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LED发光二极管的作业原理、使用、分类及检测

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半导体发光器件包括半导体发光二极管(简称LED)、数码管、符号管、米字管及点阵式显示屏(简称矩阵管)

LED发光二极管的作业原理、运用、分类及检测


半导体发光器材包括半导体发光二极管(简称LED)、数码管、符号管、米字管及点阵式显示屏(简称矩阵管)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、 半导体发光二极管作业原理、特性及运用
(一)LED发光原理
??发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物,如GaAs(砷化镓)、GaP(磷化镓)、GaAsP(磷砷化镓)等半导体制成的,其间心是PN结。因而它具有一般P-N结的I-N特性,即正导游通,反向?截止、击穿特性。此外,在必定条件下,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。进入对方区域的少量载流子(少子)一部分与大都载流子(多子)复合而发光,如图1所示。





??假定发光是在P区中发作的,那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光,或许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、介带中心邻近)捕获,然后再与空穴复合,每次开释的能量不大,不能构成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的份额越大,光量子功率越高。因为复合是在少子分散区内发光的,所以光仅在接近PN结面数μm以内发生。



??理论和实践证明,光的峰值波长λ与发光区域的半导体资料禁带宽度Eg有关,即λ≈1240/Eg(mm)式中Eg的单位为电子伏特(eV)。若能发生可见光(波长在380nm紫光~780nm红光),半导体资料的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,但其间蓝光二极管本钱、价格很高,运用不遍及。

(二)LED的特性
?1.极限参数的含义
?(1)答应功耗Pm:答应加于LED两头正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。超越此值,LED发热、损坏。
?(2)最大正向直流电流IFm:答应加的最大的正向直流电流。超越此值可损坏二极管。
?(3)最大反向电压VRm:所答应加的最大反向电压。超越此值,发光二极管或许被击穿损坏。

?(4)作业环境topm:发光二极管可正常作业的环境温度规模。低于或高于此温度规模,发光二极管将不能正常作业,功率大大下降。

?2.电参数的含义
?(1)光谱散布和峰值波长: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λ0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一般是指法线(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)。因为一般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Δλ:它表明发光管的光谱纯度.是指图3中1/2峰值光强所对应两波长之距离.
?(4)半值角θ1/2和视角:θ1/2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给出的二只不同类型发光二极管发光强度角散布的状况。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)。明显,法线方向上的相对发光强度为1,脱离法线方向的视点越大,相对发光强度越小。由此图能够得到半值角或视角值。



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(5)正向作业电流If:它是指发光二极管正常发光时的正向电流值。在实践运用中应依据需求挑选IF在0.6·IFm以下。
?(6)正向作业电压VF:参数表中给出的作业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。发光二极管正向作业电压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联系可用图4表明。在正向电压正小于某一值(叫阈值)时,电流极小,不发光。当电压超越某一值后,正向电流随电压敏捷添加,发光。由V-I曲线能够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<10μA以下。

(三)LED的分类
?1.按发光管发光色彩分
??按发光管发光色彩分,可分红赤色、橙色、绿色(又细分黄绿、规范绿和纯绿)、蓝光等。别的,有的发光二极管中包括二种或三种色彩的芯片。依据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有色仍是无色,上述各种色彩的发光二极管还可分红有色通明、无色通明、有色散射和无色散射四种类型。散射型发光二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、侧向管、外表装置用微型管等。圆形灯按直径分为φ2mm、φ4.4mm、φ5mm、φ8mm、φ10mm及φ20mm等。国外一般把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)。由半值角巨细能够估量圆形发光强度角散布状况。从发光强度角散布图来分有三类:
?(1)高指向性。一般为尖头环氧封装,或是带金属反射腔封装,且不加散射剂。半值角为5°~20°或更小,具有很高的指向性,可作部分照明光源用,或与光检出器联用以组成自动检测体系。
?(2)规范型。一般作指示灯用,其半值角为20°~45°。
?(3)散射型。这是视角较大的指示灯,半值角为45°~90°或更大,散射剂的量较大。

