发光二极管知识.docx

发光二极管简称为LED由镓（Ga）与神（AS）、磷（P）的化合物制成 的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管， 在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示磷神化镓二极管发红光， 磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为LED发 光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性当给发光 二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子， 在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧 光不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同当电子和空穴复合时 释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短常用的是 发红光、绿光或黄光的二极管发光二极管的反向击穿电压约5伏它的正向伏安特性曲线很陡，使用 时必须串联限流电阻以控制通过管子的电流限流电阻R可用下式计算：R=（E—UF）/IF式中E为电源电压，UF为LED的正向压降，IF为LED的一般工作电流发光二 极管的两根引线中较长的一根为正极，应按电源正极有的发光二极管的两根引 线一样长，但管壳上有一凸起的小舌，靠近小舌的引线是正极。

与小白炽灯泡和氖灯相比，发光二极管的特点是：工作电压很低（有的 仅一点几伏）；工作电流很小（有的仅零点几毫安即可发光）；抗冲击和抗震性 能好，可靠性高，寿命长；通过调制通过的电流强弱可以方便地调制发光的强弱 由于有这些特点，发光二极管在一些光电控制设备中用作光源，在许多电子设备 中用作信号显示器把它的管心做成条状，用7条条状的发光管组成7段式半导 体数码管，每个数码管可显示0〜9十个数目字发光二极管的发光原理发光二极管是由III W族化合物，如GaAs （神化镓）、GaP （磷化镓）、GaAsP （磷神化镓）等半导体制成的，其核心是PN结因此它具有一般PN结的IN 特性，即正向导通，反向截止、击穿特性此外，在一定条件下，它还具有发 光特性在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区进入对 方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光，如图1 所示假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光， 或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光除了这种发光复合外，还有些电 子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合， 每次释放的能量不大，不能形成可见光。

发光的复合量相对于非发光复合量的比 例越大，光量子效率越高由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近 PN结面数p m以内产生理论和实践证明，光的峰值波长入与发光区域的半导 体材料禁带宽度E g有关，即入^1240/Eg （mm ）式中Eg的单位为电子伏特（eV） 若能产生可见光（波长在380nm紫光〜780nm红光），半导体材料的Eg应在3.26〜 1.63eV之间比红光波长长的光为红外光现在已有红外、红、黄、绿及蓝光 发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍发光二极管的检测1. 普通发光二极管的检测（1） 用万用表检测利用具有X10k挡的指针式万用表可以大致判断发光二 极管的好坏正常时，二极管正向电阻阻值为几十至200k反向电阻的值为8 如果正向电阻值为0或为8,反向电阻值很小或为0，则易损坏这种检测方法， 不能实地看到发光管的发光情况，因为X10k挡不能向LED提供较大正向电流 如果有两块指针万用表（最好同型号）可以较好地检查发光二极管的发光情况 用一根导线将其中一块万用表的“ + ”接线柱与另一块表的“-”接线柱连接余 下的“-”笔接被测发光管的正极（P区），余下的“ + ”笔接被测发光管的负极（N区）。

两块万用表均置X10Q挡正常情况下，接通后就能正常发光若 亮度很低，甚至不发光，可将两块万用表均拨至X1若，若仍很暗，甚至不发 光，则说明该发光二极管性能不良或损坏应注意，不能一开始测量就将两块万 用表置于X1以免电流过大，损坏发光二极管2） 外接电源测量用3V稳压源或两节串联的干电池及万用表（指针式或数字 式皆可）可以较准确测量发光二极管的光、电特性为此可按图10所示连接电 路即可如果测得VF在1.4〜3V之间，且发光亮度正常，可以说明发光正常 如果测得VF=0或VF^3V，且不发光，说明发光管已坏2. 红外发光二极管的检测由于红外发光二极管，它发射1〜3〃m的红外光，人眼看不到通常单只红外 发光二极管发射功率只有数mW,不同型号的红外LED发光强度角分布也不相同 红外LED的正向压降一般为1.3〜2.5V正是由于其发射的红外光人眼看不见， 所以利用上述可见光LED的检测法只能判定其PN结正、反向电学特性是否正常， 而无法判定其发光情况正常否为此，最好准备一只光敏器件（如2CR、2DR型 硅光电池）作接收器用万用表测光电池两端电压的变化情况来判断红外LED 加上适当正向电流后是否发射红外光。

