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LED发光二极管的工作原理、应用、分类及检测

2022-04-16 14:46分类:电子元器件 阅读:

 

LED发光二极管的原理、运用、归类及检验

半导体材料放光元器件包含半导体材料发光二极管(通称LED)、数码显示管、标记管、米字管及点阵式式显示器(通称引流矩阵管)等。实际上,数码显示管、标记管、米字管及引流矩阵管内的每一个闪光模块全是一个发光二极管。

一、 半导体材料发光二极管原理、特点及运用
(一)LED发亮基本原理
??发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化学物质,如GaAs(氮化镓)、GaP(磷化镓)、GaAsP(磷氮化镓)等半导体材料制作的,其关键是PN结。因而它具备一般P-N结的I-N特点,即正指导通,反方向?截至、穿透特点。除此之外,在一定情况下,它还具备发亮特点。在正方向工作电压下,电子器件由N区引入P区,空穴由P区引入N区。进到另一方地区的极少数自由电子(少子)一部分与大部分自由电子(多子)复合型而发亮,如图所示1所显示。


??假定发亮是在P区中产生的,那麼引入的电子器件与费米能级空穴立即复合型而发亮,或是先被发亮核心捕捉后,再与空穴复合型发亮。除开这类发亮复合型外,还有一些电子器件被非发亮核心(这一核心处于导带、介带正中间周边)捕捉,然后再与空穴复合型,每一次释放出来的动能并不大,不可以产生能见光。发亮的复合型量相对性于非发亮复合型量的占比越大,量子高效率越高。因为复合型是在少子蔓延区域内发亮的,因此 光仅在挨近PN结面数μm之内造成。

??基础理论和实践经验证明,光的最高值光波长λ与发亮地区的半导体器件带隙Eg相关,即λ≈1240/Eg(mm)式中Eg的单位为电子伏(eV)。若能造成能见光(光波长在380nm紫光~780nm彩光),半导体器件的Eg应在3.26~1.63eV中间。比红光波长长的光为红外线。如今已经有红外线、红、黄、绿及高清蓝光发光二极管,但在其中高清蓝光二极管成本费、价钱很高,应用不广泛。

(二)LED的特点
?1.極限主要参数的实际意义
?(1)容许功能损耗Pm:容许边加个LED两边正方向交流电压与穿过它的电流量之积的最高值。超出此值,LED发烫、毁坏。
?(2)较大正方向直流电流IFm:容许加的最高的正方向直流电流。超出此值可毁坏二极管。
?(3)较大逆向工作电压VRm:所容许加的最高逆向工作电压。超出此值,发光二极管很有可能被损坏毁坏。

?(4)办公环境topm:发光二极管可一切正常作业的工作温度范畴。小于或超过此温度范围,发光二极管将无法正常的工作中,高效率大幅度降低。

?2.电主要参数的实际意义
?(1)光谱仪遍布和最高值光波长:某一个发光二极管所发之星并不是单一光波长,其光波长大致按图2所显示。由图由此可见,该发光二极管所发之星中某一光波长λ0的光照强度较大,该光波长为最高值光波长。
?(2)亮度单位IV:发光二极管的亮度单位一般是弹法线(对圆柱型发光二极管就是指其中心线)方位上的亮度单位。若在该方位上辐照度为(1/683)W/sr时,则发亮1坎德拉(标记为cd)。因为一般LED的发亮二抗压强度小,因此 亮度单位常见坎德拉(mcd)作企业。
?(3)光谱仪半总宽Δλ:它表明发光二极管的光谱仪纯净度.就是指图3中1/2最高值光照强度所相匹配两光波长中间隔.
?(4)半值角θ1/2和角度:θ1/2就是指亮度单位数值径向抗压强度值一半的方位与发亮径向(反向)的交角。半值角的2倍为角度(或称半输出功率角)。

