LED基礎知識(1)--LED工作原理、特性及應用
發光二極管是由Ⅲ-Ⅳ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P-N結的I-N特性,即正向導通,反向截止、擊穿特性。此外,在一定條件下,它還具有發光特性。在正向電壓下,電子由N區注入P區,空穴由P區注入N區。進入對方區域的少數載流子(少子)一部分與多數載流子(多子)復合而發光,如圖1所示。
本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201612/325295.htm假設發光是在P區中發生的,那么注入的電子與價帶空穴直接復合而發光,或者先被發光中心捕獲后,再與空穴復合發光。除了這種發光復合外,還有些電子被非發光中心(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。發光的復合量相對于非發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內發光的,所以光僅在靠近PN結面數μm以內產生。
理論和實踐證明,光的峰值波長λ與發光區域的半導體材料禁帶寬
度Eg有關,即
λ≈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Eg應在3.26~1.63eV之間。比紅光波長長的光為紅外光。現在已有紅外、紅、黃、綠及藍光發光二極管,但其中藍光二極管成本、價格很高,使用不普遍。
(二)LED的特性
1.極限參數的意義
(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:所允許加的最大反向電壓。超過此值,發光二極管可能被擊穿損壞。
(4)工作環境topm:發光二極管可正常工作的環境溫度范圍。低于或高于此溫度范圍,發光二極管將不能正常工作,效率大大降低。
2.電參數的意義
(1)光譜分布和峰值波長:某一個發光二極管所發之光并非單一波長,其波長大體按圖2所示。
由圖可見,該發光管所發之光中某一波長λ0的光強最大,該波長為峰值波長。
(2)發光強度IV:發光二極管的發光強度通常是指法線(對圓柱形發光管是指其軸線)方向上的發光強度。若在該方向上輻射強度為(1/683)W/sr時,則發光1坎德拉(符號為cd)。由于一般LED的發光二強度小,所以發光強度常用坎德拉(mcd)作單位。
(3)光譜半寬度Δλ:它表示發光管的光譜純度.是指圖3中1/2峰值光強所對應兩波長之間隔.
(4)半值角θ1/2和視角:θ1/2是指發光強度值為軸向強度值一半的方向與發光軸向(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光二極管發光強度角分布的情況。中垂線(法線)AO的坐標為相對發光強度(即發光強度與最大發光強度的之比)。顯然,法線方向上的相對發光強度為1,離開法線方向的角度越大,相對發光強度越小。由此圖可以得到半值角或視角值。
(5)正向工作電流If:它是指發光二極管正常發光時的正向電流值。在實際使用中應根據需要選擇IF在0.6·IFm以下。
(6)正向工作電壓VF:參數表中給出的工作電壓是在給定的正向電流下得到的。一般是在IF=20mA時測得的。發光二極管正向工作電壓VF在1.4~3V。在外界溫度升高時,VF將下降。
(7)V-I特性:發光二極管的電壓與電流的關系可用圖4表示。
在正向電壓正小于某一值(叫閾值)時,電流極小,不發光。當電壓超過某一值后,正向電流隨電壓迅速增加,發光。由V-I曲線可以得出發光管的正向電壓,反向電流及反向電壓等參數。正向的發光管反向漏電流IR<10μA以下。
(三)LED的分類
1.按發光管發光顏色分
按發光管發光顏色分,可分成紅色、橙色、綠色(又細分黃綠、標準綠和純綠)、藍光等。另外,有的發光二極管中包含二種或三種顏色的芯片。
根據發光二極管出光處摻或不摻散射劑、有色還是無色,上述各種顏色的發光二極管還可分成有色透明、無色透明、有色散射和無色散射四種類型。散射型發光二極管和達于做指示燈用。
2.按發光管出光面特征分
按發光管出光面特征分圓燈、方燈、矩形、面發光管、側向管、表面安裝用微型管等。圓形燈按直徑分為φ2mm、φ4.4mm、φ5mm、φ8mm、φ10mm及φ20mm等。國外通常把φ3mm的發光二極管記作T-1;把φ5mm的記作T-1(3/4);把φ4.4mm的記作T-1(1/4)。
由半值角大小可以估計圓形發光強度角分布情況。從發光強度角分布圖來分有三類:
(1)高
指向性。一般為尖頭環氧封裝,或是帶金屬反射腔封裝,且不加散射劑。半值角為5°~20°或更小,具有很高的指向性,可作局部照明光源用,或與光檢出器聯用以組成自動檢測系統。
(2)標準型。通常作指示燈用,其半值角為20°~45°。
(3)散射型。這是視角較大的指示燈,半值角為45°~90°或更大,散射劑的量較大。
3.按發光二極管的結構分
按發光二極管的結構分有全環氧包封、金屬底座環氧封裝、陶瓷底座環氧封裝及玻璃封裝等結構。
4.按發光強度和工作電流分
按發光強度和工作電流分有普通亮度的LED(發光強度<10mcd);超高亮度的LED(發光強度>100mcd);把發光強度在10~100mcd間的叫高亮度發光二極管。
