【文章內(nèi)容簡介】 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，不能形成可見光。發(fā)光的復(fù)合量相對于非發(fā)光復(fù)合量的比例越大，光量子效率越高。由于復(fù)合 是在少子擴散區(qū)內(nèi)發(fā)光的，所以光僅在靠近 PN 結(jié)面數(shù) μm以內(nèi)產(chǎn)生。 理論和實踐證明，光的峰值波長 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 12 式中 Eg 的單位為電子伏特（ eV）。若能產(chǎn)生可見光（波長在 380nm 紫光～ 780nm 紅光），半導(dǎo)體材料的 Eg 應(yīng)在 ～ 之間。比紅光波長長的光為紅外光?，F(xiàn)在已有紅外、紅、黃、綠及藍光發(fā)光二極管，但其中藍光二極管成本、價格很高，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它的電流之積的最大值。超過此值， 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 某一個發(fā)光二極管所發(fā)之光并非單一波長， 其波長大體按圖 2 所示。 由圖可見，該發(fā)光管所發(fā)之光中某一波長 λ0的光強最大，該波長為峰值波長。 （ 2） 發(fā)光強度 IV 發(fā)光二極管的發(fā)光強度通常是指法線（對圓柱形發(fā)光管是指其軸線）方向上的發(fā)光強度。若在該方向上輻射強度為（ 1/683） W/sr 時，則發(fā)光 1 坎德拉（符號為 cd）。由于一般 LED的發(fā)光二強度小，所以發(fā)光強度常用坎德拉 (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 峰值光強所對應(yīng)兩波長之間隔 . （ 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 13 θ1/2 是指發(fā)光強度值為軸向強度值一半的方向與 發(fā)光軸向（法向）的夾角。 半值角的 2倍為視角（或稱半功率角）。 圖 3 給出的二只不同型號發(fā)光二極管發(fā)光強度角分布的情況。中垂線（法線） AO 的坐標為相對發(fā)光強度（即發(fā)光強度與最大發(fā)光強度的之比）。顯然，法線方向上的相對發(fā)光強度為 1，離開法線方向的角度越大，相對發(fā)光強度越小。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)光時的正向電流值。在實際使用中應(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 時測得的。發(fā)光二極管正向工作電壓 VF 在 ～ 3V。在外界溫度升高時， VF 將下降。 （ 7） VI 特性 在正向電壓正小于某一值（叫閾值）時，電流極小，不發(fā)光。當電壓超過某一值后，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 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（又細分黃綠、標準綠和純綠）、藍光等。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、有色還是無色，上述各種顏色的發(fā)光二極管還可分成有色透明、無色透明、有色散射和無色散射四種類型。散射型發(fā)光二極管和達于做指示燈用。 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 14 由半值角大小可以估計圓形發(fā)光強度角分布情況。從發(fā)光 強度角分布圖來分有三類： （ 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?，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或與光檢出器聯(lián)用以組 成自動檢測系統(tǒng)。 （ 2） 標準型 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?；蚋螅⑸鋭┑牧枯^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)光強度和工作電流分 按發(fā)光強度和工作電流分有普通亮度的 LED（發(fā)光強度 100mcd）；把發(fā)光強度在 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）。 除上述分類方法外，還有按芯片材料分類及按功能分類的方法。 LED的應(yīng)用 由于發(fā)光二極管的顏色、尺寸、形狀、發(fā)光強度及透明情況等不同，所以使用發(fā)光二極管時應(yīng)根據(jù)實際需要進行恰當選擇。 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，應(yīng)保證不超過此值 。為安全起見，實際電流 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、錄像機等的遙控器中 。 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 15 在放大器、振蕩器或脈沖數(shù)字電路的輸出端，可用 LED 表示輸出信號是否正常，如圖 7 所示。R 為限流電阻。只有當輸出電壓大于 LED 的閾值電壓時， 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?？?