1、1發光二極管的特點 發光二極管LED（Light-Emitting Diode）是能將電信號轉換成光信號的結型電致發光半導體器件。其主要特點是：（1）在低電壓（1.52.5V）、小電流(530mA的條件下工作，即可獲得足夠高的亮度。（2）發光響應速度快（10-710-9 s），高頻特性好，能顯示脈沖信息。（3）單色性好，常見顏色有紅、綠、黃、橙等。（4）體積小。發光面形狀分圓形、長方形、異形（三角形等）。其中圓形管子的外徑有1、2、3、4、5、8、10、12、15、20（mm）等規格，直徑1 mm的屬于超微型LED。（5）防震動及抗沖擊穿性能好，功耗低，壽命長。由于LED的PN結工作在正向導通

2、狀態，本射功耗低，只要加必要的限流措施，即可長期使用， 壽命在10萬小時以上，甚至可達100萬小時。（6）使用靈活，根據需要可制成數碼管、字符管、電平顯示器、點陣顯示器、固體發光板、LED平極型電視屏等。（7）容易與數字集成電路匹配。2發光二極管的原理發光二極管內部是具有發光特性的PN結。當PN結導通時，依靠少數載流子的注入以及隨后的復合而輻射發光。普通發光二極管的外形、符號及伏安特 性如圖1所示。LED正向伏安特性曲線比較陡，在正向導通之前幾乎有電流。當電壓超過開啟電壓時，電流就急劇上升。因此，LED屬于電流控制型半導體器 件，其發光亮度L（單位cd/m2，讀作坎德拉每平方米）與正向電流IF

3、近似成正雙，有公式L =K IFm式中，K為比例系數，在小電流范圍內（IF=110mA），m=1.31.5。當IF10mA時，m=1，式（5.10.1）簡化成 L =K IF即亮度與正向電流成正比。以磷砷化鎵黃色LED為例，相對發光強度與正向電流的關系如圖2所示。LED的正向電壓則與正向電流以及管芯的半導體 材料有關。使用時應根據所要求的顯示亮度來選取合適的IF值（一般選10mA左右，對于高亮度LED可選12mA），既保證亮度適中，也不會損壞 LED。若電流過大，就會燒毀LED的PN結。此外，LED的使用壽命將縮短。由于發光二極管的功耗低、體積小，色彩鮮艷、響應速度快、壽命長，所以常用作收錄機

4、、收音機和電子儀器的電平指示器、調諧指示器、電源指示器 等。發光二極管在正向導通時有一定穩壓作用，還可作直流穩壓器中的穩壓二極管，提供基準電壓，兼作電源指示燈。目前市場上還有一種帶反射腔及固定裝置的發 光二要管（例如BT104-B2、BT102-F），很容易固定在儀器面板上。LED的輸出光譜決定其發光顏色及光輻射純度，也反映出半導體材料的特性。常見管芯材料有磷化鎵（GaP）、砷化鎵（GaAsP）、磷砷化鎵（GaAlAs）、砷鋁化鎵（GaN）氮化鎵可發藍光。3使用注意事項（1）管子極性不得接反，一般講引線較長的為正極，引線較短的是負極。（2）使用中各項參數不得超過規定極限值。正向電流IF不允許超

5、過極限工作電流IFM值，并且隨著環境溫度的升高，必須作降額使用。長期使用溫度不宜超過75。（3）焊接時間應盡量短，焊點不能在管腳根部。焊接時應使用鑷子夾住管腳根部散熱，宜用中性助焊劑（松香）或選用松香焊錫絲。（4）嚴禁用有機溶液浸泡或清洗。（5）LED的驅動電路必須加限流電阻，一般可取一百歐至幾百歐，視電源電壓而定。（6）在發光亮度基本不變的情況下，采用脈沖電壓驅動可以節省耗電。對于LED點陣顯示器，采用掃描顯示方式能大大降低整機功耗。4檢查發光二極管的好壞 發光二極管具有單向導電性，使用R10k檔可測出其正、反向電阻。一般正向電阻應小于30k，反向電阻應大于1M。若正、反向電阻均為零，說明內

