发光二极管（LED）的工作原理、电路符号及特性

HelloEE

本文带您了解LED发光二极管工作原理！发光二极管（LED）是最好的光电器件之一。LED发光二极管电路符号由两个箭头标记组成，表示二极管发出的辐射。

阅读本文，带您更好地了解LED发光二极管工作原理！

众所周知，发光二极管（LED）是最好的光电器件之一。当器件的内部二极管结达到正向电流或电压时，该器件能够发出相当窄的可见或不可见光带宽。LED发出的可见光通常为橙色，红色，黄色或绿色。不可见光包括红外光。该器件的最大优点是其高光功率转换效率。也就是说，效率几乎是简单钨灯的50倍。还已知LED的响应时间在0.1微秒的范围内非常快，而钨灯的响应时间为100毫秒。由于这些优点，该设备广泛应用作为视觉指标和跳舞灯光显示。
7 n2 n0 N8 ?9 ~. E; ~" ]
7 A% P3 n" s6 M" ~我们知道PN结可以将吸收的光能连接到其比例电流中。这里反过来相同的过程。也就是说，当PN能量施加在其上时，PN结发光。这种现象通常称为电致发光，其可以定义为在电场的影响下来自半导体的光发射。当电子从N区交叉并与P区中存在的空穴重新结合时，电荷载流子在正向PN结中重新组合。自由电子处于能级的导带中，而空穴位于价能带中。因此，空穴的能级将小于电子的能级。必须消耗一部分能量以重新组合电子和空穴。

0 i2 t( Y  K3 N; |2 ?2 V2 c$ B* w' m电子以硅和锗二极管的热量形式耗散能量。但是在砷化镓 - 磷（GaAsP）和镓 - 磷（GaP）半导体中，电子通过发射光子来耗散能量。如果半导体是半透明的，则结在发射时成为光源，因此成为发光二极管（LED）。但是当结被反向偏置时，LED不会产生光，相反，器件也可能被损坏。

LED发光二极管的结构图如下所示

LED发光二极管结构图

. o; y% R% ^% V7 I
可以使用上面列出的所有半导体。在衬底上生长N型外延层，并通过扩散产生P区 。包括电荷载流子复合的P区域显示为顶部。因此，P区成为器件表面。为了允许发射更多的表面区域，在P层的外边缘处形成金属阳极连接。为了使光尽可能地朝向装置的表面反射，将金膜施加到表面底部。该设置还能够提供阴极连接。通过将穹顶镜片包括在装置中来解决重吸收问题。通过包住设备来保护设备的电子电路中的所有电线。器件发出的光取决于所用半导体材料的类型。通过使用砷化镓（GaAs）作为半导体产生红外光。通过使用砷化镓 - 磷（GaAsP）作为半导体产生红光或黄光。通过使用镓 - 磷（GaP）作为半导体产生红光或绿光。
2 R4 B# K8 t9 v" }) ~9 h
/ `8 p9 J* H8 o: ^6 w: q! RLED电路符号

" r" d! u6 T- ]0 }4 t2 u4 OLED的电路符号由两个箭头标记组成，表示二极管发出的辐射。
+ z& Y0 o5 `6 Y! `1 F
+ O$ X6 Q5 [. r6 w4 ]% U- V  d

LED发光二极管符号图

9 y, N8 F; u3 b. f3 [7 V
LED发光二极管特性
' m- @. t1 S2 ^9 f4 W9 m/ d

LED发光二极管特性曲线图

正向偏置电压 - 电流（VI）曲线和输出特性曲线如上图所示。VI曲线实际上适用于防盗报警器。需要大约1伏的正向偏压来提供显着的正向电流。第二个数字用于表示辐射功率 - 正向电流曲线。产生的输出功率非常小，因此电 - 辐射能量转换的效率非常低。
  l0 U$ z! G1 D
' S$ x8 y* }+ y6 B( M5 \) a下图显示了连接到LED 的串联电阻R 系列。一旦器件的正向偏压超过，电流将根据电压的小幅增加以更大的速率增加。这表明器件的正向电阻非常低。这表明使用外部串联限流电阻的重要性。串联电阻由以下等式确定。

