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单色发光二极管的检测方法说明

发光二极管



  发光二极管LEDLight-EmitTIngDiode)是能将电信号转换成光信号的结型电致发光半导体器件。

 

1、发光二极管LED主要特点

 

  (1)在低电压(1.52.5V)、小电流(530mA)的条件下工作,即可获得足够高的亮度。 

  (2)发光响应速度快(10-710-9 s),高频特性好,能显示脉冲信息。 

  (3)单色性好,常见颜色有红、绿、黄、橙等。 

  (4)体积小。发光面形状分圆形、长方形、异形(三角形等)。其中圆形管子的外径有φ1φ2φ3φ4φ5φ8φ10φ12φ15φ20mm)等规格,直径1mm的属于超微型LED 

  (5)防震动及抗冲击穿性能好,功耗低,寿命长。由于LEDPN结工作在正向导通状态,本射功耗低,只要加必要的限流措施,即可长期使用,寿命在10万小时以上,甚至可达100万小时。 

  (6)使用灵活,根据需要可制成数码管、字符管、电平显示器、点阵显示器、固体发光板、LED平极型电视屏等。 

  (7)容易与数字集成电路匹配。 

 

 

 

2.发光二极管的原理 

 

  发光二极管内部是具有发光特性的PN结。当PN结导通时,依靠少数载流子的注入以及随后的复合而辐射发光。普通发光二极管的外形、符号及伏安特性如图1所示。LED正向伏安特性曲线比较陡,在正向导通之前几乎有电流。当电压超过开启电压时,电流就急剧上升。因此,LED属于电流控制型半导体器件,其发光亮度L(单位cd/m2,读作坎德拉每平方米)与正向电流IF近似成正双,有公式 

 

  L =K IFm 

 

  式中,K为比例系数,在小电流范围内(IF=110mA),m=1.31.5。当IF>10mA时,m=1,式(5.10.1)简化成 L =K IF 

 

  即亮度与正向电流成正比。以磷砷化镓黄色LED为例,相对发光强度与正向电流的关系如图2所示。LED的正向电压则与正向电流以及管芯的半导体材料有关。使用时应根据所要求的显示亮度来选取合适的IF值(一般选10mA左右,对于高亮度LED可选12mA),既保证亮度适中,也不会损坏LED。若电流过大,会烧毁LEDPN结。此外,LED的使用寿命将缩短。

 

  由于发光二极管的功耗低、体积小,色彩鲜艳、响应速度快、寿命长,所以常用作收录机、收音机和电子仪器的电平指示器、调谐指示器、电源指示器等。发光二极管在正向导通时有一定稳压作用,还可作直流稳压器中的稳压二极管,提供基准电压,兼作电源指示灯。目前市场上还有一种带反射腔及固定装置的发光二要管(例如BT104-B2BT102-F),很容易固定在仪器面板上。

 

  LED的输出光谱决定其发光颜色及光辐射纯度,也反映出半导体材料的特性。常见管芯材料有磷化镓(GaP)、砷化镓(GaAsP)、磷砷化镓(GaAlAs)、砷铝化镓(GaN)氮化镓可发蓝光。 

 

3.使用注意事项 

 

  (1)管子极性不得接反,一般讲引线较长的为正极,引线较短的是负极。 

 

  (2)使用中各项参数不得超过规定极限值。正向电流IF不允许超过极限工作电流IFM值,并且随着环境温度的升高,必须作降额使用。长期使用温度不宜超过75℃ 

 

  (3)焊接时间应尽量短,焊点不能在管脚根部。焊接时应使用镊子夹住管脚根部散热,宜用中性助焊剂(松香)或选用松香焊锡丝。 

 

  (4)严禁用有机溶液浸泡或清洗。

 

  (5LED的驱动电路必须加限流电阻,一般可取一百欧至几百欧,视电源电压而定。 

 

  (6)在发光亮度基本不变的情况下,采用脉冲电压驱动可以节省耗电。对于LED点阵显示器,采用扫描显示方式能大大降低整机功耗。 

 

4.检查发光二极管的好坏 

 

  发光二极管具有单向导电性,使用R×10k档可测出其正、反向电阻。一般正向电阻应小于30k欧姆,反向电阻应大于1M欧姆。若正、反向电阻均为零,说明内部击穿短路。若正、反向电阻均为无穷大,证明内部开路。 