，具有普通穩(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。當輸入信號電平很低時，全不發(fā)光。輸入信號電平增大時，首先 LED1 亮，再增大 LED2 亮。 發(fā)光二極管的檢測 普通發(fā)光二極管的檢測 （ 1） 用萬用表檢測 利用具有 10kΩ 擋的指針式萬用表可以大致判斷發(fā)光二極管的好壞。正常時，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 或為 ∞，反向電阻值很小或為 0，則易損壞。這種檢測方法，不能實地看到發(fā)光管的發(fā)光情況，因為 10kΩ 擋不能向 LED 提供較大正向電流。 如果有兩塊指針萬用表（最好同型號）可以較好地檢查發(fā)光二極管的發(fā)光情況。用一根導(dǎo)線將其中一塊萬用表的 “+”接線柱與另一塊表的 “”接線柱連接。余下的 “”筆接被測發(fā)光管的正極（ P 區(qū)），余下的 “+”筆接被測發(fā)光管的負極（ N 區(qū)）。兩塊萬用表均置 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 塊萬用表均撥至 1Ω 若，若仍很暗，甚至不發(fā)光，則說明該發(fā)光二極管性能不良或損壞。應(yīng)注意，不能一開始測量就將兩塊萬用表置于 1Ω，以免電流過大，損壞發(fā)光二極管。 （ 2） 外接電源測量 用 3V 穩(wěn)壓源或兩節(jié)串聯(lián)的干電池及萬用表（指針式或數(shù)字式皆可）可以較準確測量發(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 16 且發(fā)光亮度正常，可以說明發(fā)光正常。如果測得 VF=0 或 VF≈3V，且不發(fā)光，說明發(fā)光管已壞。 2．紅外發(fā)光二極管的檢測 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，不同型號的紅外 LED 發(fā)光強度角分布也不相同。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，所以利用上述可見光 LED 的檢測法只能判定其 PN 結(jié)正、反向電學(xué)特性是否正常，而無法判定其發(fā)光情況正常否。為此，最好準備一只光敏器件（如 2CR、 2DR 型硅光電池）作接收器。用萬用表測光電池兩端電壓的變化情況。來判斷紅外 LED 加上適當正向電流后是否發(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)過開關(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系統(tǒng)（彩燈控制器）提供 5 V 工作電源。整個系統(tǒng)工作由軟件程序控制運行，根據(jù)需要，用戶可以在 LED 彩燈工作時通過主控模塊上的按鍵來設(shè)定亮燈時間和燈光閃動頻率。 上電后系統(tǒng)經(jīng)過初始化，查詢是否有功能切換鍵按下：有，則進入用戶設(shè)定模式狀態(tài)；無，則進入默認缺省工作狀態(tài)。在用戶設(shè)定模式狀態(tài)下 ，用戶可以根據(jù)個人愛好及不同場合的需要來指定調(diào)用哪些模式，并且可以改變每種模式的時間 Ti、頻率 Fi 參數(shù)，如果用戶想進入缺省狀態(tài)模式，只需按一下功能切換鍵即可跳入缺省模式，程序會自動順序調(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 模式開始工作，自 Model_1 到 Model_2??到 Mod el_n 為一個亮燈周期，然后再回到 Model_1 循環(huán)繼續(xù)工作，同樣如果想進入用戶設(shè)定模式狀態(tài)，只需按下功能切換鍵即可。整個 n 種亮燈模式時 間可以看作一個大周期 T，其中的每一種花樣工作模式 Model_i（ i=1， 2，?， n）時間為小周期 Ti，對于每一個模式編寫一個獨立工作子程序Model_i，其中設(shè)定了 LED 三色燈（紅、綠、藍）的點亮?xí)r刻（ RED_on， GREEN_on， BLUE_on）和熄滅時刻（ RED_off， GREEN_off， BLU E_off)，以及模式工作時間 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）顯示當前工作模式的序號 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 色燈點亮則對應(yīng)七段碼顯示位為“ 1”，反之熄滅時則顯示位為“滅”即不顯示，對系統(tǒng)工作狀態(tài)起到了很好的實時監(jiān)控作用。 因此在 LED 彩燈上電工作后，用戶可以方便地通過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 17 當前工作模式 Model_i，工作時間 Ti，頻率 Fi 等實時參數(shù)。若實際應(yīng)用需要根據(jù)不同場合和時間來改變彩燈閃亮效果，用戶可以通過主控模塊上的按鍵來設(shè)定 LED 不同的閃爍頻率 Fi和亮燈時間 Ti，以便符合實際需要。此外如果用戶對某一種模式感興趣需要仔細觀看該種亮燈模式，可以通過鍵盤選定任意第 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 18 3 彩燈設(shè)計 硬件設(shè)計 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；后者是受控模塊，上面焊有三色 LED 彩燈和信號驅(qū)片，模塊置于 LED 的透明燈管內(nèi)。 圖 主控模塊硬件圖