1、1发光二极管的特点发光二极管 LED（Light-Emitting Diode）是能将电信号转换成光信号的结型电致发光半导体器件。其主要特点是：（1）在低电压（1.52.5V）、小电流(5 30mA)的条件下工作，即可获得足够高的亮度。（2）发光响应速度快（10-710-9 s），高频特性好，能显示脉冲信息。（3）单色性好，常见颜色有红、绿、黄、橙等。（4）体积小。发光面形状分圆形、长方形、异形（三角形等）。其中圆形管子的外径有1、2、3、4、5、8、10、12 、15、20 （mm）等规格，直径 1 mm 的属于超微型 LED。（5）防震动及抗冲击穿性能好，功耗低，寿命长。由于 LED 的
2、PN 结工作在正向导通状态，本射功耗低，只要加必要的限流措施，即可长期使用， 寿命在 10 万小时以上，甚至可达 100 万小时。（6）使用灵活，根据需要可制成数码管、字符管、电平显示器、点阵显示器、固体发光板、LED 平极型电视屏等。（7）容易与数字集成电路匹配。2发光二极管的原理发光二极管内部是具有发光特性的 PN 结。当 PN 结导通时，依靠少数载流子的注入以及随后的复合而辐射发光。普通发光二极管的外形、符号及伏安特 性如图 1 所示。LED 正向伏安特性曲线比较陡，在正向导通之前几乎有电流。当电压超过开启电压时，电流就急剧上升。因此，LED 属于电流控制型半导体器 件，其发光亮度 L（
3、单位 cd/m2，读作坎 德拉每平方米）与正向电流 IF 近似成正双，有公式L =K IFm式中，K 为比例系数，在小电流范围内（IF=1 10mA ），m=1.31.5。当 IF10mA 时，m=1，式（5.10.1）简化成L =K IF即亮度与正向电流成正比。以磷砷化镓黄色 LED 为例，相对发光强度与正向电流的关系如图 2 所示。LED 的正向电压则与正向电流以及管芯的半导体 材料有关。使用时应根据所要求的显示亮度来选取合适的 IF 值（一般选 10mA 左右，对于高亮度 LED 可选 12mA ），既保证亮度适中，也不会损坏 LED。若电流过大，就会烧毁 LED 的 PN 结。此外，L
4、ED 的使用寿命将缩短。由于发光二极管的功耗低、体积小，色彩鲜艳、响应速度快、寿命长，所以常用作收录机、收音机和电子仪器的电平指示器、调谐指示器、电源指示器 等。发光二极管在正向导通时有一定稳压作用，还可作直流稳压器中的稳压二极管，提供基准电压，兼作电源指示灯。目前市场上还有一种带反射腔及固定装置的发 光二要管（例如 BT104-B2、BT102-F），很容易固定在仪器面板上。LED 的输出光谱决定其发光颜色及光辐射纯度，也反映出半导体材料的特性。常见管芯材料有磷化镓（GaP）、砷化镓（ GaAsP）、磷砷化镓（GaAlAs）、砷铝化镓（GaN）氮化镓可发蓝光。3使用注意事项（1）管子极性不得
5、接反，一般讲引线较长的为正极，引线较短的是负极。（2）使用中各项参数不得超过规定极限值。正向电流 IF 不允许超过极限工作电流 IFM 值，并且随着环境温度的升高，必须作降额使用。长期使用温度不宜超过 75。（3）焊接时间应尽量短，焊点不能在管脚根部。焊接时应使用镊子夹住管脚根部散热，宜用中性助焊剂（松香）或选用松香焊锡丝。（4）严禁用有机溶液浸泡或清洗。（5）LED 的驱动电路必须加限流电阻，一般可取一百欧至几百欧，视电源电压而定。（6）在发光亮度基本不变的情况下，采用脉冲电压驱动可以节省耗电。对于 LED 点阵显示器，采用扫描显示方式能大大降低整机功耗。4检查发光二极管的好坏发光二极管具有