?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、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。
?4.按发光强度和作业电流分
??按发光强度和作业电流分有一般亮度的LED(发光强度<10mcd);超高亮度的LED(发光强度>100mcd);把发光强度在10~100mcd间的叫高亮度发光二极管。一般LED的作业电流在十几mA至几十mA,而低电流LED的作业电流在2mA以下(亮度与一般发光管相同)。

? 除上述分类办法外,还有按芯片资料分类及按功用分类的办法。

(四)LED的运用
??因为发光二极管的色彩、尺度、形状、发光强度及通明状况等不同,所以运用发光二极管时应依据实践需求进行恰当挑选。因为发光二极管具有最大正向电流IFm、最大反向电压VRm的约束,运用时,应确保不超越此值。为安全起见,实践电流IF应在0.6IFm以下;应让或许呈现的反向电压VR<0。6VRm。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)运用高亮度或超高亮度发光二极管制造微型手电的电路如图5所示。图中电阻R限流电阻,其值应确保电源电压最高时应使LED的电流小于最大答应电流IFm。





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(2)图6(a)、(b)、(c)分别为直流电源、整流电源及沟通电源指示电路。
???? 图(a)中的电阻≈(E-VF)/IF;
???? 图(b)中的R≈(1.4Vi-VF)/IF;
???? 图(c)中的R≈Vi/IF式中,Vi——沟通电压有效值。

?(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表明输出信号是否正常,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才或许发光。




?(4)单LED可充作低压稳压管用。因为LED正导游通后,电流随电压改变非常快,具有一般稳压管稳压特性。发光二极管的安稳电压在1.4~3V间,应依据需求进行挑选VF,如图8所示。




(5)电平表。现在,在音响设备中很多运用LED电平表。它是运用多只发光管指示输出信号电平的,即发光的LED数目不同,则表明输出电平的改变。图9是由5只发光二极管构成的电平表。当输入信号电平很低时,全不发光。输入信号电平增大时,首要LED1亮,再增大LED2亮……。

(五)发光二极管的检测
1.一般发光二极管的检测
?(1)用万用表检测。运用具有×10kΩ挡的指针式万用表能够大致判别发光二极管的好坏。正常时,二极管正向电阻阻值为几十至200kΩ,反向电阻的值为∝。假如正向电阻值为0或为∞,反向电阻值很小或为0,则易损坏。这种检测办法,不能实地看到发光管的发光状况,因为×10kΩ挡不能向LED供给较大正向电流。

?假如有两块指针万用表(最好同类型)能够较好地查看发光二极管的发光状况。用一根导线将其间一块万用表的“+”接线柱与另一块表的“-”接线柱衔接。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×10Ω挡。正常状况下,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×1Ω若,若仍很暗,甚至不发光,则阐明该发光二极管功能不良或损坏。应留意,不能一开始丈量就将两块万用表置于×1Ω,避免电流过大,损坏发光二极管。
?(2)外接电源丈量。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)能够较精确丈量发光二极管的光、电特性。为此可按图10所示衔接电路即可。假如测得VF在1.4~3V之间,且发光亮度正常,能够阐明发光正常。假如测得VF=0或VF≈3V,且不发光,阐明发光管已坏。


 




2.红外发光二极管的检测

??因为红外发光二极管,它发射1~3μm的红外光,人眼看不到。一般单只红外发光二极管发射功率只稀有mW,不同类型的红外LED发光强度角散布也不相同。红外LED的正向压降一般为1.3~2.5V。正是因为其发射的红外光人眼看不见,所以运用上述可见光LED的检测法只能断定其PN结正、反向电学特性是否正常,而无法断定其发光状况正常否。为此,最好预备一只光敏器材(如2CR、2DR型硅光电池)作接收器。用万用表测光电池两头电压的改变状况。来判别红外LED加上恰当正向电流后是否发射红外光。其丈量电路如图11所示

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