LED发光二极管工作原理特性及应用通信电子TDSCDMA技术_通信电子-电子设计.pdf

假设发光是在 P区中发LED 发光二极管工作原理.特性及应用 半导体发光器件包括半导体发光二极管（简称 LED）、数码管.符号管.米字管及点阵式显示屛（简称矩阵 管）等。事实上.数码管、符号管、米字管及矩阵管中的每个发光収元都是一个发光二极管。人一、半导体发光二极管工作原理、特性及应用（-）LED 发光原理鼻 发光二极管是由川族化合物.如 Ga As（碑化稼）、GaP（磷化觀、GaAs P（磷碎化稼）等半导休制 成的.其核心是 PN 结。因此它具有一般 PN 结的 I-N特性，即正向导通，反向 截此击穿特性。此 外在一定条件下,它还具有发光持性。在正向电压下.电子由 N 区注入戸区空穴由 P 区注入 N 区。进入 对方区域的少数载流子（少子）一部分与女数载流子（篡子复合而发光，如图 1 所示。那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光.或者先被发光中心捕获后.再 与空穴复合发光。除了这种发光复合外还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介帶中间附近）捕获,而后再与空穴复合，每次释放的能虽不大.不能形成可见光。发光的复合址相对于非发光复合址的比例越大,光虽子效率越商。由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近 PN 结面数 pin 以内产生。理论和实 践证明.光的峰值波长入与发光区域的半导体材料禁带宽度 Eg 有关，即 M1240/Eg（mm）式中 Eg 的单.位为电子伏持（eV）。若能产生可见光（波长在 380nm 紫光7 8 0 nm 红光），半导体材料的 Eg 应在 3261.63e V 之间。比红光波长长的光为红外光现在已有红外.红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管 成木、价格很麻使用不普遍。W 二LED 的特性 1 极限参数的意义 （1）允许功耗 Pm：允许加于 LED 两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。超过此值丄 ED 发热.损坏。A（2）最大正向直流电流 IFm:允许加的最大的正向直流电流超过此值可损坏二极管。-（3）最大 反向电斥 V Rm:所允许加的最大反向电压超过此值.发光二极管可能被击穿损坏4G 工作环境 t opm:发光二极管可正常工作的环境温度范隔。低于或商于此温度范圉.发光二极管将不能正常工作.效率大大 降低。A 2 电参数的意义 （I）光谱分布和峰值波长:某一个发光二极管所发之光并非单一波长，其波长大体按图 2 所示。由图可见,该发光管所发之光中某一波长 X0 的光强垠大,该波长为峰值波长。2）发光强度 IV:发光二极管的发光强度通常是指法线（对圆柱形发光管是指其轴线）方向上的发光强度。若 在该方向上辐射强度为（1/683）W/sr 时，则发光 1 坎徳拉（符号为 cd）。由于一般 LED 的发光二强度 小，所以发光强度常用坎德拉（med）作取位。（3）光谱半宽度从:它表示发光管的光谱纯度是指图 3 中 1/2 峰值光强所对应两波长之间隔.（4）半值角 61/2 和视角:W2 是指发光强度值为轴向强度值一半的方向与发光轴向（法向）的夹角。半值 角的2 倍为视角（或称半功率角九-图 3 给出的二只不同型号发光二极管发光强度角分布的情况。中垂 线（法线）A0 的坐标为相对发光强度（即发光强度与最大发光强度的之比）。显然法线方向上的相对发光 强度为 1离开法线方向的角度越大，相对发光强度越小。由此图可以得到半值角或视角值。鼻 30 20 JO L0 10 20 30 可用于为规范管理让所有人员增强自身的执行力避免自身发展与集体的工作规划相违背按固定模式形成日常报告进行上交最终实现及时更新进度快速掌握所需了解情况的效果资料下载后可以进行自定义修改可按照所需进行删减和使护维修工作完成了对车间一年来电气部分的技改完善配套工作完成了三车间卫生纸机生产线电气部分的全部设计制作安装工作完成了年初公司与部门签署的工作目标责任书现将年电气部门全年工作情况作一总结年工作思路打算做出与去年相比又有所提高吨耗维修费控制在目标类无安全故发生围绕公司一车间二车间三车间新闻纸特种纸卫生纸生产的质量工艺设备展开的技改维护保养维修等工作今年全年在确保一车间电气设备正常维护保养三车间的纸维修的基（5）正向工作电流 If:它是抬发光二极管正常发光时的正向电流值。在实际使用中应根据需要选择 IF 在 0.6IFm 以下。A（6）正向匸作电压 VF:参数表中给出的丄作电压是在给定的正向电流下得到的。一般是在 IF=20mA时测得的。发光二极管正向工作电压 VF 在 1.43V。在外界温度升高时,VF 将下降。M7）VI 特性：发光二极管的电斥与电流的关系可用图 4 表示。在正向电斥正小干某一值（叫阈值）时电流极小，不 发光。十电压超过某一值后，正向电流随电压迅速增加，发光。由I 曲线可以得出发光管的正向电压反向 电流及反向电压等参数。正向的发光管反向漏电流 I R1 0 nA 以下。-（三）LED 的分类 1按发光管发光颜色分 按发光管发光颜色分.可分成红色.橙色.绿色（又细分黄绿.标准绿和纯绿）、蓝光等。另外，有的发光 二极管中包含二种或三种颜色的芯片。根据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色，上述各种 颜色的发光二极管还可分成有色透明、无色透明、有色散射和无色散射四种类型。