發光二極體的用途及原理分析

2020-11-24 電子發燒友

發光二極體的用途及原理分析

發表於 2017-10-24 14:52:48

    　發光二極體的作用

　　發光二極體（LED）是一種由磷化鎵（GaP）等半導體材料製成的、能直接將電能轉變成光能的發光顯示器件。當其內部有一定電流通過時，它就會發光。圖一是共電路圖形符號。

　　

　　圖一

　　發光二極體也與普通二極體一樣由PN結構成，也具有單向導電性。它廣泛應用於各種電子電路、家電、儀表等設備中、作電源指示或電平指示。

　　（1）發光二極體用作指示燈電路。發光二極體的典型應用電路如圖所示。R為限流電阻，I為通過發光二極體的正向電流。發光二極體的管壓降一般比普通二極體大些，約為2V，電源電壓必須大於管壓降，發光二極體才能正常工作。

　　圖二

　　發光二極體用於交流電源指示燈電路如圖二所示。VD1為整流二極體，VD2為發光二極體，R為限流電阻，T為電源變壓器。

　　圖三

　　（2）發光二極體用作光發射管。在紅外遙控器、紅外無線耳機、紅外報警器等電路中，紅外發光二極體擔任光發射管，電路如圖三所示，VT為開關調製電晶體，VD為紅外發光二極體。信號源通過VT驅動和調製VD，使VD向外發射調製紅外光。

　　發光二極體原理分析

　　它是半導體二極體的一種，可以把電能轉化成光能。發光二極體與普通二極LED晶片的發展管一樣是由一個PN結組成，也具有單向導電性。當給發光二極體加上正向電壓後，從P區注入到N區的空穴和由N區注入到P區的電子，在PN結附近數微米內分別與N區的電子和P區的空穴複合，產生自發輻射的螢光。不同的半導體材料中電子和空穴所處的能量狀態不同。當電子和空穴複合時釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發出的光的波長越短。常用的是發紅光、綠光或黃光的二極體。發光二極體的反向擊穿電壓大於5伏。它的正向伏安特性曲線很陡，使用時必須串聯限流電阻以控制通過二極體的電流。限流電阻R可用下式計算

　　R=（E－UF）/IF

　　式中E為電源電壓，UF為LED的正向壓降，IF為LED的正常工作電流。發光二極體的核心部分是由P型半導體和N型半導體組成的晶片，在P型半導體和N型半導體之間有一個過渡層，稱為PN結。在某些半導體材料的PN結中，注入的少數載流子與多數載流子複合時會把多餘的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉換為光能。PN結加反向電壓，少數載流子難以注入，故不發光。這種利用注入式電致發光原理製作的二極體叫發光二極體，通稱LED。 當它處於正向工作狀態時（即兩端加上正向電壓），電流從LED陽極流向陰極時，半導體晶體就發出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強弱與電流有關。

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