发光二极管(实验7).doc

1、发光二极管公式物理特性发光原理分类 蓝光与白光 LEDLED 光源的特点 LED 光参数介绍 LED 光度测量原理 展开发 光 二 极 管编 辑 本 段简 介发 光 二 极 管发 光 二 极 管它 是 半 导 体 二 极 管 的 一 种 ， 可 以 把 电 能 转 化 成 光 能 ； 常 简 写 为 LED。 发 光二 极 管 与 普 通 二 极 管 一 样 是 由 一 个 PN 结 组 成 ， 也 具 有 单 向 导 电 性 。 当 给 发光 二 极 管 加 上 正 向 电 压 后 ， 从 P 区 注 入 到 N 区 的 空 穴 和 由 N 区 注 入 到 P 区的 电 子 ， 在 PN 结

2、 附 近 数 微 米 内 分 别 与 N 区 的 电 子 和 P 区 的 空 穴 复 合 ， 产 生自 发 辐 射 的 荧 光 。 不 同 的 半 导 体 材 料 中 电 子 和 空 穴 所 处 的 能 量 状 态 不 同 。当 电 子 和 空 穴 复 合 时 释 放 出 的 能 量 多 少 不 同 ， 释 放 出 的 能 量 越 多 ， 则 发 出 的光 的 波 长 越 短 。 常 用 的 是 发 红 光 、 绿 光 或 黄 光 的 二 极 管 。 发 光 二 极 管发 光 二 极 管 的 反 向 击 穿 电 压 约 5 伏 。 它 的 正 向 伏 安 特 性 曲 线 很 陡 ， 使 用 时

3、 必须 串 联 限 流 电 阻 以 控 制 通 过 管 子 的 电 流 。 限 流 电 阻 R 可 用 下 式 计 算 ： 编 辑 本 段公 式R （ E UF） IF 式 中 E 为 电 源 电 压 ， UF 为 LED 的 正 向 压 降 ， IF 为 LED 的 一 般 工 作 电 流 编 辑 本 段物 理 特 性式 中 E 为 电 源 电 压 ， UF 为 LED 的 正 向 压 降 ， IF 为 LED 的 一 般 工 作 电 流 。发 光 二 极 管 的 两 根 引 线 中 较 长 的 一 根 为 正 极 ， 应 按 电 源 正 极 。 有 的 发 光 二 极管 的 两 根 引 线

4、 一 样 长 ， 但 管 壳 上 有 一 凸 起 的 小 舌 ， 靠 近 小 舌 的 引 线 是 正 极 。 与 小 白 炽 灯 泡 和 氖 灯 相 比 ， 发 光 二 极 管 的 特 点 是 ： 工 作 电 压 很 低 （ 有 的仅 一 点 几 伏 ） ； 工 作 电 流 很 小 （ 有 的 仅 零 点 几 毫 安 即 可 发 光 ） ； 抗 冲 击 和 抗震 性 能 好 ， 可 靠 性 高 ， 寿 命 长 ； 通 过 调 制 通 过 的 电 流 强 弱 可 以 方 便 地 调 制 发光 的 强 弱 。 由 于 有 这 些 特 点 ， 发 光 二 极 管 在 一 些 光 电 控 制 设 备

5、中 用 作 光 源 ，在 许 多 电 子 设 备 中 用 作 信 号 显 示 器 。 把 它 的 管 心 做 成 条 状 ， 用 7 条 条 状 的发 光 管 组 成 7 段 式 半 导 体 数 码 管 ， 每 个 数 码 管 可 显 示 0 9 十 个 数 目 字 。 编 辑 本 段发 光 原 理50 年 前 人 们 已 经 了 解 半 导 体 材 料 可 产 生 光 线 的 基 本 知 识 ， 第 一 个 商 用 二极 管 产 生 于 1960 年 。 LED 是 英 文 light emitting diode（ 发 光 二 极 管 ） 的缩 写 ， 发 光 二 极 管它 的 基 本 结

