【正文】 57 、控制器數(shù)據(jù)的運(yùn)算過(guò)程 .................................................................................. 57 、微處理器的復(fù)位問(wèn)題 ..................................................................................... 58 、程序設(shè)計(jì)要求 ................................................................................................ 58 、控制端口與燈管排列的映射關(guān)系 .................................................................... 59 1 LED 霓虹燈分類 ..................................................................................................... 60 、依據(jù)是否可以多次更改花樣程序 .................................................................... 60 、一次性控制器 ...................................................................................... 60 、可反復(fù)使用控制器 ............................................................................... 60 、依據(jù)所控制的 LED亮度級(jí) ............................................................................. 60 、普通型： ............................................................................................. 60 、漸變型 ................................................................................................. 61 、依據(jù)所控的 LED 的類型可分為 ............................................................... 61 、單色 .................................................................................................... 61 、多色 .................................................................................................... 61 、任意色 ................................................................................................. 61 、依據(jù)其控制源 ................................................................................................ 61 、聲控 .................................................................................................... 61 、非聲控 ................................................................................................. 61 、依據(jù) LED燈的表現(xiàn)形式 ................................................................................ 61 、光源型 ................................................................................................. 62 、屏幕型 ................................................................................................. 62 、依據(jù)控制器的相互關(guān)系 .................................................................................. 62 、分控式 ................................................................................................. 62 、獨(dú)立式 ................................................................................................. 62 附錄一（術(shù)語(yǔ)表） .......................................................................................................... 63 LED 部分 LED 概述 LED（ Light Emitting Diode），發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件。結(jié)構(gòu)如下圖它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是 P 型半導(dǎo)體，在它里面空穴 占主導(dǎo)地位，另一端是 N 型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子就會(huì)被推向 P 區(qū)，在 P 區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)以光子的形式發(fā)出能量，這就是 LED 發(fā)光的原理。發(fā)光二極管的核心部分是由 P 型半導(dǎo)體和 N型半導(dǎo)體組成的晶片，在 P 型半導(dǎo)體和 N 型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過(guò)渡層，稱為 PN 結(jié)。 PN 結(jié)施加反向電壓時(shí)，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。 當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時(shí)（即兩端加上正向電壓），電流從 LED陽(yáng)極流向陰極時(shí)，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。另外，有的發(fā)光二極管中包含二種或三種顏色的芯片。