发光二极管或简单的LED是现在最常用的光源之一。无论是您的汽车的车灯（或日间运行灯）还是您家的客厅灯，LED的应用是无数的。
与（差不多）遗留灯丝灯泡不同，LED（和荧光灯）需要一个特殊的电路来使其工作。它们只是被称为LED驱动器（或在荧光灯泡的情况下镇流器）。
既然led在我们的生活中是不可避免的，这是一个好主意对有兴趣的人(工程师，驱动设计师等)了解发光二极管的基础知识。本文是作为一个简要的理解指南，其中包括简要介绍，LED的电气符号，类型，结构，特性，LED驱动器和许多。
笔记：这篇文章有个更简单的版本"LED - 发光二极管“，这概述了LED以更简单的方式而不进入技术细节。
大纲
介绍
两个最重要的半导体发光源广泛应用于各种应用是激光二极管和LED。激光二极管的工作原理是基于受激发射，而LED的工作原理是基于自发发射。
电子元件中最常见的光源是发光二极管。例如，它们被广泛用于在某些显示设备的屏幕上显示时间和许多其他类型的数据。LED是一种光电半导体器件，可以很容易地将电流转换为照明(或光)。LED的面积通常小于1，在设计其辐射图时可以使用许多集成光学元件。它的主要优点是制造成本低，寿命比激光二极管长。发光二极管由半导体的两个主要成分组成。它们是带正电的p型空穴和带负电的n型电子。
当二极管的正P侧连接到电源，而N侧连接到地，那么连接是在正向偏置，允许电流流过二极管。P边和N边的多数载流子和少数载流子相互结合，使PN结耗尽层中的载流子中和。
电子和孔的迁移又释放出一定量的光子，其在通常在nm处以恒定波长的单色光形式排出能量，这类似于LED的颜色。LED发射的色谱通常非常窄。
一般来说，它可以指定为电磁波谱中某一特定波长范围。由于制造中使用的半导体的性质，从LED中选择发射颜色是相当有限的。LED的常见颜色有红、绿、蓝、黄、琥珀和白色。
红、蓝、绿三种颜色的光可以很容易地结合起来产生亮度有限的白光。红色、绿色、琥珀色和黄色的工作电压约为1.8伏。发光二极管的实际工作电压范围可以通过LED结构中所涉及的半导体材料的击穿电压来确定。LED发出的光的颜色是由构成二极管PN结的半导体材料决定的。
它是由于半导体材料的能隙带结构的差异，并且通过不同的频率发出了不同数量的光子。然而，光的波长取决于结半导体材料的带隙，并且光的强度取决于通过二极管施加的功率或能量的量。通过使用化合物半导体可以保持输出波长，从而可以观察到所需的颜色，在可见范围内提供输出。
通过电子方式可以以多种方式生产和控制光。在发光二极管中，光通过电致发光的概念产生，这是固态过程。在产生光的某些特定条件下，固态程序可以产生相干光，类似于激光二极管。
类型的发光二极管
发光二极管可以大致分为两大类led。他们是
- 可见光
- 看不见的发光二极管
可见光LED主要用于开关，光学显示器和照明目的，而无需使用任何照片传感器。在包括光学开关，分析和光学通信等的应用中使用隐形LED，使用照片传感器。
功效
在发光功效方面确定发光二极管的额定值。它定义为光通量与提供给二极管的电输入功率的比率，并且它可以在每瓦的流明中表达。光通量表示眼睛对不同波长的光的响应。
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领导的建设
发光二极管的结构和构造与常规半导体信号二极管的结构和结构很大。当其PN结偏向时，光线将从LED发出。PN结用透明的固体和塑料环氧树脂半球形壳体覆盖，可保护LED免受大气干扰，振动和热冲击。使用镓锑苷酸，砷化镓，锑苷酸和铟等砷化镓等的最低带隙材料形成PN结。
实际上，LED结不发光，使得环氧树脂主体以这样的方式构建的方式，使得由结的光的光子从周围的基板基座反射并通过圆顶的LED顶部聚焦，它本身用作集中较大光量的镜片。
这就是为什么发光二极管顶部发出的光看起来最亮的原因。
通常，在砷化镓衬底上虚构红色发光二极管，在磷化镓衬底上虚构绿色/黄色/橙色发光二极管。对于红色发射，N型层掺杂铽(Te)， P型层掺杂锌。接触层分别由P面Al和N面AlSn组成。
led的设计是为了确保大多数载流子的重组通过以下方式发生在PN结表面。
- 通过增加衬底掺杂浓度，附加的少数率载体电子将电子移动到结构的顶部，重组并在LED的表面上发光。
- 通过增加电荷载波的扩散长度，即，L =νdτ，其中D是扩散系数，并且τ是电荷载波寿命时间。当超出临界值的增加时，将有机会将释放的光子再吸收到装置中。
