【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 空穴復(fù)合發(fā)光。除了這種發(fā)光復(fù)合外，還有些電子被非發(fā)光中心（這個(gè)中心介于導(dǎo)帶、介帶中間附近）捕獲，而后再與空穴復(fù)合，每次釋放的能量不大，不能形成可見(jiàn)光。發(fā)光的復(fù)合量相對(duì)于非發(fā)光復(fù)合量的比例越大，光量子效率越高。由于復(fù)合 是在少子擴(kuò)散區(qū)內(nèi)發(fā)光的，所以光僅在靠近 PN 結(jié)面數(shù) μm以?xún)?nèi)產(chǎn)生。 理論和實(shí)踐證明，光的峰值波長(zhǎng) λ與發(fā)光區(qū)域的半導(dǎo)體材料禁帶寬度Ｅ g 有關(guān)，即 λ≈1240/Eg （ mm） 式（ ） 遼寧石油化工大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 式中 Eg 的單位為電子伏特（ eV）。若能產(chǎn)生可見(jiàn)光（波長(zhǎng)在 380nm 紫光～ 780nm 紅光），半導(dǎo)體材料的 Eg 應(yīng)在 ～ 之間。比紅光波長(zhǎng)長(zhǎng)的光為紅外光?，F(xiàn)在已有紅外、紅、黃、綠及藍(lán)光發(fā)光二極管，但其中藍(lán)光二極管成本、價(jià)格很高，使用不普遍。 LED的特性 極限參數(shù)的意義 （ 1） 允許功耗 Pm 允許加于 LED 兩端正向直流電壓與流過(guò)它的電流之積的最大值。超過(guò)此值， LED 發(fā)熱、損壞。 （ 2） 最大正向直流電流 Ifm 允許加的最大的正向直流電流。超過(guò)此值可損壞二極管。 （ 3） 最大反向電壓 VRm 所允許加的最大反向電壓。超過(guò)此值，發(fā)光二極管可能被擊穿損壞。 （ 4） 工作環(huán)境 topm 發(fā)光二極管可正常工作的環(huán)境溫度范圍。低于或高于此溫度范圍，發(fā)光二極管將不能正常工作，效率大大降低。 電參數(shù)的意義 （ 1） 光譜分布和峰值波長(zhǎng) 某一個(gè)發(fā)光二極管所發(fā)之光并非單一波長(zhǎng)， 其波長(zhǎng)大體按圖 2 所示。 由圖可見(jiàn)，該發(fā)光管所發(fā)之光中某一波長(zhǎng) λ0的光強(qiáng)最大，該波長(zhǎng)為峰值波長(zhǎng)。 （ 2） 發(fā)光強(qiáng)度 IV 發(fā)光二極管的發(fā)光強(qiáng)度通常是指法線（對(duì)圓柱形發(fā)光管是指其軸線）方向上的發(fā)光強(qiáng)度。若在該方向上輻射強(qiáng)度為（ 1/683） W/sr 時(shí)，則發(fā)光 1 坎德拉（符號(hào)為 cd）。由于一般 LED的發(fā)光二強(qiáng)度小，所以發(fā)光強(qiáng)度常用坎德拉 (mcd)作單位。 （ 3） 光譜半寬度 Δλ 它表示發(fā)光管的光譜純度 .是指圖 3 中 1/2 峰值光強(qiáng)所對(duì)應(yīng)兩波長(zhǎng)之間隔 . （ 4） 半值角 θ1/2 和視角 遼寧石油化工大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 θ1/2 是指發(fā)光強(qiáng)度值為軸向強(qiáng)度值一半的方向與 發(fā)光軸向（法向）的夾角。 半值角的 2倍為視角（或稱(chēng)半功率角）。 圖 3 給出的二只不同型號(hào)發(fā)光二極管發(fā)光強(qiáng)度角分布的情況。中垂線（法線） AO 的坐標(biāo)為相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度（即發(fā)光強(qiáng)度與最大發(fā)光強(qiáng)度的之比）。顯然，法線方向上的相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度為 1，離開(kāi)法線方向的角度越大，相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度越小。由此圖可以得到半值角或視角值。 （ 5） 正向工作電流 If 它是指發(fā)光二極管正常發(fā)光時(shí)的正向電流值。