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發(fā)光二極管有哪幾種?正常發(fā)光時(shí)的電流各是多少?

詳細(xì)點(diǎn)的: 問提問者：網(wǎng)友 | 2017-01-18

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發(fā)光二極管簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)ED。由鎵(Ga)與砷(AS)、磷(P)的化合物制成的二極管，當(dāng)電子與空穴復(fù)合時(shí)能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光二極管，在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示。磷砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光。它是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能;常簡(jiǎn)寫為L(zhǎng)ED。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個(gè)PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦?。?dāng)給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導(dǎo)體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當(dāng)電子和空穴復(fù)合時(shí)釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長(zhǎng)越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。發(fā)光二極管的反向擊穿電壓約5伏。它的正向伏安特性曲線很陡，使用時(shí)必須串聯(lián)限流電阻以控制通過管子的電流。限流電阻R可用下式計(jì)算: [編輯本段]公式 R=(E-UF)/IF [編輯本段]物理特性式中E為電源電壓，UF為L(zhǎng)ED的正向壓降，IF為L(zhǎng)ED的一般工作電流。發(fā)光二極管的兩根引線中較長(zhǎng)的一根為正極，應(yīng)按電源正極。有的發(fā)光二極管的兩根引線一樣長(zhǎng)，但管殼上有一凸起的小舌，靠近小舌的引線是正極。與小白熾燈泡和氖燈相比，發(fā)光二極管的特點(diǎn)是:工作電壓很低(有的僅一點(diǎn)幾伏);工作電流很小(有的僅零點(diǎn)幾毫安即可發(fā)光);抗沖擊和抗震性能好，可靠性高，壽命長(zhǎng);通過調(diào)制通過的電流強(qiáng)弱可以方便地調(diào)制發(fā)光的強(qiáng)弱。由于有這些特點(diǎn)，發(fā)光二極管在一些光電控制設(shè)備中用作光源，在許多電子設(shè)備中用作信號(hào)顯示器。把它的管心做成條狀，用7條條狀的發(fā)光管組成7段式半導(dǎo)體數(shù)碼管，每個(gè)數(shù)碼管可顯示0~9十個(gè)數(shù)目字。 [編輯本段]結(jié)構(gòu)及發(fā)光原理 50年前人們已經(jīng)了解半導(dǎo)體材料可產(chǎn)生光線的基本知識(shí)，第一個(gè)商用二極管產(chǎn)生于1960年。LED是英文light emitting diode(發(fā)光二極管)的縮寫，它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料，置于一個(gè)有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹脂密封，起到保護(hù)內(nèi)部芯線的作用，所以LED的抗震性能好。