发光二极管的用途及原理分析

    　发光二极管的作用

　　发光二极管（LED）是一种由磷化镓（GaP）等半导体材料制成的、能直接将电能转变成光能的发光显示器件。当其内部有一定电流通过时，它就会发光。图一是共电路图形符号。

　　

　　图一

　　发光二极管也与普通二极管一样由PN结构成，也具有单向导电性。它广泛应用于各种电子电路、家电、仪表等设备中、作电源指示或电平指示。

　　（1）发光二极管用作指示灯电路。发光二极管的典型应用电路如图所示。R为限流电阻，I为通过发光二极管的正向电流。发光二极管的管压降一般比普通二极管大些，约为2V，电源电压必须大于管压降，发光二极管才能正常工作。

　　图二

　　发光二极管用于交流电源指示灯电路如图二所示。VD1为整流二极管，VD2为发光二极管，R为限流电阻，T为电源变压器。

　　图三

　　（2）发光二极管用作光发射管。在红外遥控器、红外无线耳机、红外报警器等电路中，红外发光二极管担任光发射管，电路如图三所示，VT为开关调制晶体管，VD为红外发光二极管。信号源通过VT驱动和调制VD，使VD向外发射调制红外光。

　　发光二极管原理分析

　　它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能。发光二极管与普通二极LED芯片的发展管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。发光二极管的反向击穿电压大于5伏。它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻以控制通过二极管的电流。限流电阻R可用下式计算

　　R=（E－UF）/IF

　　式中E为电源电压，UF为LED的正向压降，IF为LED的正常工作电流。发光二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。 当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。