1 ．发光二极管 LED （ Light-EmittingDiode ）是能将电信号转换成光信号的结型电致发光半导体器件。

       其主要特点是：
　　（ 1 ）在低电压（ 1.5 ～ 2.5V ）、小电流 (5 ～ 30mA) 的条件下工作，即可获得足够高的亮度。
　　（ 2 ）发光响应速度快（ 10-7 ～ 10-9 s ），高频特性好，能显示脉冲信息。
　　（ 3 ）单色性好，常见颜色有红、绿、黄、橙等。
　　（ 4 ）体积小。发光面形状分圆形、长方形、异形（三角形等）。其中圆形管子的外径有φ 1 、φ 2 、φ 3 、φ 4 、φ 5 、φ 8 、φ 10 、φ 12 、φ 15 、φ 20 （ mm ）等规格，直径 1mm 的属于超微型 LED 。
　　（ 5 ）防震动及抗冲击穿性能好，功耗低，寿命长。由于 LED 的 PN 结工作在正向导通状态，本射功耗低，只要加必要的限流措施，即可长期使用，寿命在 10 万小时以上，甚至可达 100 万小时。
　　（ 6 ）使用灵活，根据需要可制成数码管、字符管、电平显示器、点阵显示器、固体发光板、 LED 平极型电视屏等。
　　（ 7 ）容易与数字集成电路匹配。

2 ．发光二极管的原理

　　发光二极管内部是具有发光特性的 PN 结。当 PN 结导通时，依靠少数载流子的注入以及随后的复合而辐射发光。普通发光二极管的外形、符号及伏安特性如图 1 所示。 LED 正向伏安特性曲线比较陡，在正向导通之前几乎有电流。当电压超过开启电压时，电流就急剧上升。因此， LED 属于电流控制型半导体器件，其发光亮度 L （单位 cd/m2 ，读作坎德拉每平方米）与正向电流 IF 近似成正双，有公式 L =K IFm

　　式中， K 为比例系数，在小电流范围内（ IF=1 ～ 10mA ）， m=1.3 ～ 1.5 。当 IF>10mA 时， m=1 ，式（ 5.10.1 ）简化成

L =K IF

　　即亮度与正向电流成正比。以磷砷化镓黄色 LED 为例，相对发光强度与正向电流的关系如图 2 所示。 LED 的正向电压则与正向电流以及管芯的半导体材料有关。使用时应根据所要求的显示亮度来选取合适的 IF 值（一般选 10mA 左右，对于高亮度 LED 可选 1 ～ 2mA ），既保证亮度适中，也不会损坏 LED 。若电流过大，会烧毁 LED 的 PN 结。此外， LED 的使用寿命将缩短。

　　由于发光二极管的功耗低、体积小，色彩鲜艳、响应速度快、寿命长，所以常用作收录机、收音机和电子仪器的电平指示器、调谐指示器、电源指示器等。发光二极管在正向导通时有一定稳压作用，还可作直流稳压器中的稳压二极管，提供基准电压，兼作电源指示灯。目前市场上还有一种带反射腔及固定装置的发光二要管（例如 BT104-B2 、 BT102-F ），很容易固定在仪器面板上。

　　LED 的输出光谱决定其发光颜色及光辐射纯度，也反映出半导体材料的特性。常见管芯材料有磷化镓（ GaP ）、砷化镓（ GaAsP ）、磷砷化镓（ GaAlAs ）、砷铝化镓（ GaN ）氮化镓可发蓝光。

3 ．使用注意事项

　　（ 1 ）管子极性不得接反，一般讲引线较长的为正极，引线较短的是负极。

　　（ 2 ）使用中各项参数不得超过规定极限值。正向电流 IF 不允许超过极限工作电流 IFM 值，并且随着环境温度的升高，必须作降额使用。长期使用温度不宜超过 75 ℃ 。

　　（ 3 ）焊接时间应尽量短，焊点不能在管脚根部。焊接时应使用镊子夹住管脚根部散热，宜用中性助焊剂（松香）或选用松香焊锡丝。

　　（ 4 ）严禁用有机溶液浸泡或清洗。

　　（ 5 ） LED 的驱动电路必须加限流电阻，一般可取一百欧至几百欧，视电源电压而定。

　　（ 6 ）在发光亮度基本不变的情况下，采用脉冲电压驱动可以节省耗电。对于 LED 点阵显示器，采用扫描显示方式能大大降低整机功耗。

4 ．检查发光二极管的好坏

　　发光二极管具有单向导电性，使用 R × 10k 档可测出其正、反向电阻。一般正向电阻应小于 30k 欧姆，反向电阻应大于 1M 欧姆。若正、反向电阻均为零，说明内部击穿短路。若正、反向电阻均为无穷大，证明内部开路。