在實(shí)際使用中應(yīng)根據(jù)需要選擇 IF 在 IFm以下。 （ 6） 正向工作電壓 VF 參數(shù)表中給出的工作電壓是在給定的正向電流下得到的。一般是在 IF=20mA 時(shí)測(cè)得的。發(fā)光二極管正向工作電壓 VF 在 ～ 3V。在外界溫度升高時(shí)， VF 將下降。 （ 7） VI 特性 在正向電壓正小于某一值（叫閾值）時(shí)，電流極小，不發(fā)光。當(dāng)電壓超過(guò)某一值后，正向電流隨電壓迅速增加，發(fā)光。由 VI 曲線可以得出發(fā)光管的正向電壓，反向電流及反向電壓等參數(shù)。正向的發(fā)光管反向漏電流 IR LED 的分類(lèi) 按發(fā)光管發(fā)光顏色分 按發(fā)光管發(fā)光顏色分，可分成紅色、橙色、綠色（又細(xì)分黃綠、標(biāo)準(zhǔn)綠和純綠）、藍(lán)光等。另外，有的發(fā)光二極管中包含二種或三種顏色的芯片。 根據(jù)發(fā)光二極管出光 處摻或不摻散射劑、有色還是無(wú)色，上述各種顏色的發(fā)光二極管還可分成有色透明、無(wú)色透明、有色散射和無(wú)色散射四種類(lèi)型。散射型發(fā)光二極管和達(dá)于做指示燈用。 按發(fā)光管出光面特征分 按發(fā)光管出光面特征分圓燈、方燈、矩形、面發(fā)光管、側(cè)向管、表面安裝用微型管等。圓形燈按直徑分為 φ2mm、 、 φ5mm、 φ8mm、 φ10mm及 φ20mm等。國(guó)外通常把φ3mm的發(fā)光二極管記作 T1；把 φ5mm的記作 T1（ 3/4）；把 T1（ 1/4）。 遼寧石油化工大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 由半值角大小可以估計(jì)圓形發(fā)光強(qiáng)度角分布情況。從發(fā)光 強(qiáng)度角分布圖來(lái)分有三類(lèi)： （ 1） 高指向性 一般為尖頭環(huán)氧封裝，或是帶金屬反射腔封裝，且不加散射劑。半值角為 5176?！?20176?；蚋。哂泻芨叩闹赶蛐?，可作局部照明光源用，或與光檢出器聯(lián)用以組 成自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。 （ 2） 標(biāo)準(zhǔn)型 通常作指示燈用，其半值角為 20176?！?45176。 （ 3） 散射型 這是視角較大的指示燈，半值角為 45176?！?90176。或更大，散射劑的量較大。 按發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)分 按發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)分有全環(huán)氧包封、金屬底座環(huán)氧封裝、陶瓷底座環(huán)氧封裝及玻璃封裝等結(jié)構(gòu)。 按發(fā)光強(qiáng)度和工作電流分 按發(fā)光強(qiáng)度和工作電流分有普通亮度的 LED（發(fā)光強(qiáng)度 100mcd）；把發(fā)光強(qiáng)度在 10～100mcd 間的叫高亮度發(fā)光二極管。 一般 LED 的工作電流在十幾 mA 至幾十 mA，而低電流 LED 的工作電流在 2mA 以下（亮度與普通發(fā)光管相同）。 除上述分類(lèi)方法外，還有按芯片材料分類(lèi)及按功能分類(lèi)的方法。 LED的應(yīng)用 由于發(fā)光二極管的顏色、尺寸、形狀、發(fā)光強(qiáng)度及透明情況等不同，所以使用發(fā)光二極管時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行恰當(dāng)選擇。 由于發(fā)光二極管具有最大正向電流 IFm、最大反向電壓 VRm 的限制，使用時(shí)，應(yīng)保證不超過(guò)此值 。為安全起見(jiàn)，實(shí)際電流 IF 應(yīng)在 以下；應(yīng)讓可能出現(xiàn)的反向電壓 VRRm。LED 被廣泛用于種電子儀器和電子設(shè)備中，可作為電源指示燈、電平指示或微光源之用。紅外發(fā)光管常被用于電視機(jī)、錄像機(jī)等的遙控器中 。 