LED的完整形式是發(fā)光二極管。LED是特殊類(lèi)型的半導(dǎo)體二極管，其響應(yīng)于施加在其端子上的電位差而發(fā)光，因此稱(chēng)為發(fā)光二極管。就像普通二極管一樣，LED也有兩個(gè)極性的端子，即陽(yáng)極和陰極。為了照亮LED，在其陽(yáng)極和陰極端子上施加電位差或電壓。

如今，LED被廣泛用于制造高亮度最先進(jìn)的LED燈。這些也廣泛用于制造裝飾性 LED 燈串和 LED 指示燈。

簡(jiǎn)史

盡管LED被認(rèn)為是當(dāng)今高科技半導(dǎo)體行業(yè)的產(chǎn)品，但它們的發(fā)光特性最初是在很多年前發(fā)現(xiàn)的。第一個(gè)注意到LED光效果的人是馬可尼的工程師之一H. J. Round，他也以多項(xiàng)真空管和無(wú)線(xiàn)電發(fā)明而聞名。他在1907年與馬可尼一起研究點(diǎn)接觸晶體探測(cè)器時(shí)碰巧發(fā)現(xiàn)了這一點(diǎn)。

1907年，《電氣世界》雜志首次報(bào)道了這些突破。LED概念一直處于休眠狀態(tài)數(shù)年，直到1922年被俄羅斯科學(xué)家O.V. Losov重新發(fā)現(xiàn)。

洛索夫居住在列寧格勒，在第二次世界大戰(zhàn)中不幸喪生。他的大部分設(shè)計(jì)可能在戰(zhàn)爭(zhēng)中丟失。盡管他在1927年至1942年間共申請(qǐng)了四項(xiàng)專(zhuān)利，但他的研究直到他去世后才得到認(rèn)可。

LED概念在1951年重新出現(xiàn)，當(dāng)時(shí)K. Lehovec領(lǐng)導(dǎo)的一組科學(xué)家開(kāi)始研究這種效應(yīng)。調(diào)查在其他組織和研究人員的參與下進(jìn)行，包括W. Shockley（晶體管的發(fā)明者）。最終，LED概念經(jīng)歷了重大改進(jìn)，并在1960年代后期開(kāi)始商業(yè)化。

LED結(jié)中使用哪種半導(dǎo)體材料？

從本質(zhì)上講，發(fā)光二極管是使用化合物半導(dǎo)體制成的專(zhuān)用PN結(jié)。

硅和鍺是兩種使用最廣泛的半導(dǎo)體，但由于它們只是元素，因此不能用它們制造LED。

相反，砷化鎵、磷化鎵和磷化銦等結(jié)合了兩種或多種元素的材料經(jīng)常被用來(lái)制造 LED。例如，砷化鎵的化合價(jià)為三，砷的化合價(jià)為五，因此，兩者都被歸類(lèi)為III-V族半導(dǎo)體。

屬于III-V族的材料也可用于制造其他化合物半導(dǎo)體。

當(dāng)半導(dǎo)體結(jié)正向偏置時(shí)，來(lái)自P型區(qū)域的空穴和來(lái)自N型區(qū)域的電子進(jìn)入結(jié)并結(jié)合，就像它們?cè)谄胀ǘO管中一樣。

電流以這種方式通過(guò)結(jié)點(diǎn)。

結(jié)果釋放能量，其中一些像光子（光）一樣發(fā)射。為了保證結(jié)構(gòu)吸收最少量的光子（光），在大多數(shù)情況下產(chǎn)生大部分光的結(jié)的P側(cè)位于最靠近器件表面的位置。

需要完美優(yōu)化液絡(luò)部，并且需要使用正確的材料來(lái)產(chǎn)生可見(jiàn)光。光譜的紅外區(qū)域是純砷化鎵發(fā)射能量的地方。