其测量电路如图11所示发光二极管的应用由于发光二极管的颜色、尺寸、形状、发光强度及透明情况等不同，所 以使用发光二极管时应根据实际需要进行恰当选择由于发光二极管具有最大正 向电流IFm、最大反向电压VRm的限制，使用时，应保证不超过此值为安全 起见，实际电流IF应在0.6IFm以下；应让可能出现的反向电压VR<06VRm LED被广泛用于种电子仪器和电子设备中，可作为电源指示灯、电平指示或微光 源之用红外发光管常被用于电视机、录像机等的遥控器中1）利用高亮度或超高亮度发光二极管制作微型手电的电路如图5所示K . 睥 —O ""P * ——+ LED2. +V ±图中电阻R限流电阻，其值应保证电源电 压最高时应使LED的电流小于最大允许电流IFm2)图6(a)、(b)、(c)分别为直流电源、整流电源及交流电源指示电路图(a)中的电阻Q(EVF ) /IF；M (b) (c)图6图(b)中的 R^(1.4ViVF ) /IF;图(c)中的R^Vi/IF式中，Vi——交流电压有效值3) 单LED电平指示电路在放大器、振荡器或脉冲数字电路的输出端，可用 LED表示输出信号是否正常，如图7所示。

R为限流电阻只有当输出电压大于 LED的阈值电压时，LED才可能发光4) 单LED可充作低压稳压管用由于LED正向导通后，电流随电压变化非常 快，具有普通稳压管稳压特性发光二极管的稳定电压在1.4〜3V间，应根据需 要进行选择VF，如图8所示087(5) 电平表目前，在音响设备中大量使用LED电平表它是利用多只发光管 指示输出信号电平的，即发光的LED数目不同，则表示输出电平的变化图9 是由5只发光二极管构成的电平表当输入信号电平很低时，全不发光输入信 号电平增大时，首先LED1亮，再增大LED2亮……发光二极管的特性1. 极限参数的意义(1 )允许功耗Pm:允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大 值超过此值，LED发热、损坏2) 最大正向直流电流IFm：允许加的最大的正向直流电流超过此值可损坏 二极管3) 最大反向电压VRm：所允许加的最大反向电压超过此值，发光二极管可 能被击穿损坏4) 工作环境topm:发光二极管可正常工作的环境温度范围低于或高于此温 度范围，发光二极管将不能正常工作，效率大大降低2. 电参数的意义(1) 光谱分布和峰值波长：某一个发光二极管所发之光并非单一波长，其波长 大体按图2所示。

由图可见，该发光管所发之光中某一波长入0的光强最大，该 波长为峰值波长2) 发光强度IV：发光二极管的发光强度通常是指法线(对圆柱形发光管是指 其轴线)方向上的发光强度若在该方向上辐射强度为(1/683) W/sr时，则发 光1坎德拉(符号为cd)由于一般LED的发光二强度小，所以发光强度常用 坎德拉(mcd)作单位3) 光谱半宽度△入：它表示发光管的光谱纯度.是指图3中1/2峰值光强所对 应两波长之间隔.30 20 JO l.D 10 20 30图3（4） 半值角e 1/2和视角：e 1/2是指发光强度值为轴向强度值一半的方向与 发光轴向（法向）的夹角半值角的2倍为视角（或称半功率角）图3给出的二只不同型号发光二极管发光强度角分布的情况中垂线（法线）AO 的坐标为相对发光强度（即发光强度与最大发光强度的之比）显然，法线方向 上的相对发光强度为1，离开法线方向的角度越大，相对发光强度越小由此图 可以得到半值角或视角值5） 正向工作电流If：它是指发光二极管正常发光时的正向电流值在实际使 用中应根据需要选择IF在0.6-IFm以下6） 正向工作电压VF：参数表中给出的工作电压是在给定的正向电流下得到的。

一般是在IF=20mA时测得的发光二极管正向工作电压VF在1.4〜3V在外界 温度升高时，VF将下降7） V-I特性：发光二极管的电压与电流的关系可用图4表示在正向电压正 小于某一值（叫阈值）时，电流极小，不发光当电压超过某一值后，正向电流 随电压迅速增加，发光由V-I曲线可以得出发光管的正向电压，反向电流及反 向电压等参数正向的发光管反向漏电流IR<10p A以下。