LED

作者:hardihuang   hardihuang   |   贡献者:   头像   

词条信息 #

对应MG常规课:

对应小学科学课课标:

6.2.1 有的光 直接来自发光 的物体,有的 光来自反射光 的物体
6.6.2 一种表 现形式的能量 可以转换为另 一 种 表 现 形 式

LED随处可见–在我们的手机,汽车甚至家庭中。每当电子设备点亮时,很有可能在其后面有一个LED。

LED就像小灯泡。低能耗,小尺寸,快速切换和长寿命使其成为移动设备和其他低功耗应用的理想选择。

LED代表发光二极管。它们是将电能转化为光的特殊类型的二极管。它们具有与普通PN结二极管非常相似的电气特性。这就是LED的符号与普通PN结二极管相似的原因,除了它的箭头指向远离二极管的箭头以外,它指示二极管正在发射光。

LED构造

LED非常普遍,它们具有各种各样的形状,大小和颜色。您最可能使用的LED是带有两条腿的标准通孔LED。下图显示了它的各个部分。

LED的结构与普通二极管非常不同。LED的PN结被透明的刚性塑料环氧树脂外壳包围。

外壳的构造方式是,结点发出的光子通过LED的圆顶顶部向上聚焦,该圆顶本身就像一个透镜。这就是为什么发出的光在LED顶部看起来最亮的原因。

就像普通二极管一样,LED的正极称为阳极,而LED的负极称为阴极。通常用比阳极短的铅来表示阴极。不仅如此,塑料外壳的外部通常具有平坦的斑点或凹口,该平坦的斑点或凹口也可以指示LED的阴极侧。

并非所有的LED都是半球形的,有些是矩形的,有些是圆柱形的,但是它们大多数都是以相同的方式构造的。

LED工作

像普通的二极管一样,LED仅在正向偏置条件下工作。当LED正向偏置时,自由电子穿过PN结并与空穴复合。由于这些电子从较高的能级下降到较低的能级,因此它们以光子(光)的形式辐射能量。

在普通的二极管中,这种能量以热的形式辐射,而在LED中,能量以光的形式辐射。这种效应称为电致发光

LED颜色

发光二极管的颜色范围很广,最常见的是红色,绿色,黄色,蓝色,橙色,白色和红外(不可见)光。

与由锗或硅制成的普通二极管不同,LED由镓,砷和磷等元素制成。通过将这些元素以不同的比例混合在一起,制造商可以生产出发出不同颜色的LED,如下表所示。

颜色  波长  
(nm)
正向电压
(V)
材料
 紫外线<4003.1-4.4氮化铝(ALN)
氮化铝镓(AIGaN)
 紫色400-4502.8-4.0氮化铟镓(InGaN)
 蓝色450-5002.5-3.7氮化铟镓(InGaN)
碳化硅(SiC)
 绿色500-5701.9-4.0磷化镓(GaP)
磷化铝镓(ALGaP)
 黄色570-5902.1-2.2砷化镓磷化物(GaAsP)
磷化镓(GaP)
 橙子590-6102.0-2.1砷化镓磷化物(GaAsP)
磷化镓(GaP)
 红色610-7601.6-2.0砷化铝镓(AIGaAs)
磷化砷化镓(GaAP)磷化
镓(GaP)
 红外线> 760> 1.9砷化镓(GaAs)
砷化铝镓(ALGaAs)

LED的实际颜色由发出的光的波长决定,而光的波长又由用于制造二极管的实际半导体材料决定。

因此,LED发出的光的颜色不是由LED主体的颜色决定的。它只是增强了光输出并在未照明时指示其颜色。

LED电压和电流

对于大多数低功率LED,电流介于10mA至30mA之间时,典型的压降为1.2V至3.6V。确切的电压降当然将取决于所使用的半导体材料,颜色,公差以及其他因素。

由于LED基本上是二极管,因此可以绘制每种颜色的IV特性曲线,如下所示。

提示

除非另有说明,否则应考虑2V的额定压降和20mA的正向电流。

LED亮度

LED的亮度直接取决于其消耗的电流。它消耗的电流越多,LED就会越亮。

您可以通过控制流过LED的电流量来控制其亮度。

限流电阻

如果将LED直接连接到电池或电源,它将尝试消耗尽可能多的功率,并且几乎会立即损坏自身。

因此,重要的是限制流过LED的电流量。为此,我们使用电阻器。电阻器限制电路中电子的流动,并防止LED试图汲取过多电流。

限流电阻器通过以下方式放置在LED和电压源之间:

在上面的电路中,电阻器的左节点电压为VS,右节点的电压为VF,电阻两端的电压为两个电压之差。

通过应用欧姆定律,限流电阻的计算公式为:

led_1

基本范例

考虑一个正向压降为1.8V的红色LED连接到5V DC电源。计算将正向电流限制在大约10mA所需的限流电阻器的值。

led电路基本实例

解答:

使用以上公式,限流电阻为:

led_2

这表明我们将需要一个320Ω的电阻来将电流限制为10mA。但是320Ω不是标准的首选值,因此我们需要选择下一个最大值330Ω。

让我们重新计算330Ω限流电阻的正向电流:

led_3

我们得到了一个新的9.6mA正向电流值,这很好。

多色LED

大多数LED仅产生彩色光的一个输出。但是,现在可以使用多色LED,它们可以在单个设备中产生多种不同的颜色。这些实际上具有在单个封装中制造的多个LED。

RGB发光二极管

乍一看,RGB(红色,绿色,蓝色)LED看起来就像普通的LED,但是,在通常的LED封装中,实际上有3个LED,一个红色,一个绿色,是的一个蓝色。通过控制每个单独的LED的强度,您可以混合几乎任何您想要的颜色。

通用阴极RGB LED

RGB LED有四个引脚:每种颜色一个,以及一个公共引脚。在某些情况下,公共引脚是阳极,而在其他情况下,它是阴极。

双色LED

与RGB LED不同,双色LED在LED封装内缺少蓝色LED。通常,只有两个LED,一个红色和一个绿色。通过控制每个单独的LED的强度,您可以仅混合红色和绿色的阴影。

普通阴极双色LED

双色LED具有三个引脚:每种颜色一个,以及一个公共引脚。与RGB LED相似,在某些情况下,公共引脚为阳极,在其他情况下为阴极。

参考习题:

1、LED灯的全称是:(发光二极管)

2、通常LED灯的供电电压在几伏左右?(3V)

3、如何区分LED灯的正负极?

答:长引脚为正,短引脚为负

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