?图3得出的二只不一样型号规格发光二极管亮度单位角分布的状况。中垂线(法向)AO的座标为相对性亮度单位(即亮度单位与较大亮度单位的之比)。显而易见,法向方位上的相对性亮度单位为1,离去法向方位的视角越大,相对性亮度单位越小。从而图能够获得半值角或角度值。

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(5)正方向工作中电流量If:它就是指发光二极管一切正常发亮时的正方向电流。在具体应用中应按照须要挑选IF在0.6·IFm下列。
?(6)正方向工作标准电压VF:性能参数中列出的工作标准电压是在给出的正面电流量下取得的。一般是在 IF=20mA时测定的。发光二极管正方向工作标准电压VF在1.4~3V。在外部环境温度增高时,VF将降低。
?(7)V-I特点:发光二极管的电流与交流电的影响可以用图4表明。在正方向工作电压正低于某一值(叫阀值)时,电流量很小,不发亮。当电流超出某一值后,正方向电流量随工作电压快速提升,发亮。由V-I曲线图能够得到发光二极管的顺向工作电压,反方向电流量及反方向工作电压等主要参数。正方向的发光二极管反方向泄露电流IR<10μA下列。

(三)LED的归类
?1.按发光二极管发亮色调分
??按发光二极管发亮色调分,可分为鲜红色、橘色、翠绿色(又细分化黄绿色、规范绿和纯绿)、高清蓝光等。此外,有的发光二极管中包括二种或三种颜色的集成ic。依据发光二极管出光处掺或不掺透射剂、有色板块或是没有颜色,以上各种颜色的发光二极管还可分为有色板块全透明、没有颜色全透明、有色板块透射和没有颜色透射四种种类。透射型发光二极管和达于做显示灯用。

?2.按发光二极管出亮面特点分
??按发光二极管出亮面特点分圆灯、方灯、矩形框、面发光二极管、侧面管、表层安裝用小型管等。环形灯按外径分成φ2mm、φ4.4mm、φ5mm、φ8mm、φ10mm及φ20mm等。海外一般 把φ3mm的?发光二极管记作T-1;把φ5mm的记作T-1(3/4);把φ4.4mm的记作T-1(1/4)。由半值角尺寸能够可能环形亮度单位角分布状况。从亮度单位角布局图来分是三类:
?(1)高导向性。一般为尖口环氧树脂封裝,或者带金属材料反射面腔封裝,且不用透射剂。半值夹角5°~20°或更小,具备很高的导向性,可作部分照明灯具灯源用,或与光验出器联用于构成自动识别系统软件。
?(2)基本型。一般 作显示灯用,其半值夹角20°~45°。
?(3)透射型。这也是角度很大的显示灯,半值夹角45°~90°或更高,透射剂的量很大。

?3.按发光二极管的构造分
??按发光二极管的构造分是全环氧树脂包裹、金属材料基座环氧树脂封裝、瓷器基座环氧树脂封裝及玻璃封装等构造。
?4.按亮度单位和工作中电流量分
??按亮度单位和工作中电流量分是一般色度的LED(亮度单位<10mcd);led发光管度的LED(亮度单位>100mcd);把亮度单位在10~100mcd间的叫亮度高发光二极管。一般LED的工作中电流量在十几mA至几十mA,而低电流量LED的工作中电流量在2mA下列(色度与一般发光二极管同样)。

? 除以上分类方法外,也有按芯片材料归类及按作用归类的方式 。

(四)LED的运用
??因为发光二极管的色调、规格、样子、亮度单位及全透明状况等不一样,因此 应用发光二极管时要依据具体须要开展正确挑选。因为发光二极管具备较大正方向电流量IFm、较大逆向工作电压VRm的限定,应用时,应确保不超过此值。为安全起见,具体电流量IF应在0.6IFm下列;应让很有可能产生的方向工作电压VR<0。6VRm。LED被普遍用以种仪表仪器和电子产品中,可做为指示灯、脉冲信号标示或微灯源的用处。红外线发光二极管常被用以电视、摄录机等的控制器中。
?(1)运用亮度高或led发光管度发光二极管制做小型强光手电的线路如图所示5所显示。图上电阻器R功率电阻,其值应确保电源电压最大时应使LED的工作电流低于较大容许电流量IFm。

