1、LED發光二極管的工作原理、應用、分類及檢測半導體發光器件包括半導體發光二極管（簡稱LED）、數碼管、符號管、米字管及點陣式顯示屏（簡稱矩陣管）等。事實上，數碼管、符號管、米字管及矩陣管中的每個發光單元都是一個發光二極管。一、半導體發光二極管工作原理、特性及應用（一）LED發光原理發光二極管是由III-IV族化合物，如GaAs（砷化鎵）、GaP（磷化鎵）、GaAsP（磷砷化鎵）等半導體制成的，其核心是PN結。因此它具有一般P-N結的I-N特性，即正向導通，反向截止、擊穿特性。此外，在一定條件下，它還具有發光特性。在正向電壓下，電子由N區注入P區，空穴由P區注入N區。進入對方區域的少數載流子（少

2、子）一部分與多數載流子（多子）復合而發光，如圖1所示。假設發光是在P區中發生的，那么注入的電子與價帶空穴直接復合而發光，或者先被發光中心捕獲后,再與空穴復合發光。除了這種發光復合外，還有些電子被非發光中心（這個中心介于導帶、介帶中間附近）捕獲，而后再與空穴復合，每次釋放的能量不大，不能形成可見光。發光的復合量相對于非發光復合量的比例越大，光量子效率越高。由于復合是在少子擴散區內發光的，所以光僅在靠近PN結面數gm以內產生。理論和實踐證明，光的峰值波長尢與發光區域的半導體材料禁帶寬度Eg有關，即X1240/Eg（mm）式中Eg的單位為電子伏特（eV）。若能產生可見光（波長在380nm紫光780n

3、m紅光），半導體材料的Eg應在3.261.63eV之間。比紅光波長長的光為紅外光。現在已有紅外、紅、黃、綠及藍光發光二極管，但其中藍光二極管成本、價格很高，使用不普遍。（二）LED的特性1極限參數的意義（1）允許功耗Pm:允許加于LED兩端正向直流電壓與流過它的電流之積的最大值。超過此值，LED發熱、損壞。（2）最大正向直流電流IFm：允許加的最大的正向直流電流。超過此值可損壞二極管。（3）最大反向電壓VRm：所允許加的最大反向電壓。超過此值，發光二極管可能被擊穿損壞。（4）工作環境topm:發光二極管可正常工作的環境溫度范圍。低于或高于此溫度范圍，發光二極管將不能正常工作，效率大大降低。2電

4、參數的意義（1）光譜分布和峰值波長：某一個發光二極管所發之光并非單一波長，其波長大體按圖2所示。由圖可見，該發光管所發之光中某一波長尢0的光強最大，該波長為峰值波長。（2）發光強度IV：發光二極管的發光強度通常是指法線（對圓柱形發光管是指其軸線）方向上的發光強度。若在該方向上輻射強度為（1/683）W/sr時，則發光1坎德拉（符號為cd）。由于一般LED的發光二強度小，所以發光強度常用坎德拉（med）作單位。（3）光譜半寬度尢:它表示發光管的光譜純度是指圖3中1/2峰值光強所對應兩波長之間隔.（4）半值角01/2和視角：01/2是指發光強度值為軸向強度值一半的方向與發光軸向（法向）的夾角。半值

5、角的2倍為視角（或稱半功率角）。圖3給出的二只不同型號發光二極管發光強度角分布的情況。中垂線（法線）AO的坐標為相對發光強度（即發光強度與最大發光強度的之比）。顯然，法線方向上的相對發光強度為1，離開法線方向的角度越大，相對發光強度越小。由此圖可以得到半值角或視角值。(5) 正向工作電流If：它是指發光二極管正常發光時的正向電流值。在實際使用中應根據需要選擇IF在0.6IFm以下。(6) 正向工作電壓VF：參數表中給出的工作電壓是在給定的正向電流下得到的。一般是在IF=20mA時測得的。發光二極管正向工作電壓VF在1.43V。在外界溫度升高時，VF將下降。(7) V-I特性：發光二極管的電壓與

6、電流的關系可用圖4表示。在正向電壓正小于某一值(叫閾值)時,電流極小，不發光。當電壓超過某一值后，正向電流隨電壓迅速增加，發光。由V-I曲線可以得出發光管的正向電壓，反向電流及反向電壓等參數。正向的發光管反向漏電流IR10A以下。(三) LED的分類1按發光管發光顏色分按發光管發光顏色分，可分成紅色、橙色、綠色(又細分黃綠、標準綠和純綠)、藍光等。另外，有的發光二極管中包含二種或三種顏色的芯片。根據發光二極管出光處摻或不摻散射劑、有色還是無色，上述各種顏色的發光二極管還可分成有色透明、無色透明、有色散射和無色散射四種類型。散射型發光二極管和達于做指示燈用。2按發光管出光面特征分按發光管出光面特