發(fā)光二極管的核心部分是由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體組成的晶片，在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過渡層，稱為PN結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。PN結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED。當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時(shí)(即兩端加上正向電壓)，電流從LED陽極流向陰極時(shí)，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。 [編輯本段]發(fā)光二極管分類發(fā)光二極管還可分為普通單色發(fā)光二極管、高亮度發(fā)光二極管、超高亮度發(fā)光二極管、變色發(fā)光二極管、閃爍發(fā)光二極管、電壓控制型發(fā)光二極管、紅外發(fā)光二極管和負(fù)阻發(fā)光二極管等。 1.普通單色發(fā)光二極管普通單色發(fā)光二極管具有體積小、工作電壓低、工作電流小、發(fā)光均勻穩(wěn)定、響應(yīng)速度快、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，可用各種直流、交流、脈沖等電源驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮。它屬于電流控制型半導(dǎo)體器件，使用時(shí)需串接合適的限流電阻。普通單色發(fā)光二極管的發(fā)光顏色與發(fā)光的波長(zhǎng)有關(guān)，而發(fā)光的波長(zhǎng)又取決于制造發(fā)光二極管所用的半導(dǎo)體材料。紅色發(fā)光二極管的波長(zhǎng)一般為650~700nm，琥珀色發(fā)光二極管的波長(zhǎng)一般為630~650 nm ，橙色發(fā)光二極管的波長(zhǎng)一般為610~630 nm左右，黃色發(fā)光二極管的波長(zhǎng)一般為585 nm左右，綠色發(fā)光二極管的波長(zhǎng)一般為555~570 nm。常用的國(guó)產(chǎn)普通單色發(fā)光二極管有BT(廠標(biāo)型號(hào))系列、FG(部標(biāo)型號(hào))系列和2EF系列，見表4-26、表4-27和表4-28。常用的進(jìn)口普通單色發(fā)光二極管有SLR系列和SLC系列等。 2.(超)高亮度單色發(fā)光二極管(2種) 高亮度單色發(fā)光二極管和超高亮度單色發(fā)光二極管使用的半導(dǎo)體材料與普通單色發(fā)光二極管不同，所以發(fā)光的強(qiáng)度也不同。通常，高亮度單色發(fā)光二極管使用砷鋁化鎵(GaAlAs)等材料，超高亮度單色發(fā)光二極管使用磷銦砷化鎵(GaAsInP)等材料，而普通單色發(fā)光二極管使用磷化鎵(GaP)或磷砷化鎵(GaAsP)等材料。常用的高亮度紅色發(fā)光二極管的主要參數(shù)見表4-29，常用的超高亮度單色發(fā)光二極管的主要參數(shù)見表4-30。 3.變色發(fā)光二極管變色發(fā)光二極管是能變換發(fā)光顏色的發(fā)光二極管。變色發(fā)光二極管發(fā)光顏色種類可分為雙色發(fā)光二極管、三色發(fā)光二極管和多色(有紅、藍(lán)、綠、白四種顏色)發(fā)光二極管。變色發(fā)光二極管按引腳數(shù)量可分為二端變色發(fā)光二極管、三端變色發(fā)光二極管、四端變色發(fā)光二極管和六端變色發(fā)光二極管。常用的雙色發(fā)光二極管有2EF系列和TB系列，常用的三色發(fā)光二極管有2EF302、2EF312、2EF322等型號(hào)。 4.閃爍發(fā)光二極管閃爍發(fā)光二極管(BTS)是一種由CMOS集成電路和發(fā)光二極管組成的特殊發(fā)光器件，可用于報(bào)警指示及欠壓、超壓指示。閃爍發(fā)光二極管在使用時(shí)，無須外接其它元件，只要在其引腳兩端加上適當(dāng)?shù)闹绷鞴ぷ麟妷?5V)即可閃爍發(fā)光。 