什么是发光二极管:工作及其应用

发光二极管是一种双导程半导体光源。1962年，Nick Holonyak提出了发光二极管的想法，当时他在通用电气公司工作。LED是一种特殊类型的二极管，它们具有类似于PN结二极管的电气特性。2021欧洲杯足球竞猜官方平台因此，LED允许电流在正向流动，并在反向阻塞电流。LED占用的面积小，小于1毫米²。led的应用用于制造各种电气和电子项目。2021欧洲杯足球竞猜官方平台在本文中，我们将讨论LED的工作原理及其应用。

什么是发光二极管?

发光二极管是一个pn结二极管。它是一种特殊掺杂二极管，由一种特殊类型的半导体组成。当光发射在正向偏置，那么它被称为发光二极管。

领导的象征

LED符号与二极管符号相似，只是有两个小箭头表示光的发射，因此它被称为LED(发光二极管)。该LED包括两个端子，即阳极(+)和阴极(-)。LED标志如下图所示。

建设的领导

LED的结构非常简单，因为它是通过在一个衬底上沉积三个半导体材料层而设计的。这三层依次排列，顶部区域是p型区域，中间区域是活跃的，最后，底部区域是n型。在结构中可以观察到半导体材料的三个区域。在施工中，p型区域包括孔洞;n型区包括选举区，而活性区包括空穴和电子。

当电压不加到LED上时，就没有电子和空穴流动，所以它们是稳定的。一旦电压被施加，然后LED将会向前偏置，所以在n区域的电子和从p区域的空穴将移动到有源区域。这个区域也被称为消耗区。因为像空穴这样的载流子包含一个正电荷，而电子带有一个负电荷，所以光可以通过极性电荷的重新组合而产生。

发光二极管是如何工作的?

发光二极管简单来说，我们称之为二极管。当二极管是正向偏压，然后电子和空穴快速移动穿过结，他们不断结合，移出另一个。当电子从n型硅移动到p型硅时，它与空穴结合，然后消失。因此，它使整个原子更加稳定，并以一个小束或光子的形式释放出少量能量。

上图展示了发光二极管的工作原理和图中的分步过程。

• 从上图中，我们可以看到n型硅是红色的，包括黑色圆圈所表示的电子。
• p型硅是蓝色的，里面有孔，用白色的圆圈表示。
• 横跨p-n结的电源使二极管正向偏置，并将电子从n型推到p型。把洞往相反的方向推。
• 电子和结处的空穴结合在一起。
• 光子在电子和空穴重新组合时被释放出来。

发光二极管的历史

发光二极管是1927年发明的，但并不是什么新发明。下面简要回顾LED的历史。

• 1927年，Oleg Losev(俄国发明家)创立了第一个领导并发表了一些关于他研究的理论。
• 1952年，Kurt Lechovec教授测试了失败者理论，并解释了第一批led
• 1958年，Rubin Braunstein & Egon Loebner发明了第一个绿色LED
• 1962年，Nick Holonyak发明了一种红色LED。这样，第一个LED就产生了。
• 1964年，IBM首次在计算机的电路板上实现了led。
• 1968年，惠普(Hewlett Packard)开始在计算器中使用led。
• 1971年，Jacques Pankove和Edward Miller发明了一种蓝色LED
• 在1972年，M. George Crawford(电气工程师)发明了黄色L2021欧洲杯足球竞猜官方平台ED。
• 1986年，来自斯塔福德大学的Walden C. Rhines和Herbert Maruska发明了一种含有镁元素的蓝色LED，包括未来的标准。
• 在1993年，Hiroshi Amano和物理学家Isamu Akaski开发了一种具有高质量蓝色led的氮化镓。
• 像中村2021欧洲杯足球竞猜官方平台修二这样的电气工程师通过Amanos & Akaski的发展，开发出了第一个高亮度蓝色LED，这迅速导致了白色LED的扩展。
  在2002年，白色led被用于住宅用途，每只灯泡充电约80至100英镑。
• 在2008年，LED灯已经成为非常流行的办公室，医院和学校。
• 2019年，led成为主要光源;
• LED的发展是令人难以置信的，因为它从小的指示到照明的办公室，家庭，学校，医院等。

用于偏置的发光二极管电路

大多数led的额定电压为1伏特-3伏特，而正向电流为200 mA-100 mA。

如果将电压(1V到3V)施加到LED上，则由于施加电压的电流将在工作范围内，所以LED工作正常。同样地，如果施加在LED上的电压高于工作电压，那么发光二极管内部的耗尽区域将由于高电流而破裂。这种意外的大电流会损坏设备。

