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什么是发光二极管,LED发光二极管工作原理符号电路图

时间:2020-09-04|栏目:电子元器件|点击:

     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)和照明器件。
    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、多彩艳丽、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,
    在晶体二极管的大家族中,发光二极管虽然是诞生比较晚的成员,但后来者居上,无论性能、品种都不断更新换代、推陈出新,应用范围越来越广泛。下面分别对常见的几种发光二极管作一介绍。

    单色发光二极管
    (1)外形及特点
    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,它通电后只能发出单一颜色的亮光来。单色发光二极管的实物外形如图6-1所示,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∅3mm、∅5mm、∅10mm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。
图6-1  普通发光二极管实物外形图
    普通发光二极管常用磷化镓、磷砷化镓等材料制成,由于制造材料以及掺入杂质的不同.其发光颜色有红、绿、黄、橙、蓝、白等几种。发光二极管的发光颜色一般和它本身的颜色相同,但近年来也出现了能发出红、黄、绿等色光的白色透明发光二极管。白色发光二极管是近年来才出现的新型产品,主要应用在手机背光灯、液晶显示器背光灯、照明等领域。
    当给发光二极管加上合适的正向电压时,其内部PN结导通,有正向电流流过管芯,电能被直接转换成为光能,于是发光二极管就会发光。
    (2)主要参数
    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(Iv)。。它表示当发光二极管通过规定的正向电流时,在管芯垂直方向上单位立体角内所发出的光通量,一般以毫烛光( mcd)为单位,这是表示发光二极管亮度大小的参数,因而也是最重要的参数。
    ②最大工作电流( IFM)。这是指发光二极管长期正常工作所允许通过的最大正向电流。使用中不能超过此值,否则将会烧毁发光二极管。例如,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(坼)这是指让发光二极管通过规定的工作电流而正常发光时,管子两端所产生的电压降(也称工作电压)。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。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(URM)。,这是指发光二极管在不被击穿的前提下,所能承受的最大反向电压(也称反向耐压)。发光二极管的最大反向电压一般在6V,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,业余使用可不必考虑,只要选择自己喜欢的颜色和形状就可以了。
    (3)引脚识别
普通发光二极管引脚的识别图
    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引线,较短的引脚线为其负极,如图6-2 (a)所示,识别口诀是“长正短负”(这与电解电容器引脚极判断法一致)。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6-2 (b)所示。一般来说,电极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。
 
    电压型发光二极管
    电压型发光二极管 的外形和内部构成如图 6-3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lOmA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。
 电压型发光二极管
    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。

    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6-4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。
  闪烁发光二极管
    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6-4 (a)。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,表6给出了国产常用闪烁发光二极管的主要参数。