6、 构 是 一 块 电 致 发 光 的 半 导 体 材 料 ， 置 于 一 个 有 引 线 的 架 子 上 ， 然后 四 周 用 环 氧 树 脂 密 封 ， 起 到 保 护 内 部 芯 线 的 作 用 ， 所 以 LED 的 抗 震 性 能好 。 发 光 二 极 管 的 核 心 部 分 是 由 P 型 半 导 体 和 N 型 半 导 体 组 成 的 晶 片 ， 在P 型 半 导 体 和 N 型 半 导 体 之 间 有 一 个 过 渡 层 ， 称 为 PN 结 。 在 某 些 半 导 体 材料 的 PN 结 中 ， 注 入 的 少 数 载 流 子 与 多 数 载 流 子 复 合 时 会 把 多 余

7、 的 能 量 以 光的 形 式 释 放 出 来 ， 从 而 把 电 能 直 接 转 换 为 光 能 。 PN 结 加 反 向 电 压 ， 少 数 载流 子 难 以 注 入 ， 故 不 发 光 。 这 种 利 用 注 入 式 电 致 发 光 原 理 制 作 的 二 极 管 叫发 光 二 极 管 ， 通 称 LED。 当 它 处 于 正 向 工 作 状 态 时 （ 即 两 端 加 上 正 向 电 压 ）， 电 流 从 LED 阳 极 流 向 阴 极 时 ， 半 导 体 晶 体 就 发 出 从 紫 外 到 红 外 不 同 颜 色 的光 线 ， 光 的 强 弱 与 电 流 有 关 。 编 辑 本 段分

8、 类发 光 二 极 管 还 可 分 为 普 通 单 色 发 光 二 极 管 、 高 亮 度 发 光 二 极 管 、 超 高 亮度 发 光 二 极 管 、 变 色 发 光 二 极 管 、 闪 烁 发 光 二 极 管 、 电 压 控 制 型 发 光 二 极 管 、红 外 发 光 二 极 管 和 负 阻 发 光 二 极 管 等 。 普 通 单 色 发 光 二 极 管普 通 单 色 发 光 二 极 管 具 有 体 积 小 、 工 作 电 压 低 、 工 作 电 流 小 、 发 光 均 匀稳 定 、 响 应 速 度 快 、 寿 命 长 等 优 点 ， 可 用 各 种 直 流 、 交 流 、 脉 冲 等

9、电 源 驱 动点 亮 。 它 属 于 电 流 控 制 型 半 导 体 器 件 ， 使 用 时 需 串 接 合 适 的 限 流 电 阻 。 普 通 单 色 发 光 二 极 管 的 发 光 颜 色 与 发 光 的 波 长 有 关 ， 而 发 光 的 波 长 又 取决 于 制 造 发 光 二 极 管 所 用 的 半 导 体 材 料 。 红 色 发 光 二 极 管 的 波 长 一 般 为650700nm， 琥 珀 色 发 光 二 极 管 的 波 长 一 般 为 630650 nm ， 橙 色 发 光 二 极管 的 波 长 一 般 为 610630 nm 左 右 ， 黄 色 发 光 二 极 管 的 波

10、长 一 般 为 585 nm左 右 ， 绿 色 发 光 二 极 管 的 波 长 一 般 为 555570 nm。 发 光 二 极 管常 用 的 国 产 普 通 单 色 发 光 二 极 管 有 BT（ 厂 标 型 号 ） 系 列 、 FG（ 部 标 型 号 ）系 列 和 2EF 系 列 ， 见 表 4-26、 表 4-27 和 表 4-28。 常 用 的 进 口 普 通 单 色 发 光 二 极 管 有 SLR 系 列 和 SLC 系 列 等 。 高 亮 度 单 色 发 光 二 极 管高 亮 度 单 色 发 光 二 极 管 和 超 高 亮 度 单 色 发 光 二 极 管 使 用 的 半 导 体 材