这可以通过连接一个电阻与电压源和一个LED串联来避免。led的安全额定电压范围为1V到3v，而安全电流范围为200 mA到100 mA。

在这里，在电压源和LED之间的电阻被称为限流电阻，因为这个电阻限制了电流的流动，否则LED可能会破坏它。因此，该电阻器在保护LED中起着关键作用。

数学上，通过LED的电流可以写成

IF = Vs - VD/Rs

在那里,

' IF '为正向电流

“Vs”是电压源

“VD”是发光二极管上的压降

Rs是一种限流电阻

为克服耗尽区障碍而降低的电压。当Si或Ge二极管为0.3或0.7 V时，LED电压降将在2V到3V之间变化。

因此，与Si或Ge二极管相比，LED可以使用高电压工作。
发光二极管比硅或锗二极管工作时消耗更多的能量。

发光二极管的类型

有不同类型的发光二极管其中一些将在下面提到。

• 红外砷化镓(GaAs)
• 砷化镓磷化(GaAsP) -红色到红外线，橙色
• 铝砷化镓磷化(AlGaAsP) -高亮度红色、橙色、橙色和黄色
• 磷化镓(GaP) -红色，黄色和绿色
• 磷化铝镓(AlGaP) -绿色
• 氮化镓(GaN) -绿色，翡翠绿
• 氮化镓铟(增益)-近紫外线，蓝绿色和蓝色
• 碳化硅(SiC) -蓝色的衬底
• 硒化锌(ZnSe) -蓝色
• 氮化铝镓(紫外光)

LED工作原理

发光二极管的工作原理是基于量子理论的。量子理论认为，当电子从更高的能级下降到更低的能级时，光子就会释放出能量。光子的能量等于这两个能级之间的能量间隙。如果pn结二极管处于正向偏置，那么电流流过二极管。

半导体中电流的流动是由空穴在相反方向的流动和电子在电流方向的流动引起的。因此，由于这些载流子的流动，将会发生复合。

复合表明电子在导带内跳升至价带。当电子从一个带跃迁到另一个带时，电子将以光子的形式发射出电磁能量，而光子的能量等于禁带的能隙。

例如，让我们考虑量子理论，光子的能量是普朗克常数和电磁辐射频率的乘积。给出了数学方程

情商=高频

其中他称为普朗克常数，而电磁辐射的速度等于光速即c。辐射的频率与光速的关系为f= c /λ。λ表示为电磁辐射的一个波长，上式为a

Eq = he /λ

由上式可知，电磁辐射的波长与禁带宽度成反比。在一般的硅、锗半导体中，这种条件带与价带之间的禁能间隙使复合过程中电磁波的总辐射以红外辐射的形式出现。我们看不见红外线的波长，因为它们不在我们的可见范围之内。

红外辐射被称为热，因为硅和锗半导体不是直接间隙半导体，而是间接间隙半导体。但在直接间隙半导体中，价带的最大能级和导带的最小能级并不是在电子出现的同时出现的。因此，在电子与空穴的复合过程中，电子从导带向价带的迁移会改变电子带的动量。

白色发光二极管

led的制造可以通过两种技术来完成。在第一种技术中，将红、绿、蓝等LED芯片合并在一个类似的封装中产生白光;而在第二种技术中，则利用了磷光。磷光体内的荧光可以在环氧树脂周围聚合，然后利用InGaN LED器件通过短波能量激活LED。

不同颜色的光，如蓝，绿，红组合在一起，以产生不同的颜色感觉，这被称为初级加色。把这三种光强相等地加在一起产生白光。

但是，要通过绿色、蓝色和红色led的组合来实现这种组合，需要一个复杂的光电设计来控制不同颜色的组合和扩散。此外，由于LED颜色的变化，这种方法可能会很复杂。

白光LED的产品线主要依赖于使用磷光涂层的单个LED芯片。磷光涂层一旦穿过紫外线或蓝色光子就会产生白光。同样的原理也适用于荧光灯;管内放电产生的紫外线会使荧光粉闪烁白色。