 

  常见发光二极管的种类及主要参数见表2。需要说明两点:第一,对于同种材料的管芯,由于所掺杂质的不同,发光颜色亦不同;第二,LED属于电流控制型器件,VFIF而变化,所标VF值仅供参考。 

 

  此外,根据外形也可以区分发光二极管的正、负极。早期生产的管子带金属管座,上面罩一光学透镜,管侧有一突起,靠近突起的是正极。目前生产的LED,全部用透明或半透明的环氧树脂封装而成,并且利用环氧树脂构成透镜,起放大和聚焦作用,这类管子引线较长的为正极。


 0603红光主图.jpg

 

  注意事项: 

 

  本书不推荐使用R×1k档测量LED的正、反向电阻。因为该档电池电压

 

  仅仅测量正、反向电阻,并不能检查其能否正常发光。由于发光二极管的正向电压VF一般1.52.5V,而万用表R×1R×10档的电池电压为1.5V,所以不能使管子正向导通并且发光。R×10k档的电池电压虽然较高,但因内阻太大,提供的正向电流很小,管子也不会正常发光。 

 

  采用双表法可以检查发光二极管的发光情况。最好选同一种型号的两块万用表,均拨一R×1R×10档,按图1(a)所示串联使用,以提供较高的正向电压。

 

  假定两块万用表均采用MF30型,并且均拨到R×1档。因为一块表的电池电压E=1.5V,欧姆中心值R0=25欧姆,所以总电压和总电阻分别是 

 

  E′= 2E= 2×1.5=3V 

 

  R0′= 2R0= 2×25=50欧姆 

 

  如果把它们看成一块新表,等效电路就简成。新表的满度电流是: 

 

  IM′= E′/ R0′=2E/ 2R0= E/ R0=IM 

 

  可见满度电流值并未改变。 

 

  发光二极管在使用时应加上限流电阻R,将正向电流IF限制在1030mA为宜,避免功耗太记而损坏管子。一般典型正向电流可选10mAIF的计算公式为 

 

  IF= EVF/ R 

 

  (c)图中的R0′能起到限流作用,因此不必另接限流电阻。磷砷化镓发光二极管的正向压降较低,为1.7V左右。E′=3VR0′=50欧姆,可求出用双表法测量时的正向电流为 

 

  IF= E′VF/ R0′=31.7/50=26 mA <30 mA 

 

  因此对管子没有危险。电路接通之后,管子能发出晶莹夺目的红光。 

 

  如果选用的两块万用表R×1档欧姆中心值不等,设分别为R01R02,而两表R×1档的电池电压均为EE=1.5V),则此时 

 

  IM′=2 E / R01+ R02 

 

  IF=2 E VF / R01+ R02 

 

  实例:测量一只型号不明的发光二极管。

 

  第一步,判定正、负极。用MF30型万用表的R×10k档测得正向电阻为26k欧姆,反向电阻接近无穷大。测正向电阻时,黑表笔接的就是正极。

 

  第二步,将两块MF30型万用表均拨至R×1档采用双表测量,被测管发出艳丽的红光。若把发光二极管的极性反接,加上反向电压时管子就不能发光。 

 

  然后将两块万用表拨于R×10档,管子发光暗淡。这是因为总电阻R0′=2×250=500欧姆,提供的正向电流较小所致。此时 

 

  IF≈31.7/500=2.6 mA 

 

  注意事项: 

 

  (1)采用双表法必须先调整好两块万用表的欧姆零点。

 

  (2)为了不损坏被测发光二极管,测量前应计算IM′值,若IM′≥50mA,需选择R×10档。例如,两块500型万用表R×1档串联后的总电阻R0=20欧姆,IM′=IM=75mA>50mA。改用R×1档时IM′=7.5 mA,与典型正向电流IF=10mA就比较接近。 

 

  实际上发光二极管本身尚有1.52.5V压降,因此上述结果均留有一定余量。

 

 

  假如不知道被测发光二极管的正向电压,也不清楚IM′值。建议先把两块表都拨到R×10档,若发光很暗,再改拨R×1档。

    (拓展LED:http://www.tiepianled.com/)

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