單 LED電平指示電路 遼寧石油化工大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 在放大器、振蕩器或脈沖數(shù)字電路的輸出端，可用 LED 表示輸出信號(hào)是否正常，如圖 7 所示。R 為限流電阻。只有當(dāng)輸出電壓大于 LED 的閾值電壓時(shí)， LED 才可能發(fā)光。 單 LED可充作低壓穩(wěn)壓管用 由于 LED 正向?qū)ê?，電流隨電壓變化非?？欤哂衅胀ǚ€(wěn)壓管穩(wěn)壓特性。 發(fā)光二極管的穩(wěn)定電壓在 ～ 3V 間，應(yīng)根據(jù)需要進(jìn)行選擇 VF，如圖 8 所示。 電平表 目前，在音響設(shè)備中大量使用 LED 電平表。它是利用多只發(fā)光管指示輸出信號(hào)電平的，即發(fā)光的 LED 數(shù)目不同，則表示輸出電平的變化。圖 9 是由 5 只發(fā)光二極管構(gòu)成的電平表。當(dāng)輸入信號(hào)電平很低時(shí)，全不發(fā)光。輸入信號(hào)電平增大時(shí)，首先 LED1 亮，再增大 LED2 亮。 發(fā)光二極管的檢測(cè) 普通發(fā)光二極管的檢測(cè) （ 1） 用萬(wàn)用表檢測(cè) 利用具有 10kΩ 擋的指針式萬(wàn)用表可以大致判斷發(fā)光二極管的好壞。正常時(shí)，二極管 正向電阻阻值為幾十至 200kΩ,反向電阻的值為 ∝ 。如果正向電阻值為 0 或?yàn)?∞，反向電阻值很小或?yàn)?0，則易損壞。這種檢測(cè)方法，不能實(shí)地看到發(fā)光管的發(fā)光情況，因?yàn)?10kΩ 擋不能向 LED 提供較大正向電流。 如果有兩塊指針萬(wàn)用表（最好同型號(hào)）可以較好地檢查發(fā)光二極管的發(fā)光情況。用一根導(dǎo)線將其中一塊萬(wàn)用表的 “+”接線柱與另一塊表的 “”接線柱連接。余下的 “”筆接被測(cè)發(fā)光管的正極（ P 區(qū)），余下的 “+”筆接被測(cè)發(fā)光管的負(fù)極（ N 區(qū)）。兩塊萬(wàn)用表均置 10Ω 擋。正常情況下，接通后就能正常發(fā)光。若亮度很低，甚至不發(fā)光，可將兩 塊萬(wàn)用表均撥至 1Ω 若，若仍很暗，甚至不發(fā)光，則說(shuō)明該發(fā)光二極管性能不良或損壞。應(yīng)注意，不能一開(kāi)始測(cè)量就將兩塊萬(wàn)用表置于 1Ω，以免電流過(guò)大，損壞發(fā)光二極管。 （ 2） 外接電源測(cè)量 用 3V 穩(wěn)壓源或兩節(jié)串聯(lián)的干電池及萬(wàn)用表（指針式或數(shù)字式皆可）可以較準(zhǔn)確測(cè)量發(fā)光二極管的光、電特性。為此可按圖 10 所示連接電路即可。如果測(cè)得 VF 在 ～ 3V 之間，遼寧石油化工大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 且發(fā)光亮度正常，可以說(shuō)明發(fā)光正常。如果測(cè)得 VF=0 或 VF≈3V，且不發(fā)光，說(shuō)明發(fā)光管已壞。 2．紅外發(fā)光二極管的檢測(cè) 由于紅外發(fā)光二極管，它發(fā)射 1～ 3μm的紅外光，人 眼看不到。通常單只紅外發(fā)光二極管發(fā)射功率只有數(shù) mW，不同型號(hào)的紅外 LED 發(fā)光強(qiáng)度角分布也不相同。紅外 LED 的正向壓降一般為 ～ 。正是由于其發(fā)射的紅外光人眼看不見(jiàn)，所以利用上述可見(jiàn)光 LED 的檢測(cè)法只能判定其 PN 結(jié)正、反向電學(xué)特性是否正常，而無(wú)法判定其發(fā)光情況正常否。為此，最好準(zhǔn)備一只光敏器件（如 2CR、 2DR 型硅光電池）作接收器。用萬(wàn)用表測(cè)光電池兩端電壓的變化情況。來(lái)判斷紅外 LED 加上適當(dāng)正向電流后是否發(fā)射紅外光。 系統(tǒng)功能 新型 LED 彩燈分為 2 部分，即彩燈控制器（主控模塊）和管內(nèi) LED 板模塊（受控模塊）。彩燈控制器可直接與 220 V 交流市電相連接，經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)電源變換，輸出直流工作電壓，一方面為管內(nèi) LED 模塊提供 12 V 工作電源，另一方面為主控模塊單片機(jī)系統(tǒng)（彩燈控制器）提供 5 V 工作電源。