11、 料 与普 通 单 色 发 光 二 极 管 不 同 ， 所 以 发 光 的 强 度 也 不 同 。 通 常 ， 高 亮 度 单 色 发 光 二 极 管 使 用 砷 铝 化 镓 （ GaAlAs） 等 材 料 ， 超 高亮 度 单 色 发 光 二 极 管 使 用 磷 铟 砷 化 镓 （ GaAsInP） 等 材 料 ， 而 普 通 单 色 发 光二 极 管 使 用 磷 化 镓 （ GaP） 或 磷 砷 化 镓 （ GaAsP） 等 材 料 。 常 用 的 高 亮 度 红 色 发 光 二 极 管 的 主 要 参 数 见 表 4-29， 常 用 的 超 高 亮 度单 色 发 光 二 极 管 的 主

12、要 参 数 见 表 4-30。 变 色 发 光 二 极 管变 色 发 光 二 极 管 是 能 变 换 发 光 颜 色 的 发 光 二 极 管 。 变 色 发 光 二 极 管 发 光颜 色 种 类 可 分 为 双 色 发 光 二 极 管 、 三 色 发 光 二 极 管 和 多 色 （ 有 红 、 蓝 、 绿 、白 四 种 颜 色 ） 发 光 二 极 管 。 变 色 发 光 二 极 管 按 引 脚 数 量 可 分 为 二 端 变 色 发 光 二 极 管 、 三 端 变 色 发 光二 极 管 、 四 端 变 色 发 光 二 极 管 和 六 端 变 色 发 光 二 极 管 。 常 用 的 双 色 发

13、光 二 极 管 有 2EF 系 列 和 TB 系 列 ， 常 用 的 三 色 发 光 二 极 管有 2EF302、 2EF312、 2EF322 等 型 号 。 闪 烁 发 光 二 极 管闪 烁 发 光 二 极 管 （ BTS） 是 一 种 由 CMOS 集 成 电 路 和 发 光 二 极 管 组 成 的特 殊 发 光 器 件 ， 可 用 于 报 警 指 示 及 欠 压 、 超 压 指 示 。 闪 烁 发 光 二 极 管 在 使 用 时 ， 无 须 外 接 其 它 元 件 ， 只 要 在 其 引 脚 两 端 加 上适 当 的 直 流 工 作 电 压 （ 5V） 即 可 闪 烁 发 光 。 电

14、压 控 制 型 发 光 二 极 管普 通 发 光 二 极 管 属 于 电 流 控 制 型 器 件 ， 在 使 用 时 需 串 接 适 当 阻 值 的 限 流电 阻 。 电 压 控 制 型 发 光 二 极 管 （ BTV） 是 将 发 光 二 极 管 和 限 流 电 阻 集 成 制 作为 一 体 ， 使 用 时 可 直 接 并 接 在 电 源 两 端 。 红 外 发 光 二 极 管红 外 发 光 二 极 管 也 称 红 外 线 发 射 二 极 管 ， 它 是 可 以 将 电 能 直 接 转 换 成 红外 光 （ 不 可 见 光 ） 并 能 辐 射 出 去 的 发 光 器 件 ， 主 要 应 用 于 各 种 光 控 及 遥 控 发射 电 路 中 。 红 外 发 光 二 极 管 的 结 构 、 原 理 与 普 通 发 光 二 极 管 相 近 ， 只 是 使 用 的 半 导体 材 料 不 同 。 红 外 发 光 二 极 管 通 常 使 用 砷 化 镓 （ GaAs） 、 砷 铝 化 镓（ GaAlAs） 等 材 料 ， 采 用 全 透 明 或 浅 蓝 色 、 黑 色 的 树 脂 封 装 。 常 用 的 红 外 发 光 二 极 管 有 SIR 系 列 、 SIM 系 列 、 PLT 系 列 、 GL 系 列 、HIR 系 列 和 HG 系 列 等