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(2)图6(a)、(b)、(c)各自为直流稳压电源、整流电源及交流电标示电源电路。
???? 图(a)中的电阻器≈(E-VF)/IF;
???? 图(b)中的R≈(1.4Vi-VF)/IF;
???? 图(c)中的R≈Vi/IF式中,Vi——沟通交流电压有效值。

?(3)单LED脉冲信号标示电源电路。在放大仪、震荡器或单脉冲数字电路设计的输入输出端,可以用LED表明輸出数据信号是不是一切正常,如图所示7所显示。R为功率电阻。仅有当输出电压超过LED的阈值电压时,LED才很有可能发亮。

?(4)单LED可充作低电压稳压极管用。因为LED正指导通后,电流量随工作电压转变 特别快,具备一般稳压极管稳压管特点。发光二极管的平稳工作电压在1.4~3V间,应按照须要做好挑选VF,如图所示8所显示。

(5)电平表。现阶段,在专业音响设备中大量的应用LED电平表。它是运用多个发光二极管标示輸出数据信号电压的,即发亮的LED数量不一样,则表明輸出脉冲信号的转变。图9是由5只发光二极管组成的电平表。当输进数据信号脉冲信号很低时,全不发亮。键入数据信号脉冲信号扩大时,最先LED1亮,再扩大LED2亮……。

(五)发光二极管的检验
1.一般发光二极管的检验
?(1)用万能表检验。运用具备×10kΩ挡的指南针数字万用表能够大概分辨发光二极管的优劣。一切正常时,二极管正方向电阻器电阻值为几十至200kΩ,反方向电阻器的数值∝。假如正方向阻值为0或者是为∞,反方向阻值不大或者是为0,则易毁坏。这类检验方式 ,不可以现场见到发光二极管的发亮状况,由于×10kΩ挡不可以向LED给予很大正方向电流量。

?如果有二块指针万用表(最好是同样型号)能够不错地查验发光二极管的发亮状况。用一根输电线将在其中一块数字万用表的“ ”接线头与另一块表的“-”接线头联接。剩下的“-”笔接被测发光二极管的正级(P区),剩下的“ ”笔接被测发光二极管的负级(N区)。二块数字万用表均置×10Ω挡。一切正常状况下,接入后就能一切正常发亮。若色度很低,乃至不发亮,可将两个数字万用表均拨至×1Ω若,若仍偏暗,乃至不发亮,则表明该发光二极管特性欠佳或毁坏。应留意,不可以一开始精确测量就将两个数字万用表放置×1Ω,以防电流量过大,毁坏发光二极管。
?(2)外置电源精确测量。用3V稳压管源或二节串连的电池及数字万用表(指南针或数显式皆可)能够较精确精确测量发光二极管的光、电特点。因此可按图10所示联接电源电路就可以。假如测出VF在1.4~3V中间,且发光泽度一切正常,能够表明发亮一切正常。假如测出VF=0或VF≈3V,且不发亮,表明发光二极管已坏。


2.红外线发光二极管的检验

??因为红外线发光二极管,它发送1~3μm的红外线,人的眼睛看不见。一般 单只红外线发光二极管信号强度仅有数mW,不一样规格的红外线LED亮度单位角分布都不同样。红外线LED的顺向损耗一般为1.3~2.5V。恰好是因为其释放的红外线人眼见看不到,因此 运用以上能见光LED的测定法只有判断其PN结正、反方向电力学特点是不是一切正常,而没法判断其发亮状况一切正常否。因此,最好是提前准备一只感光元器件(如2CR、2DR型光敏二极管)作信号接收器。用万能表测光电管两电压的变动状况。来分辨红外线LED再加上适度正方向电流量后是不是发送红外线。其精确测量线路如图所示11所显示

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