LED 如何獲得顏色

鋁被引入半導(dǎo)體以產(chǎn)生砷化鋁鎵，它將LED光轉(zhuǎn)移到光譜的亮紅色端（AIGaAs）。

紅光也可以通過(guò)添加磷產(chǎn)生。

其他 LED 顏色采用各種材料。例如，磷化鎵發(fā)出綠光，而黃色和橙色光由鋁銦磷化鎵產(chǎn)生。大多數(shù)LED由鎵半導(dǎo)體制成。

LED 采用兩種結(jié)構(gòu)制造

表面發(fā)射二極管和邊緣發(fā)光二極管，如圖所示。1 A 和 B 分別是用于 LED 的兩種主要架構(gòu)。表面發(fā)光二極管是其中最受歡迎的，因?yàn)樗诟鼘挼慕嵌壬习l(fā)光。

制造后， LED結(jié)構(gòu)需要以可以安全使用而不會(huì)損壞LED的方式進(jìn)行封閉。

大多數(shù)微小的LED指示燈被封裝在環(huán)氧膠中，其折射率介于半導(dǎo)體和周?chē)諝獾恼凵渎手g（見(jiàn)下面的圖2）。因此，二極管得到了完美的保護(hù)，并且光以最有效的方式傳輸?shù)酵獠渴澜纭?/p>

LED 正向電壓 （VF） 規(guī)格

由于LED是電流敏感器件，因此施加的電壓絕不能超過(guò)LED的最小正向電壓規(guī)格。LED （VF） 的正向電壓規(guī)格只是可用于安全明亮地照亮 LED 的最佳電壓電平。如果電流超過(guò)LED的正向電壓規(guī)格，LED將燃燒并永久損壞。

如果電源電壓高于LED的正向電壓，則使用與電源串聯(lián)的計(jì)算電阻來(lái)限制流向LED的電流。這確保了LED能夠以最佳亮度安全地照明。

目前大多數(shù)LED的正向電壓值約為3.3 V。無(wú)論是紅色、綠色還是黃色LED，通常都可以通過(guò)在陽(yáng)極和陰極端子上施加3.3 V來(lái)照亮。

LED 的電源電壓必須是直流電。也可以使用交流電，但LED應(yīng)連接整流二極管。這確保了交流電壓極性的變化不會(huì)對(duì)LED造成任何傷害。

限制電流

LED與普通二極管一樣，沒(méi)有固有的電流限制。因此，如果它直接連接在電池上，它會(huì)被燒毀。

如果電源直流電壓約為3.3 V，則LED將不需要限幅電阻。但是，如果電源電壓高于3.3 V，則需要一個(gè)與LED端子串聯(lián)的電阻器。

電阻器可以與LED的陽(yáng)極端子串聯(lián)，也可以與LED的陰極端子串聯(lián)。

為避免損壞，必須在電路上連接一個(gè)電阻器來(lái)控制電流。普通指示燈 LED 的最大電流規(guī)格約為 20 mA;如果電流限制在此以下，LED的光輸出將成比例地減少。

如圖所示。如圖3所示，在估算消耗的電流量時(shí)，可能需要考慮LED本身兩端的電壓。因?yàn)槿绻妷涸黾?，電流消耗也?huì)成比例地增加。

限幅電阻的計(jì)算公式如下：

R = V - LED 前驅(qū) V / LED 電流

這里V表示輸入直流電源。

LED FWD V 是 LED 的正向電壓規(guī)格。

LED 電流表示 LED 的最大電流處理能力。

假設(shè) V = 12 V，LED FWD V = 3.3 V，LED 電流 = 20 mA，那么 R 的值可以通過(guò)以下方式求解：

R = 12 - 3.3 / 0.02 = 435 歐姆，最接近的標(biāo)準(zhǔn)值為 470 歐姆。

瓦數(shù)將 = 12 - 3.3 x 0.02 = 0.174 瓦，或者只需 1/4 瓦即可。
審核編輯：陳陳