5.電壓控制型發(fā)光二極管普通發(fā)光二極管屬于電流控制型器件，在使用時(shí)需串接適當(dāng)阻值的限流電阻。電壓控制型發(fā)光二極管(BTV)是將發(fā)光二極管和限流電阻集成制作為一體，使用時(shí)可直接并接在電源兩端。 6.紅外發(fā)光二極管紅外發(fā)光二極管也稱紅外線發(fā)射二極管，它是可以將電能直接轉(zhuǎn)換成紅外光(不可見光)并能輻射出去的發(fā)光器件，主要應(yīng)用于各種光控及遙控發(fā)射電路中。紅外發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)、原理與普通發(fā)光二極管相近，只是使用的半導(dǎo)體材料不同。紅外發(fā)光二極管通常使用砷化鎵(GaAs)、砷鋁化鎵(GaAlAs)等材料，采用全透明或淺藍(lán)色、黑色的樹脂封裝。常用的紅外發(fā)光二極管有SIR系列、SIM系列、PLT系列、GL系列、HIR系列和HG系列等 [編輯本段]LED光源的特點(diǎn) 1. 電壓 LED使用低壓電源，供電電壓在6-24V之間，根據(jù)產(chǎn)品不同而異，所以它是一個(gè)比使用高壓電源更安全的電源，特別適用于公共場(chǎng)所。 2. 效能消耗能量較同光效的白熾燈減少80% 3. 適用性很小，每個(gè)單元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制備成各種形狀的器件，并且適合于易變的環(huán)境 4. 穩(wěn)定性 10萬小時(shí)，光衰為初始的50% 5. 響應(yīng)時(shí)間其白熾燈的響應(yīng)時(shí)間為毫秒級(jí)，LED燈的響應(yīng)時(shí)間為納秒級(jí) 6. 對(duì)環(huán)境污染無有害金屬汞 7. 顏色改變電流可以變色，發(fā)光二極管方便地通過化學(xué)修飾方法，調(diào)整材料的能帶結(jié)構(gòu)和帶隙，實(shí)現(xiàn)紅黃綠蘭橙多色發(fā)光。如小電流時(shí)為紅色的LED，隨著電流的增加，可以依次變?yōu)槌壬?，黃色，最后為綠色 8. 價(jià)格 LDE的價(jià)格現(xiàn)在越來越平民化，因LED省電的特性，也許不久的將來，人們都會(huì)的把白熾燈換成LED燈?，F(xiàn)在，我國(guó)部分城市公路、學(xué)校、廠區(qū)等場(chǎng)所已換裝萬LED路燈、節(jié)能燈等單色光LED的種類及其發(fā)展歷史最早應(yīng)用半導(dǎo)體P-N結(jié)發(fā)光原理制成的LED光源問世于20世紀(jì)60年代初。當(dāng)時(shí)所用的材料是GaAsP，發(fā)紅光(λp=650nm)，在驅(qū)動(dòng)電流為20毫安時(shí)，光通量只有千分之幾個(gè)流明，相應(yīng)的發(fā)光效率約0.1流明/瓦。 70年代中期，引入元素In和N，使LED產(chǎn)生綠光(λp=555nm)，黃光(λp=590nm)和橙光(λp=610nm)，光效也提高到1流明/瓦。到了80年代初，出現(xiàn)了GaAlAs的LED光源，使得紅色LED的光效達(dá)到10流明/瓦。 90年代初，發(fā)紅光、黃光的GaAlInP和發(fā)綠、藍(lán)光的GaInN兩種新材料的開發(fā)成功，使LED的光效得到大幅度的提高。在2000年，前者做成的LED在紅、橙區(qū)(λp=615nm)的光效達(dá)到100流明/瓦，而后者制成的LED在綠色區(qū)域(λp=530nm)的光效可以達(dá)到50流明/瓦。單色光LED的應(yīng)用最初LED用作儀器儀表的指示光源，后來各種光色的LED在交通信號(hào)燈和大面積顯示屏中得到了廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。以12英寸的紅色交通信號(hào)燈為例，在美國(guó)本來是采用長(zhǎng)壽命，低光效的140瓦白熾燈作為光源，它產(chǎn)生2000流明的白光。經(jīng)紅色濾光片后，光損失90%，只剩下200流明的紅光。