一般LED的工作電流在十幾mA至幾十mA,而低電流LED的工作電流在2mA以下(亮度與普通發光管相同)。
除上述分類方法外,還有按芯片材料分類及按功能分類的方法。
(四)LED的應用
由于發光二極管的顏色、尺寸、形狀、發光強度及透明情況等不同,所以使用發光二極管時應根據實際需要進行恰當選擇。
由于發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;應讓可能出現的反向電壓VR<0。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)分別為直流電源、整流電源及交流電源指示電路。
圖(a)中的電阻≈(E-VF)/IF;
圖(b)中的R≈(1.4Vi-VF)/IF;
圖(c)中的R≈Vi/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才可能發光。
(4)單LED可充作低壓穩壓管用。由于LED正向導通后,電流隨電壓變化非???,具有普通穩壓管穩壓特性。發光二極管的穩定電壓在1.4~3V間,應根據需要進行選擇VF,如圖8所示。
(5)電平表。目前,在音響設備中大量使用LED電平表。它是利用多只發光管指示輸出信號電平的,即發光的LED數目不同,則表示輸出電平的變化。圖9是由5只發光二極管構成的電平表。當輸入信號電平很低時,全不發光。輸入信號電平增大時,首先LED1亮,再增大LED2亮……。
(五)發光二極管的檢測
1.普通發光二極管的檢測
(1)用萬用表檢測。利用具有×10kΩ擋的指針式萬用表可以大致判斷發光二極管的好壞。正常時,二極管正向電阻阻值為幾十至200kΩ,反向電阻的值為∝。如果正向電阻值為0或為∞,反向電阻值很小或為0,則易損壞。這種檢測方法,不能實地看到發光管的發光情況,因為×10kΩ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)可以較好地檢查發光二極管的發光情況。用一根導線將其中一塊萬用表的“+”接線柱與另一塊表的“-”接線柱連接。余下的“-”筆接被測發光管的正極(P區),余下的“+”筆接被測發光管的負極(N區)。兩塊萬用表均置×10Ω擋。正常情況下,接通后就能正常發光。若
亮度很低,甚至不發光,可將兩塊萬用表均撥至×1Ω若,若仍很暗,甚至不發光,則說明該發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×1Ω,以免電流過大,損壞發光二極管。
(2)外接電源測量。用3V穩壓源或兩節串聯的干電池及萬用表(指針式或數字式皆可)可以較準確測量發光二極管的光、電特性。為此可按圖10所示連接電路即可。如果測得VF在1.4~3V之間,且發光亮度正常,可以說明發光正常。如果測得VF=0或VF≈3V,且不發光,說明發光管已壞。
2.紅外發光二極管的檢測
由于紅外發光二極管,它發射1~3μm的紅外光,人眼看不到。通常單只紅外發光二極管發射功率只有數mW,不同型號的紅外LED發光強度角分布也不相同。紅外LED的正向壓降一般為1.3~2.5V。正是由于其發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射紅外光。其測量電路如圖11所示。
關鍵詞: LED基礎知
您可能也感興趣:
為您推薦
8家險企股權被掛牌轉讓,為何險企股權不再被追捧?
深圳最低工資標準調整為2360元/月 失業保險金為2124元/月
遼寧實施失業保險省級統籌 對缺口核定等作出詳細規定
排行
最近更新
- 蕪湖釋放創新“N次方”效應 數字賦能驅動產業升級
- 去年快遞服務全程時限水平有較大提升 干線運輸時限縮短
- 住建部:推動長江經濟帶高質量發展,打造區域協調發展新樣板
- 江蘇發布重大項目清單 增資擴產項目明顯增多
- 山東抓投資抓項目 新興領域投資規模持續擴大
- Gucci在2月將投放 10 個“SuperGucci”NFT
- 美國銀行:美國CBDC將保持美元作為世界儲備貨幣的地位
- 美股三大指數尾盤集體轉漲
- 光伏發電概念股有哪些?光伏發電概念龍頭股一覽
- The new iPad屏幕對比評測
- 電源接通延時器
- 汽車電子穩定系統(ESP)詳解
- 聯想B520一體機拆解
- 焦炭相關股票有哪些?焦炭概念股票龍頭一覽
- 增強信號 3G無線上網卡改裝拆解全攻略
- 盤點全球五大智能手機生產商 華為聯想入圍
- 三星新平板 Galaxy Note 10.1全拆解
- 智能監控防盜報警系統
- 格力電器未來三年股東回報規劃:每年累計分紅不低于當年凈利潤50%
- 消息稱京東科技計劃2022年在港IPO,募資10億至20億美元
- 恒大集團:呼吁境外債權人不采取任何激進的法律行動
- 海航董事長劉璐因個人原因辭職,在海航已近28年
- 青青稞酒預計2021年營收增長30%-40%,四季度凈虧損超1500萬
- 2022年在港上市募資10億美元?京東科技:不予置評
- 財政部修訂出臺《財政行政處罰聽證實施辦法》
- 賣房子需要交什么稅?賣房子必須攜帶哪些證件?
- 醫保卡的使用范圍有哪些?補牙可以使用醫保報銷嗎?
- 小產權房能過戶嗎?購買小產權房有什么風險?
- 奕東電子的實際控制人是誰?奕東電子股票上市了嗎?
- 百合股份是一家什么公司?百合股份的股票何時上市?