LED发光二极管原理(图文).docx

1.ED发光二极管原理（图文）半导体发光器件包括半导体发光二极管（简称1.ED）、数码管、符号管、米字管及点阵式显示屏（筒称矩阵管）等，事实上，数码管、符号管、米字管及矩阵管中的每个发光单元都是一个发光二极管.一、半导体发光二极管工作原理、特性及应用（一1.ED发光原理发光二极管是由In-IV族化合物，如GaAS碑化锦、GaP（磷化镣）、GaAsP（磷卿化铉）等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向豉止、击穿特性。此外.在肯定条件下,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.诳入对方区域的少数我漉子（少子）一部分与多数我通手（多子）复合而发光，如图I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干脆发合而发光，或者先被发光中心捕获后,再与空穴复合发光,除了这种发光史合外.还有些电子被非发光中心（这个中心介于导帝、介带中间旁边）捕获，而后再与空穴或合，每次择放的能限不大，不能形成可见光。发光的或合t相对于非发光强介吊的比例越大，光收子效率越高,由于双台是在少子扩散M内发光的，所以光仪在城近PX结面数Um以内产牛.理论和实践证明光的峥值波长与发光区域的半导体材料禁带宽度Eg有关.即l240Eg（ra）式中Eg的单位为电子伏特QV）.若能产生可见光（波长在38OnB紫光78Onm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，但其中薇光二极管成本、价格很高，运用不普遍.（一）1.ED的特性1 .极限多数的意义1允许功耗Pm:允许加于1.ED两端正向宜流电压与流过它的电流之枳的最大值.依过此值，1.ED发热、损坏.（2）最大正向直流电流IF«：允许加的最大的正向直流电流.超过此值可损坏二极管.（3）般大反向电压VR-：所允许加的最大反向电压.超过此f发光二极管可能被击穿损坏。（4）工作环境Iopm:发光二极管可正常工作的环境温强范困。低于或高于此温度范明，发光二极管将不旎正常工作,效率大大降低.2 .电参数的意义（1）光谐分布和埠伯波长：某一个发光：极省所发之光并非单一波长，其波长大体按图2所示.出图可见，该发光管所发之光中某一波长AO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（对回柱形发光管是指其轴线）方向上的发光强度.若在该方向上辎射强度为<l683）Bsr时，则发光I坎i拉（符号为cd）,由于一般1.ED的发光：强哎小，所以发光凝度常用坡使拉Oocd）作单位。（3）光谱华宽度:它表示发光管的光谱纯度.是指图3中1/2峥依光强所对应两波长之间隔.（4）半值角01/2和视角：01/2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：只不同型号发光：极笆发光强度角分布的状况中垂雄（法i>AQ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）,明显，法线方向上的相对发光强度为1.禺开法线方向的角度越大,相对发光强世越小.由此图可以得到半值角或视角03（5）正向工作电流If：它是指发光：极管正常发光时的正向电流伯。在实际运用中应依据筑要选择IF在0.6IFm以下。（6）正向工作电压VF：参数衣中给出的工作电压是在给定的正向电流下得到的.一股是在lF-2011v时测得的.发光二极管正向工作电压VF在1.4一3V,在外界温度上升时,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去示，在正向电压正小于某一值（叫阈值）时,电流微小,不发光。当电压超过某一值后，正向电流圈电压快速增加,发光。illv-i曲线可以得动身光管的正向电H，反向电流及反向电压等参数.正向的发光管反向漏电瓶IR<lOA以下.（三>1.印的分类1,按发光管发光颜色分按发光管发光颜色分，可分成红色、橙色、绿色（又细分黄绿'标准绿和纯球）、薇光等.另外.有的发光二极管中也含二种或三种颜色的芯片.依据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色,上述各种颜色的发光二：极管还可分成有色透亮、无色透光、有色散射和无色放射四种类型。散射型发光.极管和达于做指示灯用。2 .按发光管出光面特征分按发光管出光面特征分圆灯、方灯、矩形、面发光管、他向管、表面安装用微型管等.