当二极管连接到正向偏压时，电荷载波获取足够量的能量以超越在PN结处存在的屏障电位。每当应用正向偏压时，P型和N型少数群体载流子在结束和重新结合多数载体时都会注入。大多数和少数群体载体的重组可能是辐射或非辐射的。辐射重组发射光和非抗动性重组产生热量。
有机发光二极管
在有机发光二极管中，用于设计LED的化合物半导体材料本质上是有机的。由于共轭电子的存在，有机半导体材料在部分或整个分子中具有导电性;因此，它是一种有机半导体。材料可以是晶相或高分子分子。它具有结构薄、成本低、驱动电压低、辐射模式好、辐射亮度高、对比度和强度大等优点。
发光二极管颜色
与普通半导体、信号二极管相比，用于开关电路、整流器和电力电子电路，使用硅或锗半导体材料制成，发光二极管由化合物半导体材料制成，如砷化镓、磷化镓、碳化硅和氮化镓铟都以不同的比例混合在一起，产生一种独特的颜色波长。
不同的半导体化合物在可见光光谱的明确区域发光，因此它们产生不同的强度水平。用于制造LED的半导体材料的选择将确定光子发射的波长和发射光的所得颜色。
辐射模式
它被定义为光发射相对于发射表面的角度。将在垂直方向上与表面发射在垂直方向上获得最大功率，强度或能量。发光角度取决于所发射的颜色，通常在约80°至110°之间变化。
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砷化镓 |
| 铝砷化镓 | |||
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铝砷化镓 |
| 砷化镓磷化物 | |||
| 铝镓铟磷化 | |||
| 磷化镓 | |||
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砷化镓磷化物 |
| 铝镓铟磷化 | |||
| 磷化镓 | |||
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砷化镓磷化物 |
| 铝镓铟磷化 | |||
| 磷化镓 | |||
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磷化镓铟 |
| 铝镓铟磷化 | |||
| 磷化铝镓 | |||
| 氮化镓铟 | |||
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硒锌 |
| 氮化镓铟 | |||
| 碳化硅 | |||
| 硅 | |||
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氮化镓铟 |
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双蓝色/红色发光二极管 |
| 蓝色与红磷光体 | |||
| 白色与紫色塑料 | |||
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钻石 |
| 氮化硼 | |||
| 氮化铝 | |||
| 氮化镓铝 | |||
| 铝镓铟氮化 | |||
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蓝色与荧光粉 |
| 黄色，红色，橙色或粉红色的菲尔科 | |||
| 白色与粉红色颜料 | |||
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蓝色/紫外二极管与黄色荧光粉 |
LED发出的光的颜色不是由封装LED的塑料体的颜色决定的。封闭是用来增强光发射和表明它的颜色时，它不是由电力供应。近年来，蓝光和白光led也可以使用，但由于在半导体化合物中以精确的比例混合两种或多种互补色的生产成本，它们比普通的标准颜色led更贵。
光源的一般特征
对于前向驱动电流的高值，由于相当大的功率耗散，半导体的PN结的温度增加。结射在结射重组的效率降低导致这种类型的温度升高导致辐射重组的效率降低。结果，电流的密度进一步增加;内部串联电阻趋于降低任何光源的发光效率。
任何光源的量子效率被定义为辐射重组率的比率，其发光至总重组率，并且其给出
η= RR / RT
光源的开关速度类似于应用的电源可以开启和关闭光源以产生相应的光学输出图案。LED具有比通常的激光二极管的切换速度慢。