　　常见发光二极管的种类及主要参数见表 2 。需要说明两点：第一，对于同种材料的管芯，由于所掺杂质的不同，发光颜色亦不同；第二， LED 属于电流控制型器件， VF 随 IF 而变化，所标 VF 值仅供参考。

　　此外，根据外形也可以区分发光二极管的正、负极。早期生产的管子带金属管座，上面罩一光学透镜，管侧有一突起，靠近突起的是正极。目前生产的 LED ，全部用透明或半透明的环氧树脂封装而成，并且利用环氧树脂构成透镜，起放大和聚焦作用，这类管子引线较长的为正极。

　　注意事项：

　　本书不推荐使用 R × 1k 档测量 LED 的正、反向电阻。因为该档电池电压 E

　　仅仅测量正、反向电阻，并不能检查其能否正常发光。由于发光二极管的正向电压 VF 一般 1.5 ～ 2.5V ，而万用表 R × 1 或 R × 10 档的电池电压为 1.5V ，所以不能使管子正向导通并且发光。 R × 10k 档的电池电压虽然较高，但因内阻太大，提供的正向电流很小，管子也不会正常发光。

　　采用双表法可以检查发光二极管的发光情况。最好选同一种型号的两块万用表，均拨一 R × 1 或 R × 10 档，按图 1(a) 所示串联使用，以提供较高的正向电压。等效电路见 (b) 图。

　　假定两块万用表均采用 MF30 型，并且均拨到 R × 1 档。因为一块表的电池电压 E=1.5V ，欧姆中心值 R0=25 欧姆，所以总电压和总电阻分别是

E ′ = 2E= 2 × 1.5=3V

R0 ′ = 2R0= 2 × 25=50 欧姆

　　如果把它们看成一块新表，等效电路就简成（ c ）图。新表的满度电流是：

IM ′ = E ′ / R0 ′ =2E/ 2R0= E/ R0=IM

　　可见满度电流值并未改变。

　　发光二极管在使用时应加上限流电阻 R ，将正向电流 IF 限制在 10 ～ 30mA 为宜，避免功耗太记而损坏管子。一般典型正向电流可选 10mA ， IF 的计算公式为

IF= E － VF/ R

　　（ c ）图中的 R0 ′能起到限流作用，因此不必另接限流电阻。磷砷化镓发光二极管的正向压降较低，为 1.7V 左右。 E ′ =3V 将 R0 ′ =50 欧姆，可求出用双表法测量时的正向电流为

IF= E ′－ VF/ R0 ′ =3 － 1.7/50=26 mA <30 mA

　　因此对管子没有危险。电路接通之后，管子能发出晶莹夺目的红光。

　　如果选用的两块万用表 R × 1 档欧姆中心值不等，设分别为 R01 、 R02 ，而两表 R × 1 档的电池电压均为 E （ E=1.5V ），则此时

IM ′ =2 E / R01+ R02

IF=2 E － VF / R01+ R02

　　实例：测量一只型号不明的发光二极管。

　　第一步，判定正、负极。用 MF30 型万用表的 R × 10k 档测得正向电阻为 26k 欧姆，反向电阻接近无穷大。测正向电阻时，黑表笔接的就是正极。

　　第二步，将两块 MF30 型万用表均拨至 R × 1 档采用双表测量，被测管发出艳丽的红光。若把发光二极管的极性反接，加上反向电压时管子就不能发光。

　　然后将两块万用表拨于 R × 10 档，管子发光暗淡。这是因为总电阻 R0 ′ =2 × 250=500 欧姆，提供的正向电流较小所致。此时

IF ≈ 3 － 1.7/500=2.6 mA

　　注意事项：

　　（ 1 ）采用双表法必须先调整好两块万用表的欧姆零点。

　　（ 2 ）为了不损坏被测发光二极管，测量前应计算 IM ′值，若 IM ′≥ 50mA ，需选择 R × 10 档。例如，两块 500 型万用表 R × 1 档串联后的总电阻 R0=20 欧姆， IM ′ =IM=75mA>50mA 。改用 R × 1 档时 IM ′ =7.5 mA ，与典型正向电流 IF=10mA 就比较接近。

　　实际上发光二极管本身尚有 1.5 ～ 2.5V 压降，因此上述结果均留有一定余量。

　　 　　假如不知道被测发光二极管的正向电压，也不清楚 IM ′值。建议先把两块表都拨到 R × 10 档，若发光很暗，再改拨 R × 1 档。
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