěn)壓管用。由于LED正向導通后，電流隨電壓變化非?？?，具有普通穩(wěn)壓管穩(wěn)壓特性。發(fā)光二極管的穩(wěn)定電壓在1.43V間，應根據(jù)需要進行選擇VF,如圖8所示。R振器YVo=VF(5) 電平表。目前，在音響設備中大量使

10、用LED電平表。它是利用多只發(fā)光管指示輸出信號電平的，即發(fā)光的LED數(shù)目不同，則表示輸出電平的變化。圖9是由5只發(fā)光二極管構成的電平表。當輸入信號電平很低時，全不發(fā)光。輸入信號電平增大時，首先LED1亮，再增大LED2亮。uiokLED2lirajLED3CB2284LJLEDSiLJ8U9UVi(AC)2.2|iV£(6V)發(fā)光二極管的特性1極限參數(shù)的意義(1) 允許功耗Pm:允許加于LED兩端正向直流電壓與流過它的電流之積的最大值。超過此值，LED發(fā)熱、損壞。(2) 最大正向直流電流IFm：允許加的最大的正向直流電流。超過此值可損壞二極管。(3) 最大反向電壓VRm：所允許加的最

11、大反向電壓。超過此值，發(fā)光二極管可能被擊穿損壞。(4) 工作環(huán)境topm:發(fā)光二極管可正常工作的環(huán)境溫度范圍。低于或高于此溫度范圍，發(fā)光二極管將不能正常工作，效率大大降低。2電參數(shù)的意義(1) 光譜分布和峰值波長：某一個發(fā)光二極管所發(fā)之光并非單一波長，其波長大體按圖2所示。由圖可見，該發(fā)光管所發(fā)之光中某一波長久0的光強最大，該波長為峰值波長。（2）發(fā)光強度IV：發(fā)光二極管的發(fā)光強度通常是指法線（對圓柱形發(fā)光管是指其軸線）方向上的發(fā)光強度。若在該方向上輻射強度為（1/683）W/sr時，則發(fā)光1坎德拉（符號為cd）。由于一般LED的發(fā)光二強度小，所以發(fā)光強度常用坎德拉（med）作單位。（3）光譜

12、半寬度入：它表示發(fā)光管的光譜純度.是指圖3中1/2峰值光強所對應兩波長之間隔.3020J01.0102030BB3（4）半值角01/2和視角：01/2是指發(fā)光強度值為軸向強度值一半的方向與發(fā)光軸向（法向）的夾角。半值角的2倍為視角（或稱半功率角）。圖3給出的二只不同型號發(fā)光二極管發(fā)光強度角分布的情況。中垂線（法線）AO的坐標為相對發(fā)光強度（即發(fā)光強度與最大發(fā)光強度的之比）。顯然，法線方向上的相對發(fā)光強度為1，離開法線方向的角度越大，相對發(fā)光強度越小。由此圖可以得到半值角或視角值。（5）正向工作電流If：它是指發(fā)光二極管正常發(fā)光時的正向電流值。在實際使用中應根據(jù)需要選擇IF在0.6IFm以下。（6）正向工作電壓VF：參數(shù)表中給出的工作電壓是在給定的正向電流下得到