7、征分圓燈、方燈、矩形、面發光管、側向管、表面安裝用微型管等。圓形燈按直徑分為q2mm、q4.4mm、q5mm、q8mm、qlOmm及q20mm等。國外通常把q3mm的發光二極管記作T-1；把0mm的記作T-1(3/4)；把4.4mm的記作T-1(1/4)。由半值角大小可以估計圓形發光強度角分布情況。從發光強度角分布圖來分有三類：(1) 高指向性。一般為尖頭環氧封裝，或是帶金屬反射腔封裝，且不加散射劑。半值角為5。20。或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或與光檢出器聯用以組成自動檢測系統。(2) 標準型。通常作指示燈用，其半值角為20。45。(3) 散射型。這是視角較大的指示燈，半值

8、角為45。90。或更大，散射劑的量較大。3按發光二極管的結構分按發光二極管的結構分有全環氧包封、金屬底座環氧封裝、陶瓷底座環氧封裝及玻璃封裝等結構。4按發光強度和工作電流分按發光強度和工作電流分有普通亮度的LED(發光強度10mcd)；超高亮度的LED(發光強度100med)；把發光強度在10100mcd間的叫高亮度發光二極管。一般LED的工作電流在十幾mA至幾十mA,而低電流LED的工作電流在2mA以下(亮度與普通發光管相同)。除上述分類方法外，還有按芯片材料分類及按功能分類的方法。(四) LED的應用由于發光二極管的顏色、尺寸、形狀、發光強度及透明情況等不同，所以使用發光二極管時應根據實際

9、需要進行恰當選擇。由于發光二極管具有最大正向電流IFm、最大反向電壓VRm的限制，使用時，應保證不超過此值。為安全起見，實際電流IF應在0.6IFm以下；應讓可能出現的反向電壓VR0。6VRm。LED被廣泛用于種電子儀器和電子設備中，可作為電源指示燈、電平指示或微光源之用。紅外發光管常被用于電視機、錄像機等的遙控器中。(1) 利用高亮度或超高亮度發光二極管制作微型手電的電路如圖5所示。圖中電阻R限流電阻，其值應保證電源電壓最高時應使LED的電流小于最大允許電流IFm。.A嚴弋006irww.driwxzs.coffl(2) 圖6(a)、(b)、(c)分別為直流電源、整流電源及交流電源指示電路。

10、圖(a)中的電阻=(E-VF)/IF；圖(b)中的R-(1.4Vi-VF)/IF;圖(c)中的R-Vi/IF式中，Vi交流電壓有效值。(3) 單LED電平指示電路。在放大器、振蕩器或脈沖數字電路的輸出端，可用LED表示輸出信號是否正常，如圖7所示。R為限流電阻。只有當輸出電壓大于LED的閾值電壓時，LED才可能發光。(4) 單LED可充作低壓穩壓管用。由于LED正向導通后，電流隨電壓變化非常快，具有普通穩壓管穩壓特性。發光二極管的穩定電壓在1.43V間，應根據需要進行選擇VF，如圖8所示。7www.dnwxzs.coat孫罠(5) 電平表。目前，在音響設備中大量使用LED電平表。它是利用多只發

11、光管指示輸出信號電平的，即發光的LED數目不同，則表示輸出電平的變化。圖9是由5只發光二極管構成的電平表。當輸入信號電平很低時，全不發光。輸入信號電平增大時，首先LED1亮，再增大LED2亮.。(五) 發光二極管的檢測1普通發光二極管的檢測(1)用萬用表檢測。利用具有xlOkQ擋的指針式萬用表可以大致判斷發光二極管的好壞。正常時，二極管正向電阻阻值為幾十至200kQ,反向電阻的值為*。如果正向電阻值為0或為g，反向電阻值很小或為0，則易損壞。這種檢測方法，不能實地看到發光管的發光情況，因為xlOkQ擋不能向LED提供較大正向電流。如果有兩塊指針萬用表(最好同型號)可以較好地檢查發光二極管的發光

12、情況。用一根導線將其中一塊萬用表的“+”接線柱與另一塊表的“-”接線柱連接。余下的“-”筆接被測發光管的正極(P區)，余下的“+”筆接被測發光管的負極(N區)。兩塊萬用表均置xlOQ擋。正常情況下，接通后就能正常發光。若亮度很低,甚至不發光，可將兩塊萬用表均撥至xlQ若，若仍很暗，甚至不發光，則說明該發光二極管性能不良或損壞。應注意，不能一開始測量就將兩塊萬用表置于xlQ，以免電流過大，損壞發光二極管。(2)外接電源測量。用3V穩壓源或兩節串聯的干電池及萬用表(指針式或數字式皆可)可以較準確測量發光二極管的光、電特性。為此可按圖10所示連接電路即可。如果測得VF在1.43V之間，且發光亮度正常，可以說明發光正常。如果測得VF=0或VF-3V，且不發光，說明發光管已壞。IV攔ILED立旨(Q)囹drtffXSS.COffiIV擋2.紅外發光二極管的檢測由于紅外發光二極管，它發射13um的紅外光，人眼看不到。通常單只紅外發光二極管發射功率只有數mW,不同型