尽管LED的这个过程可以产生不同的色彩，但差异可以通过筛选来控制。基于白色led的器件通过使用CIE图中心附近的四个精确色度坐标进行筛选。

CIE图描述了马蹄曲线内所有可达到的颜色坐标。干净的颜色覆盖在弧线上，但白色尖端在中心。白色LED输出颜色可以通过图形中间的四个点来表示。尽管四个图形坐标接近于干净的白色，这些led通常不像普通光源那样有效地照亮彩色透镜。

这些led主要用于白色的，否则是透明的镜头，背光不透明的，。当这项技术继续进步时，白色led将肯定获得作为照明源和指示的声誉。

光视效能

LED的光效可以定义为每个单位在lm内产生的光通量，功率可以在W内使用。蓝色LED的额定内效顺序为75 lm/W;2021欧洲杯足球竞猜官方平台琥珀色led有500lm /W，红色led有155 lm/W。由于内部再吸收，可以考虑损失;绿色和琥珀色led的发光效率在20至25 lm/W之间。这种功效的定义也被称为外部功效&与通常用于其他类型光源(如多色LED)的功效定义类似。

多色发光二极管

在正向偏置连接时产生一种颜色，在反向偏置连接时产生一种颜色的发光二极管被称为多色LED。

实际上，这些发光二极管包括两个pn结，可以将一个pn结的阳极与另一个pn结的阴极平行连接。

多色led通常是红色的，一旦他们偏向一个方向和绿色的，一旦他们偏向另一个方向。如果这个LED在两个极性之间非常快地打开，那么这个LED就会产生第三种颜色。一旦在偏置极性之间快速前后切换，绿色或红色LED就会产生黄色光。

二极管和LED的区别是什么?

二极管和LED的主要区别如下。

二极管	领导
像二极管一样的半导体器件只是单向导电。	LED是二极管的一种，用来发光。
二极管的设计可以用半导体材料完成&在这种材料中的电子流动可以给予它们的能量热的形式。	LED采用了磷化镓和砷化镓，它们的电子可以在传输能量的同时产生光。
二极管把交流电变成直流电	LED把电压转换成光
它具有高的反向击穿电压	它具有低反向击穿电压。
硅二极管的通态电压是0.7v，锗是0.3v	LED的通态电压大约在1.2 ~ 2.0 V之间。
该二极管用于电压整流器、箝位电路、电压倍增器。	LED的应用领域包括交通信号灯、汽车大灯、医疗设备、照相机闪光灯等。

LED的I-V特性

市场上有不同类型的发光二极管，也有不同的LED特性，包括颜色光，或波长辐射，光强。LED的重要特征是颜色。在开始使用LED时，只有红色。随着半导体工艺的帮助和对LED新金属的研究，LED的使用越来越多，形成了不同的颜色。

下图显示了正向电压和电流之间的近似曲线。图中的每条曲线表示不同的颜色。该表显示了LED特性的摘要。

哪两种类型的LED配置?

LED的标准配置是两个like发射器和cob

发射器是一个单独的模体，它被安装在电路板上，然后安装到散热器上。这个电路板向发射器提供电力，同时也吸走热量。2021欧洲杯足球竞猜官方平台

为了帮助降低成本和增强光线均匀性，研究人员确定LED衬底可以拆卸&单个模具可以公开安装在电路板上。因此这种设计被称为COB(芯片板上阵列)。

LED的优点和缺点

的发光二极管的优点包括以下。

• LED的成本更低，而且体积很小。
• 通过使用LED的电力控制。
• 在微控制器的帮助下，LED的强度有所不同。
• 长寿命
• 能源效率
• 没有预热期
• 崎岖的
• 不受低温影响
• 定向
• 显色性极佳
• 环境友好型
• 可控

的发光二极管的缺点包括以下。

• 价格
• 温度敏感性
• 的温度依赖性
• 光线的质量
• 2021欧洲杯足球竞猜官方平台电极性
• 电压灵敏度
• 效率降低
• 对昆虫的影响

发光二极管的应用

LED有很多应用，下面将对其中一些进行说明。

• LED在家庭和工业中用作灯泡
• 发光二极管用于摩托车和汽车
• 这些是在移动电话中用来显示信息的
• 在交通灯上使用led灯

因此，本文讨论发光二极管概述电路工作原理及应用。希望通过阅读本文，您已经获得了一些发光二极管的基本知识和工作信息。如果你对这篇文章或最后一年的电气项目有任何疑问，请随意在下面的部分发表评论。2021欧洲杯足球竞猜官方平台我有个问题问你，什么是LED，它是如何工作的?