技術貨:二極體發光原理與LED燈帶

2021-01-15 電子工程專輯

【本文為麵包板社區 「CationLiu」原創文章】


二極體就是把一個N型半導體和P型半導體疊放一起，N型P型是向半導體中摻入了不同的雜質，由於N型、P型半導體的導電特性，在二極體的電路中電流只能由N極向P極單向導通。

在電路裡，二極體作為基礎器件的原理就是用於「整流」，將交流電轉為直流電(生活中電網上的電都是交流的，所以無論什麼電器都必須帶個電源模塊將交流電轉為直流使用)，而且實現了單向導通，所謂指哪打哪，有了二極體工程師們才可以發揮他們的聰明才智將電流導向需要的地方實現各種複雜的功能。


發光二極體將P極和N極連結的部分做一些特殊處理，我們可以稱之為發光層，當電子從N極進入P極時，電子在發光層產生能階的降低從而釋放出能量，這種能量以光子的形式釋放就形成了可見光。


發光二極體的發光亮度與單位時間內通過的電子數量有關，通過的電子數量越多釋放的能量就越大從而產生「更亮」的光。但是電子太多，電流太大會「擊穿」二極體，一般的工作電流在5mA至20mA，電流太小燈不亮，太大就會燒壞。發光二極體的自帶電阻很小，在一般使用中我們可以認為其電阻為0，所以直接向二極體兩端加電壓會導致燒壞。這也就是為啥會在二極體電路中加上一個電阻，阻值一般是300歐姆左右。如果是5V的電壓，可算得電流是16mA，3V的電壓算得的電流是10mA。


那麼我們現在隨便買一個商用的LED燈帶，仔細看的話會發現一組燈珠會有3個181歐姆的電阻，一條燈帶一般有20組燈珠。在結構上，一組燈珠內的LED燈是串聯的，但整體結構又是並聯的20組燈珠。


計算可得並聯電路中單路的電流是24mA(這種商用的5050LED一般電流小於60mA都沒問題)，總路電流為24mA*20=480mA(並聯電路中並聯的電阻越多，總電阻越小)。從這個例子中也可以看出為啥家用電器不能太多，家用電路通過插口接入的都是並聯電路，接入的電器越多總電阻反而越小，總電流越來越大，最後電流超過電線的承載能力導致短路。


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