杏彩体育平台app·半导体发光二极管作业原理、特性及运用

时间：2021-09-20 22:50:51 来源：杏彩体育官网app 作者：杏彩体育官网登录入口

　　(简称LED)、数码管、符号管、米字管及点阵式显现屏(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区中发生的，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m以内发生。

　　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。

　　(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。

　　(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)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: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1/2和视角：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。

　　图3给出的二只不同类型发光二极管发光强度角分布的状况。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。

　　(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0.6IFm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。

　　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IR10A以下。

　　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含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。

　　(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。

　　(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。

　　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)。

　　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VR0。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。

　　(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。

　　(1)用万用表检测。运用具有×10k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200k,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×10k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×10挡。正常状况下，接通后就能正常发光。若亮度很低，乃至不发光，可将两块万用表均拨至×1若，若仍很暗，乃至不发光，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×1，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VF3V，且不发光，阐明发光管已坏。

　　因为红外发光二极管，它发射1～3m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发光强度角分布也不相同。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。

　　经过发光二极管芯片的恰当衔接(包含串联和并联)和恰当的光学结构。可构成发光显现器的发光段或发光点。由这些发光段或发光点能够组成数码管、符号管、米字管、矩阵管、电平显现器管等等。一般把数码管、符号管、米字管共称笔画显现器，而把笔画显现器和矩阵管统称为字符显现器。

　　根本的半导体数码管是由七个条状发光二极管芯片按图12摆放而成的。可完成0～9的显现。其详细结构有“反射罩式”、“条形七段式”及“单片集成式多位数字式”等。

　　(1)反射罩式数码管一般用白色塑料做成带反射腔的七段式外壳，将单个LED贴在与反射罩的七个反射腔相互对位的印刷电路板上，每个反射腔底部的中心方位便是LED芯片。在装反射罩前，用压焊办法在芯片和印刷电路上相应金属条之间连好30m的硅铝丝或金属引线，在反射罩内滴入环氧树脂，再把带有芯片的印刷电路板与反射罩对位粘合，然后固化。

　　反射罩式数码管的封装办法有空封和实封两种。实封办法选用散射剂和染料的环氧树脂，较多地用于一位或双位器材。空封办法是在上方盖上滤波片和匀光膜，为进步器材的可靠性，必须在芯片和底板上涂以通明绝缘胶，这还能够进步光功率。这种办法一般用于四位以上的数字显现(或符号显现)。

　　(2)条形七段式数码管归于混合封装办法。它是把做好管芯的磷化镓或磷化镓圆片，划成内含一只或数只LED发光条，然后把相同的七条粘在日字形“可伐”框上，用压焊工艺连好内引线，再用环氧树脂包封起来。

　　(3)单片集成式多位数字显现器是在发光资料基片上(大圆片)，运用集成电路工艺制造出很多七段数字显现图形，经过划片把合格芯片选出，对位贴在印刷电路板上，用压焊工艺引出引线，再在上面盖上“鱼眼透镜”外壳。它们适用于小型数字外表中。

　　(1)按字高分：笔画显现器字高最小有1mm(单片集成式多位数码管字高一般在2～3mm)。其他类型笔画显现器最高可达12.7mm(0.5英寸)乃至达数百mm。

　　(3)按结构分，有反射罩式、单条七段式及单片集成式。(4)从各发光段电极衔接办法分有共阳极和共阴极两种。

　　所谓共阴办法是笔画显现器各段发光管的阴极(即N区)是公共的，而阳极是相互阻隔的。如图13所示。

　　因为LED显现器是以LED为根底的，所以它的光、电特性及极限参数含义大部分与发光二极管的相同。但因为LED显现器内含多个发光二极管，所以需有如下特别参数：

　　因为数码管各段在相同的驱动电压时，各段正向电流不相同，所以各段发光强度不同。一切段的发光强度值中最大值与最小值之比为发光强度比。比值能够在1.5～2.3间，最大不能超越2.5。

　　若笔画显现器每段典型正向直流作业电流为IF，则在脉冲下，正向电流能够远大于IF。脉冲占空比越小，脉冲正向电流能够越大。

　　(1)假如数码宇航局为共阳极办法，那么它的驱动级应为集电极开路(OC)结构，如图14(a)所示。

　　例如国产TTL集成电路CT1049、CT4049为集电极开路办法七段字形译码驱动电路;而CMOS集成电路CC4511为源极输出七段锁存、译码驱动电路。

　　① 静态驱动：静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管各用一个笔画译码器(如BCD码二-十进制译码器)译码驱动。图15是一位数码管的静态驱动之例。图集成电路TC5002BP内含有射极输出驱动级，所以选用共阴极数码管。A、B、C、D端为BCD码(二-十进制的8421码)输入端，BL为数码管平息及显现状况操控端，R为外接电阻。

　　② 动态驱动：动态驱动是将所稀有码管运用一个专门的译码驱动器，使各位数码管逐一轮番受控显现，这便是动态驱动。因为扫描速度极快。显现效果与静态驱动相同。图17是一种四位数字动态驱动(脉息冲驱动)办法的线路。图中只用了一个译码驱动电路TC5002BP。

　　TC4508BP内含两个锁存器，每个锁存器可锁存四位二进BCD码，对应于四位十进制数的四组BCD码别离输入到四个锁存器，四个锁存器，四组BCD码由四个锁存器分时轮番输出进入译码器，译码后进入数码管驱动级集成电路TD62505P(输入端I1～I7与输出端Q1～Q7一一对应)。Q1～Q7别离加到四个数码管的a～g七个阳极上。数字驱动电路TD62003P是由达林顿构成的阵列电路，Q1～Q4中哪一端接地，由输入端I1～I4的四师长“使能”信号DS1～DS4操控。因为四个锁存器的轮换输出也是受“使能”信号DS1～DS4操控。所以四个数码管轮番通电显现。因为轮番显现频率较高，故显现的数字不呈闪耀现象。

　　米字管和符号管的结构原理相机，所以其驱动办法也根本相同，仅仅译码电路的译码进程与七段译码器不同。

　　米字管能够显现包含英文字母在内的多种符号。符号管主要是用来显现+、-或号等。

　　LED点阵式显现器与由单个发光二极管连成的显现器比较，具有焊点少、连线少，一切亮点在同平面、亮度均匀、外形漂亮等长处。

　　点阵管依据其内部LED尺度的巨细、数量的多少及发光强度、色彩等可分为多种标准。图18所示是具有代表性的P2057A和P2157A两种5高亮度橙赤色5×7点阵组件。选用双列直插14脚封装，两种显现器的差别是LED极性不同，如图18所示。

　　该显现器用扫描驱动办法，挑选较大峰值电流和窄脉冲作驱动源，每个LED的均匀电流不该超越20mA。

　　LED点阵管能够替代数码管、符号管和米字管。不只能够显现数字，也可显现一切西文字母和符号。假如将多块组合，能够构成大屏幕显现屏，用于汉字、图形、图表等等的显现。被广泛用于机场、车站、码头、银行及许多公共场所的指示、阐明、广告等场合。