LED

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

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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	<400	3.1-4.4	氮化铝（ALN） 氮化铝镓（AIGaN）
紫色	400-450	2.8-4.0	氮化铟镓（InGaN）
蓝色	450-500	2.5-3.7	氮化铟镓（InGaN） 碳化硅（SiC）
绿色	500-570	1.9-4.0	磷化镓（GaP） 磷化铝镓（ALGaP）
黄色	570-590	2.1-2.2	砷化镓磷化物（GaAsP） 磷化镓（GaP）
橙子	590-610	2.0-2.1	砷化镓磷化物（GaAsP） 磷化镓（GaP）
红色	610-760	1.6-2.0	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。

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：

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。

解答：

使用以上公式，限流电阻为：

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：

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。

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。

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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