發(fā)光二極管簡稱發(fā)光管(英文簡稱LED),它是采用特殊的磷化鎵(GaP)或磷砷化鎵(CaAsP) 等半導體材料制成的、能夠?qū)㈦娔苤苯愚D(zhuǎn)換成為光能的半導體器件。發(fā)光二極管雖然與普通二極管一樣也是由 PN 結(jié)構(gòu)成的,也具有單向?qū)щ娦裕l(fā)光二極管不是應用它的單向?qū)щ娦?,而是讓它發(fā)光作指示(顯示)、照明器件。
當給發(fā)光二極管通過一定正向電流時,它就會發(fā)光。與帶燈絲的普通小 電珠相比,發(fā)光二極管具有體積小、色彩艷麗、耗電低、發(fā)光效率高、響應速 度快、耐振動和使用壽命長等優(yōu)點,可廣泛應用于各種電子、電器裝置及儀表設(shè)備中。
01 單色發(fā)光二極管
單色發(fā)光二極管實際上就是我們經(jīng)常用到的普通發(fā)光二極管,通電后只能發(fā)出單一顏色的亮光來。單色發(fā)光二極管按其管殼形狀可分為圓形、方形和異形3 種,圓形尺寸主要有φ3mm、φ5mm、φ10mm,方形尺寸主要有2mm×5mm。按發(fā)光亮度來劃分,有發(fā)光亮度一般的普通發(fā)光二極管和高亮度發(fā)光二極管。
發(fā)光二極管的參數(shù)還有發(fā)光波長、最大耗散功率等,業(yè)余使用時可不必考慮,只要選擇自己喜歡的顏色和形狀就可以了。
發(fā)光二極管的外形很有特色,所 以可方便地用眼睛進行極性識別。常見 的普通發(fā)光二極管,通常較長的一條引 腳線為其正極,較短的引腳線為其負 極,如圖所示,識別口訣是“長 正短負”(這與電解電容器引腳極性判 斷法一致)。
如果觀察發(fā)光二極管內(nèi)部, 可以發(fā)現(xiàn)里面的兩個電極一大一小,如 圖 1(b)所示。一般來說,電極較小 的一端是發(fā)光二極管的正極,電極較大 的一端是它的負極。但也有個別的發(fā)光 二極管(一般都是進口管芯)例外,其 內(nèi)部管芯小的一端是負極、大的一端是 正極。所以在碰到進口發(fā)光二極管時, 為了保險起見,還是借助萬用表測量一下為好。
02 電壓型發(fā)光二極管
從外觀上看,它與普通單色發(fā) 光二極管幾乎沒有兩樣,但內(nèi)部結(jié)構(gòu)卻與普通發(fā)光二極管有所區(qū)別。其內(nèi)部由一只限流電阻器 R 和一個發(fā)光二極管管芯串聯(lián)組成。R可將發(fā)光二極管的正向工作電流限定在允許值(一般為 10mA 或15mA)。使用時,只要在電壓型 發(fā)光二極管的正、負極兩端加上額定工作電壓,即可讓其正常發(fā)光??梢姡妷盒桶l(fā)光二極管與 普通發(fā)光二極管相比較,省去了外接限流電阻器的麻煩,使電路 設(shè)計和安裝更簡單。
國產(chǎn)電壓型發(fā)光二極管的系列產(chǎn)品,常見的有6種標稱電壓,分別為:5V、9V、12V、15V、18V和24V。其發(fā)光顏色為紅色、黃色、綠色等。
03 閃爍發(fā)光二極管
閃爍發(fā)光二極管也叫自閃發(fā)光二極管,它是一種由CMOS集成電路(互 補對稱金屬氧化物半導體集成電路的英文縮寫)和發(fā)光二極管組成的特殊發(fā)光器件,是光電技術(shù)與半導體集成工藝相結(jié)合的新產(chǎn)品。這種發(fā)光二極管應用于各種信號指示(顯示)裝置、電子玩具等時,具有電路簡單、耗電量小、醒目美觀等特點。
常用閃爍發(fā)光二極管的外形和內(nèi)部功能方框圖如圖3所示。其外表與普 通發(fā)光二極管完全一樣,最大特點在于:內(nèi)部封裝有CMOS大規(guī)模集成電 路,當外加一定電壓時,內(nèi)部振蕩器便產(chǎn)生一定頻率的方波脈沖,經(jīng)分頻 器變換為超低頻脈沖,再通過驅(qū)動放大器推動發(fā)光二極管管芯閃爍發(fā)光。 閃爍發(fā)光二極管的顏色主要有紅色、橙色、黃色和綠色4種。
閃爍發(fā)光二極管的正、負極引腳識別與普通發(fā)光二極管完全相同。 如果用眼睛來觀察閃爍發(fā)光二極管內(nèi) 部,可以發(fā)現(xiàn)里面有一大一小的兩個電極,并且小電極上面有一個小黑塊——CMOS集成電路,參見圖3(a) 所示。一般來說,電極較小、并附有 小黑塊的一端是閃爍發(fā)光二極管的正 極,電極較大的一端是它的負極。
閃爍發(fā)光二極管的參數(shù)除了正向 工作電流、發(fā)光強度等以外,還有標 稱工作電壓、反映閃光速度的閃爍頻 率和表示亮滅時間比的占空比等,附表給出了國產(chǎn)常用閃爍發(fā)光二極管的主要參數(shù)。
04 變色發(fā)光二極管