网形灯按直径分为*l211m,4.Imn,511m.48mm.IOnm20mn等.国外通常把<l>3m的发光二极管记作T-I:把45mm的记作T-I（3/4）：把4>4.4wn的记作T-I（1/4）,由半侦角大小可以估计阴形发光强度角分布状况。从发光强度角分布图来分有三类（1）高指向性.一改为尖头环制封装,或是带金属反射腔封装且不加IK射剂.半（ft角为5。20°或更小，具布很高的指向性,可作局部照明光源用，或与光检出器联用以组成自动检测系统。（2）标准型。通常作指示灯用,其半值角为20“-45*°（3）放射型.这是视角较大的指示灯，半值用为45.9（或更大,敢射剂的量较大。3 .按发光二极管的结构分按发光二极管的结构分有全环氧包封、金胧底座环钝封装、陶克底座环乳封装及坡璃封装等结构.4.按发光强度和工作电流分按发光强度和工作电流分有一般亮度的1.ED（发光强度<10mcd）;超高亮度的1.ED（发光强度>10OmCd）：把发光强度在Io-100mCd间的叫高亮度发光二极管.一般1.ED的工作电流在十几m至几十mA.而低电流1.ED的工作电流在2»A以下（亮度与一般发光管相同），除上述分类方法外，还行按芯片材料分类及按功能分类的方法。（四）1.ED的应用由于发光二极管的颜色、尺寸、形态、发光残度及透亮状况等不同，所以运用发光二极管时应依据实际须要进行恰当选择.小干发光二极管具有最大正向电流IF-.最大反向电压VRm的限制,运刖时，血保证不超过此（ft.为平安起见,实际电漉IF应在0.61Fm以下：应让可能出现的反向电压VR<O,6VM1.ED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.图中电阻R限流电阻，其值应保证电源电压最高时应使1.ED的电流小于以大允许电流IFm（2）图6（八）、（b>.（C）分别为出流电源、整流电源及沟通电源指示电路。图GO中的电阻=（E-VF）/IF：（b）中的RN<1.4Vi-VP）/IF;图（C）中的RYiIF式中，Vi沟通电压有效（ft.（3）单1.印电平指示电路.在放大器、振荡器或脉冲数字电路的输出端，可用1.ED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1.ED的示值电压时,1.ED才可能发光（4）单1.小可充作低压稳压管用.由于IH）正向导通后，电流l½电压改变特别快，具有一慑稳压管植压特性，发光：极管的稳定电压在1.43V（f,应依据须要进行选择VF,如图8所示（5）电平表。目前,在音响设备中大量运用1.ED电平表，它是利用多只发Jt管指示输出信号电平的,即发光的1.ED数目不同.则表示输出电平的改变。图9是由5只发光二极管构成的电平表.当愉入信号电平很低时.全不发光.输入信号电平增大时.首先1.EDl亮.再增大1.ED2亮.（五）发光二极管的检测1.-僦发光：极管的检测（1）用万用表检测，利用具有XlokQ挡的指针式万用表可以大致推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200kC,反向电阻的值为8.假如正向电阻值为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状况.因为XIokQ挡不能向1.ED供应较大正向电流.板如有两块指计万用去（爆好同型9）可以较好地检杳发光二极管的发光状况。用一根杼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,余下的笔接收刈发光管的负极<NK>.两块万用表均徨XIoa档.正常状况下,接通后就能正常发光.若亮度很低，共至不发光，可将两块万用衣均拨至XIa若，若仍很暗，徒至不发光，则说明该发光二极管性能不良或损坏。应刷意，不能一起先测量就将两块万用衣置于XlQ,以免电流过大，损坏发光二板管.（2）外接电源测Ift.用3V稳乐源或两节串联的干电池及万刖衣（指针式或数字式皆可）可以较精确刈质发光二极管的光、电特性，为此可按图10所示连接电跖即可.假如测得VF在1.43Y之间，且发光亮度正常，可以说明发光正常。假如流得YF=O或VF三三3V,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，它放射13Um的红外光，人眼看不到.通常单只红外发光二极管放射功率只有数mW.不同型号的红外1上。发光强度角分布也不相同。红外1.ED的正向压降-般为1.32.5V,正是由于其放射的红外无人眼看不见，所以利用上述可见光1.ED的检测法只能判定其PN结正、反向电学特性是否正常，而无法判定其发光状况正常否.为此,最好打算一只光敏零件（如2CR、2DR型硅光电池）作接收