整個(gè)系統(tǒng)工作由軟件程序控制運(yùn)行，根據(jù)需要，用戶(hù)可以在 LED 彩燈工作時(shí)通過(guò)主控模塊上的按鍵來(lái)設(shè)定亮燈時(shí)間和燈光閃動(dòng)頻率。 上電后系統(tǒng)經(jīng)過(guò)初始化，查詢(xún)是否有功能切換鍵按下：有，則進(jìn)入用戶(hù)設(shè)定模式狀態(tài)；無(wú)，則進(jìn)入默認(rèn)缺省工作狀態(tài)。在用戶(hù)設(shè)定模式狀態(tài)下 ，用戶(hù)可以根據(jù)個(gè)人愛(ài)好及不同場(chǎng)合的需要來(lái)指定調(diào)用哪些模式，并且可以改變每種模式的時(shí)間 Ti、頻率 Fi 參數(shù)，如果用戶(hù)想進(jìn)入缺省狀態(tài)模式，只需按一下功能切換鍵即可跳入缺省模式，程序會(huì)自動(dòng)順序調(diào)用亮燈模式；在缺省工作狀態(tài)下， LED 彩燈控制器按照程序設(shè)定好的若干亮燈花樣模式程序 Model_i 順序調(diào)用往下走，從第 Model_1 模式開(kāi)始工作，自 Model_1 到 Model_2??到 Mod el_n 為一個(gè)亮燈周期，然后再回到 Model_1 循環(huán)繼續(xù)工作，同樣如果想進(jìn)入用戶(hù)設(shè)定模式狀態(tài)，只需按下功能切換鍵即可。整個(gè) n 種亮燈模式時(shí) 間可以看作一個(gè)大周期 T，其中的每一種花樣工作模式 Model_i（ i=1， 2，?， n）時(shí)間為小周期 Ti，對(duì)于每一個(gè)模式編寫(xiě)一個(gè)獨(dú)立工作子程序Model_i，其中設(shè)定了 LED 三色燈（紅、綠、藍(lán)）的點(diǎn)亮?xí)r刻（ RED_on， GREEN_on， BLUE_on）和熄滅時(shí)刻（ RED_off， GREEN_off， BLU E_off)，以及模式工作時(shí)間 Ti 以及該模式 LED閃爍頻率 Fi。 5 位七段碼顯示器的前 2 位（ L1， L2）顯示當(dāng)前工作模式的序號(hào) Model_i；后3 位（ L3， L4， L5）七段碼 顯示三色 LED 的工作狀態(tài)，若該顏 色燈點(diǎn)亮則對(duì)應(yīng)七段碼顯示位為“ 1”，反之熄滅時(shí)則顯示位為“滅”即不顯示，對(duì)系統(tǒng)工作狀態(tài)起到了很好的實(shí)時(shí)監(jiān)控作用。 因此在 LED 彩燈上電工作后，用戶(hù)可以方便地通過(guò)主控模塊上的顯示器知道 LED 彩燈遼寧石油化工大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 當(dāng)前工作模式 Model_i，工作時(shí)間 Ti，頻率 Fi 等實(shí)時(shí)參數(shù)。若實(shí)際應(yīng)用需要根據(jù)不同場(chǎng)合和時(shí)間來(lái)改變彩燈閃亮效果，用戶(hù)可以通過(guò)主控模塊上的按鍵來(lái)設(shè)定 LED 不同的閃爍頻率 Fi和亮燈時(shí)間 Ti，以便符合實(shí)際需要。此外如果用戶(hù)對(duì)某一種模式感興趣需要仔細(xì)觀看該種亮燈模式，可以通過(guò)鍵盤(pán)選定任意第 Model_i 模式使系統(tǒng)循環(huán)重復(fù)工作 在該花樣模式下。 遼寧石油化工大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 3 彩燈設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì) 新型 LED 彩燈系統(tǒng)包括 2 大部分，即 LED 彩燈控制器（ 89C51 主控模塊）和 LED 彩燈管（管內(nèi) LED 板模塊）。前者是主控模塊，具有按鍵、顯示等功能，并利用 89C51 的 P 口輸出控制信號(hào)；后者是受控模塊，上面焊有三色 LED 彩燈和信號(hào)驅(qū)片，模塊置于 LED 的透明燈管內(nèi)。 圖 主控模塊硬件圖