而在新設(shè)計(jì)的燈中，Lumileds公司采用了18個(gè)紅色LED光源，包括電路損失在內(nèi)，共耗電14瓦，即可產(chǎn)生同樣的光效。汽車信號(hào)燈也是LED光源應(yīng)用的重要領(lǐng)域。1987年，我國(guó)開始在汽車上安裝高位剎車燈，由于LED響應(yīng)速度快(納秒級(jí))，可以及早讓尾隨車輛的司機(jī)知道行駛狀況，減少汽車追尾事故的發(fā)生。另外，LED燈在室外紅、綠、藍(lán)全彩顯示屏，匙扣式微型電筒等領(lǐng)域都得到了應(yīng)用。 [編輯本段]LED光參數(shù)介紹 LED的光學(xué)參數(shù)中重要的幾個(gè)方面就是:光通量、發(fā)光效率、發(fā)光強(qiáng)度、光強(qiáng)分布、波長(zhǎng)。 1 發(fā)光效率和光通量發(fā)光效率就是光通量與電功率之比。發(fā)光效率表征了光源的節(jié)能特性，這是衡量現(xiàn)代光源性能的一個(gè)重要指標(biāo)。 2 發(fā)光強(qiáng)度和光強(qiáng)分布 LED發(fā)光強(qiáng)度是表征它在某個(gè)方向上的發(fā)光強(qiáng)弱，由于LED在不同的空間角度光強(qiáng)相差很多，隨之而來我們研究了LED的光強(qiáng)分布特性。這個(gè)參數(shù)實(shí)際意義很大，直接影響到LED顯示裝置的最小觀察角度。比如體育場(chǎng)館的LED大型彩色顯示屏，如果選用的LED單管分布范圍很窄，那么面對(duì)顯示屏處于較大角度的觀眾將看到失真的圖像。而且交通標(biāo)志燈也要求較大范圍的人能識(shí)別。 3 波長(zhǎng) 對(duì)于LED的光譜特性我們主要看它的單色性是否優(yōu)良，而且要注意到紅、黃、藍(lán)、綠、白色LED等主要的顏色是否純正。因?yàn)樵谠S多場(chǎng)合下，比如交通信號(hào)燈對(duì)顏色就要求比較嚴(yán)格，不過據(jù)觀察現(xiàn)在我國(guó)的一些LED信號(hào)燈中綠色發(fā)藍(lán)，紅色的為深紅，從這個(gè)現(xiàn)象來看我們對(duì)LED的光譜特性進(jìn)行專門研究是非常必要而且很有意義的。 [編輯本段]LED光度測(cè)量原理 1 光強(qiáng)度的測(cè)量方法把光強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)燈，LED和配有V(λ)濾光片的硅光電二極管安裝和調(diào)試在光具座上，特別是嚴(yán)格地調(diào)燈絲位置，LED發(fā)光部位及接受面位置。先用光強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)燈校準(zhǔn)硅光電二極管，C=E/S 式中Es=IS/(d2s) d s是標(biāo)準(zhǔn)燈與接受器之間的距離，I s是標(biāo)準(zhǔn)燈的光強(qiáng)度，R s是標(biāo)準(zhǔn)燈的響應(yīng)。 E s=C ??R t式中E t是被測(cè)LED的照度，R t是被測(cè)LED的響應(yīng)，則LED的光強(qiáng)度I t為:I t=E t ??d2t 式中d t 是LED與接受面之距離。對(duì)于LED來講，其發(fā)光面是圓蓋形狀的，光分布是很特殊的，所以在不同的測(cè)量距離下，光強(qiáng)值會(huì)變化，偏離距離平方反比定律，即使固定了測(cè)量距離，但是由于接受器接受面積不同，其光強(qiáng)值也會(huì)變化。因此，為了提高測(cè)量精度，應(yīng)該把測(cè)量距離和接受面積大小相對(duì)地給予固定為好。例如，測(cè)量距離按照GIE推薦采用316mm，接受器面積固定為10×10mm。在同一測(cè)量距離下，LED轉(zhuǎn)角不同，其光強(qiáng)也相應(yīng)地有變化，因此為了獲得最佳值，最好讀出最大讀數(shù)R t為佳。 