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。