    变色发光二极管
    变色发光二极管只用一只发光二极管就能变换发出几种颜色光,因此在电子装置、电子玩具、仪器设备等产品上面多作为不同状态指示或发出多种警告信号使用。
    (1)外形及特点
   变色发光二极管的外形和内部构成如图6-5所示,它的最大特点是在一只管壳中封装了两个发光二极管(通常为红、绿或红、黄两色)管芯,对外有3根引线脚和两根引线脚之分。
 变色发光二极管
    对外有3根引线脚的变色发光二极管,其内部构成如图6-5 (b)所示。通常将红色和绿(黄)色发光管芯的正极分别引出,而将它们的负极连接在一起,通过一根公共负极线引出。当在红色发光二极管的正极与公共负极引脚之间加上2V左右的直流电压,使之通过合适的电流( 3-10mA)时,管子发出红光;同样,当在绿(黄)色发光二极管的正极与公共负极间加上2V电压和同样电流时,管子发出绿光;当红、绿(黄)发光二极管的正、负极之间都通电时,即发出红光与绿(黄)光的混合光——橙(桔红)色光。当红光管芯通过较大电流(如10mA)、绿(黄)光管芯不通电时,然后逐渐减小红光管芯电流,同时加大绿(黄)光管芯电流,则管子发光颜色会连续地从红光经过一系列中间混合光向绿(黄)光转变,反之亦然,这即所谓变色发光的含义。
    对外只有两根引线脚的变色发光二极管的内部构成如图6-5 (c)所示,管内红、绿(黄)发光二极管管芯的正、负极反向并联后,再通过两根引线脚引出。当给两根引线脚接上2V左右的直流电压(电流限制在3-10mA)时,其中一个管芯会处于正向导通状态.该管即通电发出红光或绿(黄)光;当调换电压极性后,另一个管芯会处于正向导通状态,使其通电发出截然不同的绿(黄)光或红光;当在两根引脚接上2V左右的交流电时,红、绿(黄)管芯分别在交流电的正、负半周时导通,人眼会看到红光与绿(黄)光的混合光—橙(桔红)色光。
     国产变色发光二极管的典型产品有2EF301(红+黄绿色一浅橙)、2EF302(红+绿=橙)、BT315(红+绿—橙)、BT362057RG(红+绿—橙)、BT362057RG(红+绿—橙)、BT362057RY(红+黄一桔红)、BT362057YG(黄+纯绿一浅绿)、BT3621526RG(红+绿=橙)。业余条件下使用时,可不必考虑型号和参数,一般只要选择所需要的颜色和形状就可以了。
    (2)引脚识别
    常用变色发光二极管的引脚识别如图6-6所示。对于有3根引线脚的变色发光二极管,如果引脚排布呈三角形,则将引脚对准自己,从管壳凸出块开始,按顺时针方向,依次为内部红色发光二极管管芯的正极引出脚、绿(黄)色管芯的正极引出脚、公共负极引出脚。如果引脚呈一字排列,其左右两边的引脚分别为内部红、绿(黄)发光二极管管芯的正极引出脚,并且引脚引线稍长的为红色管芯的正极引出脚,稍短的为绿(黄)色管芯的正极引出脚;中间的引脚为公共负极引出脚。有两根引线脚的变色发光二极管,虽然和普通发光二极管一样有长、短引线脚之分,但并不是表示正、负极性。一股稍长的引线脚表示内部红色发光二极管管芯的正极引出脚,稍短的引线表示绿(黄)色管芯的正极引出脚。
变色发光二极管的引脚识别图

    七彩发光二极管
    七彩发光二极管是一种新颖的高亮度自动变色发光二极管,目前已广泛应用于各种电子产品的装饰、电子玩具等,可起到增辉添彩的效果。
    七彩发光二极管的外表与普通发光二极管完全一样,其外形和内部功能框图如图6-7所示。七彩发光二极管内部封装有大规模集成电路控制的红、绿、蓝“三基色”发光管芯;当外加3 - 4V直流电压时,内部振荡器便产生频率可自动变化(范围约为2-6Hz)的方波脉冲,经时序分配器和三路驱动放大器后,推动红、绿、蓝3个发光管芯按一定顺序搭配工作,从而对外发出不断循环变化的红、绿、蓝、黄、紫、青、白7种颜色闪光来。
七彩发光二极管
     七彩发光二极管的正、负极引脚识别方法与普通发光二极管完全相同。如果用眼睛来观察七彩发光二极管的内部,可以发现里面有两个基本对称的电极,但其中一个电极的上面有一个小黑块-CMOS集成电路,参见图6-7 (a)。一般来说,电极附有小黑块的引脚是七彩发光二极管的正极,电极无小黑块的引脚是它的负极。

    电路符号
    发光二极管在电路图中的符号如图6-8所示,其图形符号是在普通二极管符号的基础上增加了两个箭头,以表示能够发光。图形符号旁边的“+”、  “-”极性是为便于说明问题加上去的,实际画电路图时一般不加注。图中右边两个非标准图形符号,是专门用来表示变色发光二极管的,既形象又直观。如果电路图中采用左边的两个标准图形符号来表示变色发光二极管,则多配有相应的文字说明。一般从图形符号是区分不出电压型发光二极管、闪烁发光二极管、七彩发光二极管等特殊发光二极管的,只能通过型号或相应的文字说明才能作出正确判断。
发光二极管的公式符号图
    发光二极管的文字符号是VD(旧符号是D或LED),在电路图中常写在图形符号旁边。若电路图中有多只同类元器件时,就在文字后面或右下角标上数字,以示区别,如VD1、VD2-文字符号的后面或下边,一般标出发光二极管的型号或颜色,普通发光二极管有时什么也不标。

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