變色發(fā)光二極管只用一只發(fā)光二極管就能變換發(fā)出幾種顏色光,因此 在電子裝置、電子玩具、儀器設(shè)備等上面多作為不同狀態(tài)指示或發(fā)出多種警告信號。
變色發(fā)光二極管的外形和內(nèi)部構(gòu)成如圖4所示,它的最大特點是在一只管殼中封裝了兩個發(fā)光二極管(通常 為紅、綠或紅、黃兩色)管芯,對外有3根引線腳和兩根引線腳之分。
對外有3根引線腳的變色發(fā)光二極管,其內(nèi)部構(gòu)成如圖所示。 通常將紅色和綠(黃)色發(fā)光管芯的正極分別引出,而將它們的負極連接在一起,通過一根公共負極線引出。當在紅色發(fā)光二極管的正極與公共負極引線腳之間加上2V左右的直流電壓,使之通過合適的電流(一般為3~ 10 m A)時,管子發(fā)出紅光。
同樣,當在綠(黃)色發(fā)光二極管的正極與公共負極間加上 2 V 電壓和同樣電流時,管子發(fā)出綠光。當 紅 、 綠(黃)發(fā)光二極管的正、負極之間都通電時,即發(fā)出紅光與綠(黃)光的 混合光——橙(桔紅)色光。當紅光管芯通過較大電流(10mA)、 綠( 黃 )光管芯不通電時,然后逐漸減小紅光管芯電流、而同時加大綠(黃)光管芯電流,則管子發(fā)光顏色 會連續(xù)地從紅光經(jīng)過一系列中間混合光向綠(黃)光轉(zhuǎn)變,反之亦然,這 即所謂變色發(fā)光的含義。
對外只有兩根引線腳的變色發(fā)光 二極管的內(nèi)部構(gòu)成如圖4(c)所示, 管內(nèi)紅、綠(黃)發(fā)光二極管管芯的 正、負極反向并聯(lián)后,再通過兩根引 線腳引出。當給兩根引線腳接上2V左 右的直流電壓(電流限制在3~10mA 之間)時,其中一個管芯會處于正向 導通狀態(tài),該管即通電發(fā)出紅光或綠(黃)光。當調(diào)換電壓極性后,另一 個管芯會處于正向?qū)顟B(tài),使其通電發(fā)出截然不同的綠(黃)光或紅光。當在兩根引線腳接上2V左右的交 流電時,紅、綠(黃)管芯分別在交 流電的正、負半周時導通,人眼會看 到紅光與綠(黃)光的混合光——橙(桔紅)色光。
國產(chǎn)變色發(fā)光二極管的典型產(chǎn)品有2EF301(紅+黃綠 色 = 淺 橙 )、2EF302( 紅 + 綠 = 橙 )、 BT315( 紅 + 綠 = 橙 )、BT362057RG( 紅 + 綠 = 橙 )、BT362057RG( 紅 + 綠 = 橙 )、 BT362057RY( 紅 + 黃 = 桔 紅 )、 BT362057YG( 黃 + 純 綠 = 淺 綠 )、 BT3621526RG( 紅 + 綠 = 橙 )。 業(yè) 余 條件下使用時,可不必考慮型號和參數(shù), 一般只要選擇所需要的顏色和形狀就可以了。
常用變色發(fā)光二極管的管腳識別如圖5所示。對于有三根引線腳的變色發(fā)光二極管,如果管腳排布呈三角形,則將管腳對準自己,從管殼凸出塊開 始,按順時針方向,依次為內(nèi)部紅色發(fā)光二極管管芯的正極引出腳、綠(黃) 色管芯的正極引出腳,公共負極引出腳。
如果管腳呈一字排列,其左右兩邊 的管腳分別為內(nèi)部紅、綠(黃)發(fā)光二極管管芯的正極引出腳,并且管腳引線 稍長的為紅色管芯的正極引出腳,稍短的為綠(黃)色管芯的正極引出腳,中間的管腳為公共負極引出腳。有兩根引線腳的變色發(fā)光二極管,雖然和普通發(fā) 光二極管一樣有長、短引線腳之分,但并不是表示正、負極性。一般稍長的引 線腳表示內(nèi)部紅色發(fā)光二極管管芯的正極引出腳,稍短的引線表示綠(黃)色 管芯的正極引出腳。
05 七彩發(fā)光二極管
七彩發(fā)光二極管的外表與普通發(fā)光二極管完全一樣,其外形和內(nèi)部功能 框圖如圖6所示。七彩發(fā)光二極管內(nèi)部 封裝有大規(guī)模集成電路控制的紅、綠、 藍“三基色”發(fā)光管芯。當外加3~4V 直流電壓時,內(nèi)部振蕩器便產(chǎn)生頻率 可自動變化(范圍為2~6Hz)的方波 脈沖,經(jīng)時序分配器和三路驅(qū)動放大器后,推動紅、綠、藍3個發(fā)光管芯按一定順序搭配工作,從而對外發(fā)出不 斷循環(huán)變化的紅、綠、藍、黃、紫、 青、白等7種顏色閃光來。
七彩發(fā)光二極管的正、負極引腳識別方法與普通發(fā)光二極管完全相同。如果用眼睛來觀察七彩發(fā)光二極 管的內(nèi)部,可以發(fā)現(xiàn)里面有兩個基本對稱的電極,但其中一個電極的上面 有一個小黑塊——CMOS集成電路,參見圖6(a)所示。一般來說,電極附 有小黑塊的引出腳是七彩發(fā)光二極管 的正極,電極無小黑塊的引出腳是它的負極。
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