2 光通量的測(cè)量方法光通量測(cè)量在變角光度計(jì)的轉(zhuǎn)臺(tái)上進(jìn)行，轉(zhuǎn)臺(tái)上安轉(zhuǎn)了LED，該轉(zhuǎn)臺(tái)在其水平面上繞著垂直軸旋轉(zhuǎn)±90度，LED在垂直面上繞著測(cè)光軸旋轉(zhuǎn)360度。在水平面上和垂直面上的轉(zhuǎn)角的控制是通過步進(jìn)馬達(dá)來實(shí)現(xiàn)的。轉(zhuǎn)臺(tái)在導(dǎo)軌上隨意移動(dòng)，當(dāng)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)燈時(shí)，轉(zhuǎn)臺(tái)應(yīng)離開導(dǎo)軌。測(cè)量時(shí)大轉(zhuǎn)盤在水平面上繞垂直軸旋轉(zhuǎn)，步進(jìn)角度為0.9°，正方向90°，反方向90°。LED自身也在旋轉(zhuǎn)，在每一個(gè)水平角度下，垂直平面上每隔18°進(jìn)行一次信號(hào)采集，轉(zhuǎn)完360°之后共采集到20個(gè)數(shù)據(jù)，按下式計(jì)算總光通量。如果大盤旋轉(zhuǎn)0°~90°時(shí)，小盤轉(zhuǎn)0°~360°即可。但是大盤旋轉(zhuǎn)0°~90°時(shí)，有可能LED安裝不均勻(不對(duì)稱)而引起誤差，因此最好的解決辦法是大盤轉(zhuǎn)-90°~0°~90°，小盤仍然轉(zhuǎn)0°~360°，把大盤0°~90°和-90°~0°兩個(gè)范圍內(nèi)絕對(duì)值相等的角度上的照度值取平均值來作為0°~90°內(nèi)的值。 LED總光通量測(cè)量的第二種方法是積分求法。此方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單易行，但測(cè)量精度不高。LED的總光通量計(jì)算方法如下，先計(jì)算離積分球入射窗口(入射窗口面積 A)1 距離上標(biāo)準(zhǔn)燈(光強(qiáng)值 I s)進(jìn)入積分球內(nèi)的光通量Φs，Φs=I s ?? A /I 2 讀出接收器上的光電流信號(hào)i s，然后把LED置于窗口上，讀出相應(yīng)的接收器光電流信號(hào)it，則LED的總光通量Φ為: Φt=It/IsΦs??K 式中 K 為色修正系數(shù)。 3 LED的光譜功率分布測(cè)量方法: 發(fā)光二極管的光譜功率分布測(cè)量，目的是掌握LED的光譜特性和色度，再者是為了對(duì)已測(cè)得的LED的光度量值進(jìn)行修正。在測(cè)量LED光譜功率分布時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)，一個(gè)是在與標(biāo)準(zhǔn)光譜輻照度進(jìn)行比較時(shí)由于標(biāo)準(zhǔn)燈的光譜輻強(qiáng)度比LED強(qiáng)得多，為了避免這個(gè)問題，最好在標(biāo)準(zhǔn)燈前加一個(gè)中性濾光片，使它的光譜輻強(qiáng)度接近于LED。 LED的光譜寬度很窄，為了準(zhǔn)確地描繪LED的光譜分布輪廓，最好采用窄帶波長(zhǎng)寬度的單色儀進(jìn)行測(cè)量，波長(zhǎng)間隔為1nm為好。按下式計(jì)算LED的光譜功率分布E t。 Etλ=Esλ??Itλ/Isλ 式中 i 是標(biāo)準(zhǔn)燈在波長(zhǎng) i 處的響應(yīng);E 是標(biāo)準(zhǔn)燈的光譜功率分布;i 是LED在波長(zhǎng)λ處的響應(yīng)。 LED的色坐標(biāo)計(jì)算公式為: x=∫Etλ??xλdλ y=∫Etλ??ydλ z=∫Etλ??ydλ 色坐標(biāo)為: x=X/(X+Y+Z) y=Y/(X+Y+Z) 也可計(jì)算LED的主波長(zhǎng)和色純度。發(fā)光二極管也與普通二極管一樣由PN結(jié)構(gòu)成，也具有單向?qū)щ娦?。它廣泛應(yīng)用于各種電子電路、家電、儀表等設(shè)備中、作電源指示或電平指示。: 回答者：網(wǎng)友

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