散射型发光二极管和达 于做指示灯用。2-.按发光管出光面持征分 按发光管出光面特征分闘灯.方灯、矩形、面发光管.侧向管、表而安装用微型管等。闘形灯按直径分为 44mni、（p5mm、（p8nim、cplOmm 及 q2 0mm 等。国外通常把（p3mm 的 发光二极管记作 T 1:把p5mm 的记作 T-1（3/4）;把p4.4mm 的记作 T1（1/4 由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布 情况。从发光强度角分布图來分有三类：列 1）高描向性。一般为尖头环氧封装.或是帯金屈反射腔封装，且 不加散射剂。半值角为 52 0。或更小具有很岛的指向性可作局部照明光源用，或与光检出器联用以组成 自动检测系统。2（J 标准型。通常作指示灯用.其半值角为 2 0。45。可用于为规范管理让所有人员增强自身的执行力避免自身发展与集体的工作规划相违背按固定模式形成日常报告进行上交最终实现及时更新进度快速掌握所需了解情况的效果资料下载后可以进行自定义修改可按照所需进行删减和使护维修工作完成了对车间一年来电气部分的技改完善配套工作完成了三车间卫生纸机生产线电气部分的全部设计制作安装工作完成了年初公司与部门签署的工作目标责任书现将年电气部门全年工作情况作一总结年工作思路打算做出与去年相比又有所提高吨耗维修费控制在目标类无安全故发生围绕公司一车间二车间三车间新闻纸特种纸卫生纸生产的质量工艺设备展开的技改维护保养维修等工作今年全年在确保一车间电气设备正常维护保养三车间的纸维修的基(3)散射型。这是视角较大的抬示灯，半值角为 4 5。9 0。或更大，散射剂的址较大。3按发光二极管的结构分鼻按发光二极管的结构分有全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装 及玻璃封装等结构。4按发光强度和工作电流分按发光强度和工作电流分有普通亮度的 LED(发光强度 vlOmcd)：超商亮度的 LED(发光强度lOOmcd)：把发光强度在 lOMOOmcd 间的叫商亮度发光二极管。一般 LED 的工作电 流在十几 mA至几十 mA而低电流 LED 的工作电流在 2 mA 以下(亮度与普通发光管相同 人除上述分类方法外.还有按芯片材料分类及按功能分类的方法。(四)LED 的应用 由于发光二极管的颜色、尺寸、形状、发光强度及透明情况等不同，所以使用发光二极管时应根据实际需要 进行恰十选择。由于发光二极管具有最大正向电流 IFm、最大反向电压 VRm 的限制，使用时应保证不 超过此值。为安全起见，实际电流 IF 应在 0.61 Fm 以下;应让可能出现的反向电压 VR0.6 V Rm。LE D 被广泛用于种电子仪器和电子设备中.可作为电源指示灯、电平抬示或微光源之用。红外发光管常被用 于电视机.录像机等的遥控器中。1)利用岛亮度或超商亮度发光二极管制作微型于电的电路如图5 所示。图中电阻 R 限流电阻，其值应保证 电源电斥最舟时应使 LED 的电流小于最大允许电流 IFnu (2)图 6(a)、(b)、(c)分别为直流电源、整流电源及交流电源指示电路。鼻图(a)中的电阻 W_VF)/IF：图(b)中的 RN 14ViVF)/IF：人图(c)中的 R=W I F 式中,Vi交流电压有效值。(3)单.LED 电平抬示电路。在放大器.振荡器或脉冲数字电路的输出端，可用 LED 表示输出信号是否正 常，如图 7 所示。R 为限流电阻。只有当输出电压大于 LED 的阈值电压时 LED 才可能发光。可用于为规范管理让所有人员增强自身的执行力避免自身发展与集体的工作规划相违背按固定模式形成日常报告进行上交最终实现及时更新进度快速掌握所需了解情况的效果资料下载后可以进行自定义修改可按照所需进行删减和使护维修工作完成了对车间一年来电气部分的技改完善配套工作完成了三车间卫生纸机生产线电气部分的全部设计制作安装工作完成了年初公司与部门签署的工作目标责任书现将年电气部门全年工作情况作一总结年工作思路打算做出与去年相比又有所提高吨耗维修费控制在目标类无安全故发生围绕公司一车间二车间三车间新闻纸特种纸卫生纸生产的质量工艺设备展开的技改维护保养维修等工作今年全年在确保一车间电气设备正常维护保养三车间的纸维修的基(4)单 LED 可充作低斥稳乐管用。由于 LED 正向导通后电流随电压变化非常快具有普通稳压管稳压特 性。发光二极管的稳定电圧在 143V 间，应根据需要进行选择 VF.如图 8 所示。O Vo=Vr(5)电平表。目前，在音响设备中大虽使用 LED电平表。它是利用女只发光管指示输岀信号电平的即发光的 LED 数目不同.则表示输出电平的变化。图 9 是由 5 只发光二极管构成的电平表。为输入信号电平很低时.全不发光。输入信号电平増大时，首先 LED1亮,再增大 LED2 亮。可用于为规范管理让所有人员增强自身的执行力避免自身发展与集体的工作规划相违背按固定模式形成日常报告进行上交最终实现及时更新进度快速掌握所需了解情况的效果资料下载后可以进行自定义修改可按照所需进行删减和使护维修工作完成了对车间一年来电气部分的技改完善配套工作完成了三车间卫生纸机生产线电气部分的全部设计制作安装工作完成了年初公司与部门签署的工作目标责任书现将年电气部门全年工作情况作一总结年工作思路打算做出与去年相比又有所提高吨耗维修费控制在目标类无安全故发生围绕公司一车间二车间三车间新闻纸特种纸卫生纸生产的质量工艺设备展开的技改维护保养维修等工作今年全年在确保一车间电气设备正常维护保养三车间的纸维修的基