R 系列 =（V 电源 - V）/ I
. N' x' y* [* \
- z( W( R# R# e) r: dV 电源 -电源电压

3 l& B2 A% `: p) y$ ?V - LED正向偏置电压
; o6 D" ], y2 U* x' f; ]- z( |) e
$ S1 ]! J) _6 r: n8 v" p- E' N8 o" ?0 h

LED电路图

' |4 X( [& f' c5 @6 L6 o/ O
商业上使用的LED具有1.5伏至2.5伏之间的典型电压降或10至50毫安之间的电流。确切的电压降取决于LED发光二极管的电流、颜色、容差等。

LED指示灯
) l. H# ~8 M# r# j+ K
6 @( B  L8 Q% M+ ^下面显示的电路是LED发光二极管的主要应用之一。该电路的设计方法是将其与普通二极管反向并联，以防止器件反向偏置。串联电阻的值应相对于直流电路的值为一半。
4 U, N2 |  H; f& U, y0 y
9 h! E2 R3 A( s

LED指示灯电路图

. p2 y2 E7 E# r+ K' }; E) @. s! o
/ ?( z2 Y' N6 `3 n( ~" O& ILEDS显示器用于显示段中的数字。一种这样的设计是七段显示，如下所示。通过使电流通过正确的段，可以显示0-9的任何所需数字。为了连接这种区段，可以使用共阳极或共阴极阴极配置。两个连接如下所示。使用晶体管可以打开和关闭LED发光二极管。

9 H& u6 H$ N  d7 O' W$ `LED发光二极管的优点
' V, M% u, J1 c  A7 N1 [! `
• 极低的电压和电流足以驱动LED。
• 电压范围 - 1至2伏。
3 d( p& S0 R5 g3 {, R( R2 r. ~• 目前 - 5至20毫安。
• 总功率输出将小于150毫瓦。
: M/ F, E3 F& i' R* _• 响应时间非常短 - 仅约10纳秒。
• 该设备不需要任何加热和预热时间。
5 E, Q5 W$ O# X, _4 p• 尺寸小巧，重量轻。
" a" \7 j3 M  y( d• 具有坚固的结构，因此可以承受冲击和振动。
• LED的寿命超过20年。

3 T/ c4 o1 {( i6 D8 oLED发光二极管的缺点
2 d. m( x  K7 c
• 电压或电流略微过大可能会损坏设备。
• 已知该装置与激光器相比具有更宽的带宽。
• 温度取决于辐射输出功率和波长。

! @3 l, B$ c$ X# m& @
! ?+ f2 i; l: ^% k/ E
+ N: |+ z  r) N, a. u9 S

swww2212

LED发光二极管的优点

5 _' N6 ~+ f* g: V& i: k. [3 l6 o* q• 极低的电压和电流足以驱动LED。3 f6 `5 r; |( i# O& j0 U. o2 I9 K3 r
* F5 s, A' C4 H" c• 电压范围 - 1至2伏。
• 目前 - 5至20毫安。; P1 G2 Y/ K' |6 C9 V
/ o# d3 c- S: |7 {• 总功率输出将小于150毫瓦。
8 p/ V2 {0 r" _/ m( x. o6 f2 d9 P# @• 响应时间非常短 - 仅约10纳秒。; ?9 c% u+ m) [& D4 o
• 该设备不需要任何加热和预热时间。
# v0 B" c0 `5 u2 e. i3 m# h• 尺寸小巧，重量轻。
3 y0 U7 e( N, Q9 ^• 具有坚固的结构，因此可以承受冲击和振动。
• LED的寿命超过20年。
# `  S; P) y/ l( q) c/ {8 X
/ f; {7 i! J" D% k0 QLED发光二极管的缺点! h: x4 N0 z2 k% L5 u6 r3 M. L

• 电压或电流略微过大可能会损坏设备。
) [4 C8 f$ r: W# y/ Y, `1 M• 已知该装置与激光器相比具有更宽的带宽。
2 M3 o8 G+ E" X/ _% @• 温度取决于辐射输出功率和波长。