眾所周知，發(fā)光二極管（LED）是最好的光電器件之一。當(dāng)器件的內(nèi)部二極管結(jié)達(dá)到正向電流或電壓時，該器件能夠發(fā)出相當(dāng)窄的可見或不可見光帶寬。LED發(fā)出的可見光通常為橙色，紅色，黃色或綠色。不可見光包括紅外光。該器件的最大優(yōu)點是其高光功率轉(zhuǎn)換效率。也就是說，效率幾乎是簡單鎢燈的50倍。還已知LED的響應(yīng)時間在0.1微秒的范圍內(nèi)非?？?，而鎢燈的響應(yīng)時間為100毫秒。由于這些優(yōu)點，該設(shè)備廣泛應(yīng)用作為視覺指標(biāo)和跳舞燈光顯示。
我們知道PN結(jié)可以將吸收的光能連接到其比例電流中。這里反過來相同的過程。也就是說，當(dāng)PN能量施加在其上時，PN結(jié)發(fā)光。這種現(xiàn)象通常稱為電致發(fā)光，其可以定義為在電場的影響下來自半導(dǎo)體的光發(fā)射。當(dāng)電子從N區(qū)交叉并與P區(qū)中存在的空穴重新結(jié)合時，電荷載流子在正向PN結(jié)中重新組合。自由電子處于能級的導(dǎo)帶中，而空穴位于價能帶中。因此，空穴的能級將小于電子的能級。必須消耗一部分能量以重新組合電子和空穴。
電子以硅和鍺二極管的熱量形式耗散能量。但是在砷化鎵 - 磷（GaAsP）和鎵 - 磷（GaP）半導(dǎo)體中，電子通過發(fā)射光子來耗散能量。如果半導(dǎo)體是半透明的，則結(jié)在發(fā)射時成為光源，因此成為發(fā)光二極管（LED）。但是當(dāng)結(jié)被反向偏置時，LED不會產(chǎn)生光，相反，器件也可能被損壞。
LED發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)圖如下所示
可以使用上面列出的所有半導(dǎo)體。在襯底上生長N型外延層，并通過擴(kuò)散產(chǎn)生P區(qū) 。包括電荷載流子復(fù)合的P區(qū)域顯示為頂部。因此，P區(qū)成為器件表面。為了允許發(fā)射更多的表面區(qū)域，在P層的外邊緣處形成金屬陽極連接。為了使光盡可能地朝向裝置的表面反射，將金膜施加到表面底部。該設(shè)置還能夠提供陰極連接。通過將穹頂鏡片包括在裝置中來解決重吸收問題。通過包住設(shè)備來保護(hù)設(shè)備的電子電路中的所有電線。器件發(fā)出的光取決于所用半導(dǎo)體材料的類型。通過使用砷化鎵（GaAs）作為半導(dǎo)體產(chǎn)生紅外光。通過使用砷化鎵 - 磷（GaAsP）作為半導(dǎo)體產(chǎn)生紅光或黃光。通過使用鎵 - 磷（GaP）作為半導(dǎo)體產(chǎn)生紅光或綠光。
LED電路符號
LED的電路符號由兩個箭頭標(biāo)記組成，表示二極管發(fā)出的輻射。
LED發(fā)光二極管符號圖
LED發(fā)光二極管特性
正向偏置電壓 - 電流（VI）曲線和輸出特性曲線如上圖所示。VI曲線實際上適用于防盜報警器。需要大約1伏的正向偏壓來提供顯著的正向電流。第二個數(shù)字用于表示輻射功率 - 正向電流曲線。產(chǎn)生的輸出功率非常小，因此電 - 輻射能量轉(zhuǎn)換的效率非常低。
下圖顯示了連接到LED 的串聯(lián)電阻R 系列。一旦器件的正向偏壓超過，電流將根據(jù)電壓的小幅增加以更大的速率增加。這表明器件的正向電阻非常低。這表明使用外部串聯(lián)限流電阻的重要性。串聯(lián)電阻由以下等式確定。
R 系列 =（V 電源 - V）/ I
V 電源 -電源電壓
V - LED正向偏置電壓
LED電路圖
商業(yè)上使用的LED具有1.5伏至2.5伏之間的典型電壓降或10至50毫安之間的電流。確切的電壓降取決于LED發(fā)光二極管的電流、顏色、容差等。
LED指示燈
下面顯示的電路是LED發(fā)光二極管的主要應(yīng)用之一。該電路的設(shè)計方法是將其與普通二極管反向并聯(lián)，以防止器件反向偏置。串聯(lián)電阻的值應(yīng)相對于直流電路的值為一半。
LED指示燈電路圖
LEDS顯示器用于顯示段中的數(shù)字。一種這樣的設(shè)計是七段顯示，如下所示。通過使電流通過正確的段，可以顯示0-9的任何所需數(shù)字。為了連接這種區(qū)段，可以使用共陽極或共陰極陰極配置。兩個連接如下所示。使用晶體管可以打開和關(guān)閉LED發(fā)光二極管。
LED發(fā)光二極管的優(yōu)點
• 極低的電壓和電流足以驅(qū)動LED。
• 電壓范圍 - 1至2伏。
• 目前 - 5至20毫安。
• 總功率輸出將小于150毫瓦。
• 響應(yīng)時間非常短 - 僅約10納秒。
• 該設(shè)備不需要任何加熱和預(yù)熱時間。
• 尺寸小巧，重量輕。
• 具有堅固的結(jié)構(gòu)，因此可以承受沖擊和振動。
• LED的壽命超過20年。
LED發(fā)光二極管的缺點
• 電壓或電流略微過大可能會損壞設(shè)備。
• 已知該裝置與激光器相比具有更寬的帶寬。
• 溫度取決于輻射輸出功率和波長。
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