6、部擊穿短路。若正、反向電阻均為無窮大，證明內部開路。 常見發光二極管的種類及主要參數見表2。需要說明兩點：第一，對于同種材料的管芯，由于所摻雜質的不同，發光顏色亦不同；第二，LED屬于電流控制型器件，VF隨IF而變化，所標VF值僅供參考。 此外，根據外形也可以區分發光二極管的正、負極。早期生產的管子帶金屬管座，上面罩一光學透鏡，管側有一突起，靠近突起的是正極。目前生產的LED，全部用透明或半透明的環氧樹脂封裝而成，并且利用環氧樹脂構成透鏡，起放大和聚焦作用，這類管子引線較長的為正極。注意事項：本書不推薦使用R1k檔測量LED的正、反向電阻。因為該檔電池電壓EVF，在很多情況下列法使管子導通，這

7、樣測出的正向電阻就是無窮大， 會給人以假象而造成誤判斷。R10k檔的電池電壓EVF，能使LED正向導通或反向截止，很容易區別出正、反向電阻的差異。 僅僅測量正、反向電阻，并不能檢查其能否正常發光。由于發光二極管的正向電壓VF一般1.52.5V，而萬用表R1或R10檔的電 池電壓為1.5 V，所以不能使管子正向導通并且發光。R10k檔的電池電壓雖然較高，但因內阻太大，提供的正向電流很小，管子也不會正常發光。 采用雙表法可以檢查發光二極管的發光情況。最好選同一種型號的兩塊萬用表，均撥一R1或R10檔，按圖1(a所示串聯使用，以提供較高的正向電壓。等效電路見(b圖。假定兩塊萬用表均采用MF30型，并

8、且均撥到R1檔。因為一塊表的電池電壓E=1.5V，歐姆中心值R0=25，所以總電壓和總電阻分別是E= 2E= 21.5=3VR0= 2R0= 225=50如果把它們看成一塊新表，等效電路就簡成（c）圖。新表的滿度電流是：IM= E/ R0=2E/ 2R0= E/ R0=IM可見滿度電流值并未改變。發光二極管在使用時應加上限流電阻R，將正向電流IF限制在1030mA為宜，避免功耗太記而損壞管子。一般典型正向電流可選10mA，IF的計算公式為 IF= EVF/ R（c）圖中的R0能起到限流作用，因此不必另接限流電阻。磷砷化鎵發光二極管的正向壓降較低，為1.7V左右。E=3V將R0=50，可求出用雙

9、表法測量時的正向電流為IF= EVF/ R0=31.7/50=26 mA 30 mA因此對管子沒有危險。電路接通之后，管子能發出晶瑩奪目的紅光。如果選用的兩塊萬用表R1檔歐姆中心值不等，設分別為R01、R02，而兩表R1檔的電池電壓均為E（E=1.5V），則此時IM=2 E / R01+ R02 IF=2 E VF / R01+ R02實例：測量一只型號不明的發光二極管。第一步，判定正、負極。用MF30型萬用表的R10k檔測得正向電阻為26k，反向電阻接近無窮大。測正向電阻時，黑表筆接的就是正極。第二步，將兩塊MF30型萬用表均撥至R1檔采用雙表測量，被測管發出艷麗的紅光。若把發光二極管的極性反接，加上反向電壓時管子就不能發光。然后將兩塊萬用表撥于R10檔，管子發光暗淡。這是因為總電阻R0=2250=500，提供的正向電流較小所致。此時注意事項：（1）采用雙表法必須先調整好兩塊萬用表的歐姆零點。（2）為了不損壞被測發光二極管，測量前應計算IM值，若IM50mA，需選擇R10檔。例如，兩塊500型萬用表R1檔串聯后的總