半导体“电-光”转换器件——发光二极管的识别与使用

作者 张晓东 来源 《无线电》杂志
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发布时间 2010-12-22

发光二极管简称发光管(英文简称LED),它是采用特殊的磷化镓(GaP)或磷砷化镓(CaAsP) 等半导体材料制成的、能够将电能直接转换成为光能的半导体器件。发光二极管虽然与普通二极管一样也是由 PN 结构成的,也具有单向导电性,但发光二极管不是应用它的单向导电性,而是让它发光作指示(显示)、照明器件。

当给发光二极管通过一定正向电流时,它就会发光。与带灯丝的普通小 电珠相比,发光二极管具有体积小、色彩艳丽、耗电低、发光效率高、响应速 度快、耐振动和使用寿命长等优点,可广泛应用于各种电子、电器装置及仪表设备中。

发光二极管

发光二极管的识别

1. 单色发光二极管

单色发光二极管实际上就是我们经常用到的普通发光二极管,通电后只能发出单一颜色的亮光来。单色发光二极管按其管壳形状可分为圆形、方形和异形3 种,圆形尺寸主要有φ3mm、φ5mm、φ10mm,方形尺寸主要有2mm×5mm。按发光亮度来划分,有发光亮度一般的普通发光二极管和高亮度发光二极管。

表征普通发光二极管特性的参数包括电学和光学两类,主要参数有以下几项:

① 发光强度(I V)。②最大工作电流(I FM),国产 BT-104(绿色)、BT-204(红色)型发光二极管的最大工作电流均为30mA。③正向电压降(U F),发光二极管的正向电压降比普通二极管要高,一般在1.8 ~ 3.8V 范围内。不同颜色和 不同制造工艺的发光二极管其工作电压也不同,如红色发光二极管的正向电压降约为 1.8V,黄色发光二极管的 正向电压降约为 2V,绿色发光二极管 的正向电压降约为 2.3V,白色发光二 极管的正向电压降通常高于 2.4V,蓝色发光二极管的正向电压降通常高于3V…… ④ 最 大 反 向 电 压(U RM), 发 光 二极管的最大反向电压一般在 6V 左右, 最高不超过十几伏特,这是与普通二极 管大不相同的地方。使用中不应使发光 二极管承受超过 5V 的反向电压,否则发光二极管将可能被击穿。

发光二极管的参数还有发光波长、最大耗散功率等,业余使用时可不必考虑,只要选择自己喜欢的颜色和形状就可以了。

发光二极管的外形很有特色,所 以可方便地用眼睛进行极性识别。常见 的普通发光二极管,通常较长的一条引 脚线为其正极,较短的引脚线为其负 极,如图 1(a)所示,识别口诀是“长 正短负”(这与电解电容器引脚极性判 断法一致)。如果观察发光二极管内部, 可以发现里面的两个电极一大一小,如 图 1(b)所示。一般来说,电极较小 的一端是发光二极管的正极,电极较大 的一端是它的负极。但也有个别的发光 二极管(一般都是进口管芯)例外,其 内部管芯小的一端是负极、大的一端是 正极。所以在碰到进口发光二极管时, 为了保险起见,还是借助万用表测量一下为好。

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2. 电压型发光二极管

电压型发光二极管内部构成如图2 所示。从外观上看,它与普通单色发 光二极管几乎没有两样,但内部结构却与普通发光二极管有所区别。其内部由一只限流电阻器 R 和一个发光二极管管芯串联组成。R可将发光二极管的正向工作电流限定在允许值(一般为 10mA 或15mA)。使用时,只要在电压型 发光二极管的正、负极两端加上额定工作电压,即可让其正常发光。可见,电压型发光二极管与 普通发光二极管相比较,省去了外接限流电阻器的麻烦,使电路 设计和安装更简单。

国产电压型发光二极管的系列产品,常见的有6种标称电压,分别为:5V、9V、12V、15V、18V和24V。其发光颜色为红色、黄色、绿色等。

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3. 闪烁发光二极管

闪烁发光二极管也叫自闪发光二极管,它是一种由CMOS集成电路(互 补对称金属氧化物半导体集成电路的英文缩写)和发光二极管组成的特殊发光器件,是光电技术与半导体集成工艺相结合的新产品。这种发光二极管应用于各种信号指示(显示)装置、电子玩具等时,具有电路简单、耗电量小、醒目美观等特点。

常用闪烁发光二极管的外形和内部功能方框图如图3所示。其外表与普 通发光二极管完全一样,最大特点在于:内部封装有CMOS大规模集成电 路,当外加一定电压时,内部振荡器便产生一定频率的方波脉冲,经分频 器变换为超低频脉冲,再通过驱动放大器推动发光二极管管芯闪烁发光。 闪烁发光二极管的颜色主要有红色、橙色、黄色和绿色4种。

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闪烁发光二极管的正、负极引脚识别与普通发光二极管完全相同。 如果用眼睛来观察闪烁发光二极管内 部,可以发现里面有一大一小的两个电极,并且小电极上面有一个小黑块——CMOS集成电路,参见图3(a) 所示。一般来说,电极较小、并附有 小黑块的一端是闪烁发光二极管的正 极,电极较大的一端是它的负极。

闪烁发光二极管的参数除了正向 工作电流、发光强度等以外,还有标 称工作电压、反映闪光速度的闪烁频 率和表示亮灭时间比的占空比等,附表给出了国产常用闪烁发光二极管的主要参数。

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