散射型發(fā)光二極管和達(dá)于做指示燈用。圓形燈按直徑分為φ 2mm、φ 、φ 5mm、φ 8mm、φ 10mm及φ 20mm 等。 由半值角大小可以估計(jì)圓形發(fā)光強(qiáng)度角分布情況。半值角為 5176?；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)?！?45176?！?90176。 、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)。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）。發(fā)光二極管自發(fā)性（ Spontaneous）的發(fā)光是由于電子與空穴的復(fù)合而產(chǎn)生的。圖 1示出的是 Ⅲ Ⅴ 及 Ⅱ Ⅵ 族元素的帶隙（ Bandgap）與晶格常數(shù)（ Lattice Constant）的關(guān)系。雖然 Ⅱ Ⅵ 族材料也可以得到紅光和綠光，但是這族材料極為不穩(wěn)定，所以目前使用的發(fā)光材料大部分是 Ⅲ Ⅴ 族。所以電子與空穴可以有效地再?gòu)?fù)合（ Rebination）而發(fā)光。目前發(fā)光二極管用的都是直接帶隙的材料。圖 3（ a）是帶間復(fù)合，圖 3(b)是自由激子 (Exciton)相互抵消，圖 3(c)是在能帶勢(shì)能波動(dòng) 區(qū)域低勢(shì)能區(qū)局部束縛激子的再?gòu)?fù)合。 上述的 “ 復(fù)合 ” 是由于本身內(nèi)部（ Intrinsic）產(chǎn)生的，但是假設(shè)將雜質(zhì)（ Impurity）摻入半導(dǎo)體，則會(huì)在帶隙中產(chǎn)生施主（ Donor）及受主 （ Acceptor）的能級(jí)，因此又可能產(chǎn)生不同的復(fù)合而發(fā)出光如圖 4所示。 當(dāng)電子與空穴復(fù)合而產(chǎn)生光時(shí)，這些光被稱為自發(fā)輻射（ Spontaneous Emission），其光的方向如圖 5(a)所示，是多方向的，這是發(fā)光二極管的發(fā)光特性。目前要得到高功率 LED就是要得到非常高的自發(fā)輻射。 n型半導(dǎo)體中產(chǎn)生電子， p型半導(dǎo)體中產(chǎn)生空穴，在其中間產(chǎn)生耗盡層（ Depletion Layer）。圖 6所示的是pn 結(jié)能帶，其中，圖 6(a)表示在平衡狀態(tài)，圖 6(b)表示在正向偏壓時(shí)，圖 6(c)表示在注入高密度電流時(shí)的電子與空穴復(fù)合產(chǎn)生光的情況，至于不發(fā)光的復(fù)合，則有通過(guò)禁帶中央深能級(jí)（ Deep Trap Center）的復(fù)合以及在晶體中產(chǎn)生的熱能損失。 所有的發(fā)光元件都需要具有高的內(nèi)部量子效率（ Internal Quantum Efficiency），即產(chǎn)生的光子（ Photon）與進(jìn)入 pn 結(jié)內(nèi)的載流子之比，同時(shí)也要有高的外部量子效率（ External Quantum Efficiency），即產(chǎn)生的發(fā)光光子數(shù)目與越過(guò) pn結(jié)的載流子數(shù)目之比，外部量子效率比內(nèi)部量子效率低，原因之一是有些光在材料表面輻射之前被吸收，而且光到達(dá)表面時(shí)只有低于臨界角（ Critical Angle）的光才能輻射。用圖 7(b)所示的雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)（ DH： DoubleHetero Structure），可以提高效率。 目前， LED的活性層也采用了半導(dǎo)體激光器所用的量子 阱 (Quantum Well)結(jié)構(gòu)，圖 8所示是量子阱能帶圖。用量子阱可以得到小的臨界電流（ Threshold Current），同時(shí)量子阱的材料可以改變晶格不匹配以產(chǎn)生壓縮性或者伸張性應(yīng)變（ Strain），這些應(yīng)變可以改變波長(zhǎng)并減少臨界電流。圖 9(a)所示是一些例子，例如用 AlGaAs 得到 649nm紅光，用 AlGaInP得到 594nm的琥珀色光，用 AlGaInN得到 517nm的綠光及 465nm與 427nm的藍(lán)光等。由圖可見(jiàn)， AlGaAs DH LED 及 AlGaInP DH LED 的 IV特性相近，效率 r=2 表示電流主要是用作發(fā)光的再?gòu)?fù)合， AlGaInN DH LED 則不同，低電流主要是隧道（ Tunnelling）電流，但是 AlGaInN SQW（單量子阱）低電流時(shí) r=2，高電 流時(shí)有高電阻。 LED 指標(biāo) 、 LED的電學(xué)指標(biāo) 、 LED 的電流 電壓特性圖 下 圖所示為 LED工作的電流 電壓（ IV）特性圖。我們分別對(duì)圖中 所示的各段進(jìn)行說(shuō)明。紅色（黃色） LED的開(kāi)啟電壓一般為 ~,綠色（藍(lán)色） LED的開(kāi)啟電壓一般為 ~。但在這個(gè)區(qū)段內(nèi)要特別注意，如果不加任何保護(hù)，當(dāng)正向電壓增加到一定值后，那么發(fā)光二極管的正向電壓會(huì)減小，而正向電流會(huì)加大。 OC段：反向死區(qū) 發(fā)光二極管加反向電壓是不發(fā)光的（不工作），但有反向電流。在 1990~1995年，反向電流定為 10μA ， 1995~2020年為 5μA ；目前一般是在 3μA 以下，但基本上是 0μA 。超 過(guò)這個(gè)電壓，就會(huì)出現(xiàn)反向擊穿，導(dǎo)致 LED報(bào)廢。 正向電流 IF： 對(duì)于小功率 LED，目前全世界一致定為 20mA，這是小功率 LED的正常工作電流。 反向漏電流 IR： 按 LED以前的常規(guī)規(guī)定，指反向電壓在 5V時(shí)的反向漏電流。 工作時(shí)的耗散功率 PD： 即正 向電流乘以正向電壓。當(dāng)環(huán)境溫度升高，則 LED 的最大允許耗散功率將會(huì)下降。參考一般的技術(shù)手冊(cè)中給出的工作電流范圍，最好在使用時(shí)不要用到最大工作電流。最大允許正向脈沖電流 IFP： 一般是由占空比與脈沖重復(fù)頻率來(lái)確定。 反向擊穿電壓 VR： 一般要求反向電流為指定值的情況下可測(cè)試反向電壓 VR，反向電流一般為 5~100μA 之間。 、 電 光轉(zhuǎn)換效率 電 光轉(zhuǎn)換效率包括 以下兩種 ： ? 光功率效率 η ： ? 流明效率 : 在 LED的 pn結(jié)上加上 IF由于 pn結(jié)中有雜質(zhì)、晶格缺陷等因素，每個(gè)電子渡越 pn結(jié)與空穴復(fù)合時(shí)，并不是都能激發(fā)產(chǎn)生出一個(gè)光子，即內(nèi)量子效率不可能達(dá)到 100%。 以上 兩 種原因使 pn結(jié)發(fā)射出的光子總能量小于加在 pn結(jié)上的電能（即 IF 封裝時(shí)的能量損失 封裝 LED時(shí)，由 LED芯片的折射率（一般折射率 ~3）與封裝膠的折射率不同（一般封裝膠的折射率 為 ），而封裝膠的折射率與空氣折射 率也不同（空氣折射率一般為 1），所以不可能所有的光子都能輻射到空氣中，即外量子效率也不可能達(dá)到 100%。當(dāng)光線入射角大于全反射角時(shí)，則光線100%被反射。減少了光子數(shù)將造成能量損失。溫度升高，藍(lán)光太