6、单向导电性，使用 R10k 档可测出其正、反向电阻。一般正向电阻应小于 30k，反向电阻应大于 1M。若正、反向电阻均为零，说明内部击穿短路。若正、反向电阻均为无穷大，证明内部开路。常见发光二极管的种类及主要参数见表 2。需要说明两点：第一，对于同种材料的管芯，由于所掺杂质的不同，发光颜色亦不同；第二，LED 属于电流控制型器件，VF 随 IF 而变化，所标 VF 值仅供参考。此外，根据外形也可以区分发光二极管的正、负极。早期生产的管子带金属管座，上面罩一光学透镜，管侧有一突起，靠近突起的是正极。目前生产的 LED，全部用透明或半透明的环氧树脂封装而成，并且利用环氧树脂构成透镜，起放大和聚焦作
7、用，这类管子引线较长的为正极。注意事项：本书不推荐使用 R1k 档测量 LED 的正、反向电阻。因为该档电池电压 EVF，在很多情况下列法使管子导通，这样测出的正向电阻就是无穷大， 会给人以假象而造成误判断。R10k 档的电池电压 EVF，能使 LED 正向导通或反向截止，很容易区别出正、反向电阻的差异。仅仅测量正、反向电阻，并不能检查其能否正常发光。由于发光二极管的正向电压 VF 一般1.52.5V ，而万用表 R1 或 R10 档的电 池电压为 1.5 V，所以不能使管子正向导通并且发光。R10k 档的电池电压虽然较高，但因内阻太大，提供的正向电流很小，管子也不会正常发光。采用双表法可以检
8、查发光二极管的发光情况。最好选同一种型号的两块万用表，均拨一 R1 或R10 档，按图 1(a)所示串联使用，以提供较高的正向电压。等效电路见(b) 图。假定两块万用表均采用 MF30 型，并且均拨到 R1 档。因为一块表的电池电压 E=1.5V，欧姆中心值 R0=25，所以总电压和总电阻分别是E= 2E= 21.5=3VR0= 2R0= 225=50如果把它们看成一块新表，等效电路就简成（c）图。新表的满度电流是：IM = E/ R0=2E/ 2R0= E/ R0=IM可见满度电流值并未改变。发光二极管在使用时应加上限流电阻 R，将正向电流 IF 限制在 1030mA 为宜，避免功耗太记而损
9、坏管子。一般典型正向电流可选 10mA，IF 的计算公式为IF= EVF/ R（c）图中的 R0能起到限流作用，因此不必另接限流电阻。磷砷化镓发光二极管的正向压降较低，为 1.7V 左右。E=3V 将 R0 =50，可求出用双表法测量时的正向电流为IF= EVF/ R0=31.7/50=26 mA 30 mA因此对管子没有危险。电路接通之后，管子能发出晶莹夺目的红光。如果选用的两块万用表 R1 档欧姆中心值不等，设分别为 R01、R02，而两表 R1 档的电池电压均为 E（E=1.5V ），则此时IM =2 E / R01+ R02IF=2 E VF / R01+ R02实例：测量一只型号不明
10、的发光二极管。第一步，判定正、负极。用 MF30 型万用表的 R10k 档测得正向电阻为 26k，反向电阻接近无穷大。测正向电阻时，黑表笔接的就是正极。第二步，将两块 MF30 型万用表均拨至 R1 档采用双表测量，被测管发出艳丽的红光。若把发光二极管的极性反接，加上反向电压时管子就不能发光。然后将两块万用表拨于 R10 档，管子发光暗淡。这是因为总电阻 R0=2250=500，提供的正向电流较小所致。此时IF31.7/500=2.6 mA注意事项：（1）采用双表法必须先调整好两块万用表的欧姆零点。（2）为了不损坏被测发光二极管，测量前应计算 IM值，若 IM50mA，需选择 R10 档。例如，两块 500 型万用表 R1 档串联后的总 电阻 R0=20，IM=IM=75 mA50 mA。改用 R1档时 IM=7.5 mA，与典型正向电流 IF=10mA 就比较接近。实际上发光二极管本身尚有 1.52.5V 压降，因此上述结果均留有一定余量。假如不知道被测发光二极管的正向电压，也不清楚 IM值。建议先把两块表都拨到 R10 档，若发光很暗，再改拨 R1 档
