發(fā)光二極管的發(fā)光原理分析

發(fā)光二極管簡稱為LED。由鎵（Ga）與砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二極管，當(dāng)電子與空穴復(fù)合時能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光二極管。在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示。磷砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光一定的電流后，電子與空穴不斷流過PN結(jié)或與之類似的結(jié)構(gòu)面，并進(jìn)行自發(fā)復(fù)合產(chǎn)生輻射光的二極管半導(dǎo)體器件。

它是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦?。?dāng)給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導(dǎo)體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當(dāng)電子和空穴復(fù)合時釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。發(fā)光二極管的反向擊穿電壓大于5伏。它的正向伏安特性曲線很陡，使用時必須串聯(lián)限流電阻以控制通過二極管的電流。

限流電阻R可用下式計算：

R=（E－UF）/IF

式中E為電源電壓，UF為LED的正向壓降，IF為LED的正常工作電流。發(fā)光二極管的HX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)體之間有一個過渡層，稱為PN結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。PN結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED。 當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時（即兩端加上正向電壓），電流從LED陽極流向陰極時，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強弱與電流有關(guān)。

發(fā)光二極管的作用

發(fā)光二極管（LED）是一種由磷化鎵（GaP）等半導(dǎo)體材料制成的、能直接將電能轉(zhuǎn)變成光能的發(fā)光顯示器件。當(dāng)其內(nèi)部有一定電流通過時，它就會發(fā)光。圖一是共電路圖形符號。

發(fā)光二極管的發(fā)光原理分析

發(fā)光二極管也與普通二極管一樣由PN結(jié)構(gòu)成，也具有單向?qū)щ娦?。它廣泛應(yīng)用于各種電子電路、家電、儀表等設(shè)備中、作電源指示或電平指示。

（1）發(fā)光二極管用作指示燈電路。發(fā)光二極管的典型應(yīng)用電路如圖所示。R為限流電阻，I為通過發(fā)光二極管的正向電流。發(fā)光二極管的管壓降一般比普通二極管大些，約為2V，電源電壓必須大于管壓降，發(fā)光二極管才能正常工作。

 

發(fā)光二極管的發(fā)光原理分析

發(fā)光二極管用于交流電源指示燈電路如圖二所示。VD1為整流二極管，VD2為發(fā)光二極管，R為限流電阻，T為電源變壓器。

（2）發(fā)光二極管用作光發(fā)射管。在紅外遙控器、紅外無線耳機、紅外報警器等電路中，紅外發(fā)光二極管擔(dān)任光發(fā)射管，電路如圖三所示，VT為開關(guān)調(diào)制晶體管，VD為紅外發(fā)光二極管。信號源通過VT驅(qū)動和調(diào)制VD，使VD向外發(fā)射調(diào)制紅外光。