峰值光谱波长被定义为产生最大光强度的波长。它由LED制造中使用的半导体材料的能带隙确定。
光源的光谱宽度被定义为光源发射光的波长范围。光源必须在较窄的光谱宽度内发光。
LED I-V特性
在从任何发光二极管发射光之前，需要具有电流以流过它，因为LED是电流相关的装置，其输出光强度与通过LED的前电流成正比。
发光二极管必须在电源上以正向偏置组合连接，并且应该通过使用串联连接的电阻来保护它，以保护其免受电流的电流限制。LED不应直接连接到电池或电源，因为过量的电流将流过它，并且LED可能会损坏。
每个LED沿PN结具有其自身的正向电压降，并且该参数由用于制造LED的用于指定量的正向传导电流的半导体材料来确定，通常用于大约20mA的正向电流。
在低正向电压下，二极管的驱动电流主要由非辐射复合电流控制，这是由于LED芯片长度上的载流子的复合。在较高正向电压下，二极管驱动电流由辐射扩散电流控制。
即使在比通常的电压越大，二极管电流也受到串联电阻的限制。由于可能发生二极管的永久性损坏，二极管永远不应达到短时间内的反向击穿电压。下图显示了不同颜色LED的I-V特性。
LED串联电阻计算
当它与电阻串联时，发光二极管的功能很好，因此LED所需的正向电流由电源电压跨组合提供。串联电阻的电阻值可按下式计算。通常一个正常LED的正向电流被认为是20mA。
多色发光二极管
市场上有大量不同形状和大小、不同颜色和不同光输出强度的led可供选择。砷化镓磷化红色Led是最常用的Led，直径为5毫米，生产成本非常低。发光二极管与多种颜色发射目前正在制造，他们可以在许多封装，其中大多数是两个到三个led在一个单一封装。
双色发光二极管
双色发光二极管是一种类似于单色LED的LED，只需另外一个封装在封装中的一个LED芯片。Bicolour LED可能有两个或三个引线进行连接;这取决于所用方法。通常，两个LED引线以逆行组合连接。一个LED的阳极连接到另一个LED的阴极，反之亦然。当供应给出任何一个阳极时，只有一个LED将发光。我们也可以在高速切换的同时打开两个LED。
Tri彩色发光二极管
通常三个LED有共同的阴极引线，其中两个LED芯片都是内部连接。一个或两个led必须打开，这是必要的，以连接共同阴极地。限流电阻连接到两个阳极以单独控制电流。
对于单个或双色LED照明，必须单独或同时连接到任何一个阳极。这些三加仑的LED包括连接到相同阴极的单个红色和绿色LED芯片。这种类型的二极管通过在不同的正向电流比例的不同比率下切换两个LED来产生额外的原色色调。
LED驱动电路
所述组合电路或时序电路中的集成电路可用于驱动所述发光二极管。发光二极管可以使用集成电路开关或关闭。TTL或CMOS逻辑门的输出级可用于驱动发光二极管作为两种配置模式的开关。它们是配置的源和汇聚模式。
集成电路在汇聚模式配置下的输出电流约为50毫安，在源模式配置下的正向电流约为30毫安。然而，由发光二极管驱动的电流应受串联电阻的限制。
使用晶体管驾驶LED
代替使用集成电路，可以通过使用诸如双极PNP和NPN晶体管的离散组件来驱动LED。离散组件可以用于驱动多于一个LED的LED阵列结构。
较少的应用程序仅使用单个LED运行。结晶体管用于驱动多个发光二极管的电流，使得由LED驱动的前进电流约为10-20mA。如果NPN晶体管用于驱动LED，则串联电阻用作电流源。如果在驱动LED中使用PNP晶体管，则串联电阻用作电流槽。
屏幕，街灯或荧光灯或白炽灯的替代品如背光阵列，大多数应用需要多个LED。通常，驱动多个单独的LED并联导致LED之间的非均匀电流共享;即便如此，所有LED都被评为相同的正向电压降。
如果单个LED在驱动SED时，通过在串联的每个单个LED上提供平行的齐纳二极管或硅控制整流器（SCR），可以克服串联的LED。SCR是智能选择，因为如果它们必须在失败的LED周围执行较少的电源，则它们会耗尽较少的功率。
在为每个字符串包含单独驱动程序的并行组合情况下，比使用几个具有适当输出能力的驱动程序代价更高。
使用PWM控制LED光强度
LED发出的光强度由流过它的电流控制。随着电流的变化，可以控制光的亮度。如果允许大量电流通过二极管，则LED灯比通常更好地发光。
如果电流超过其最大值，光强度进一步增加，导致LED散热。设计LED的正向电流限制为10 ~ 40ma。当需要的电流非常少，可能有机会关闭LED。
在这种情况下，为了控制光的亮度和LED所需的电流，称为脉冲宽度调制的过程用于反复转动LED接通和断开，这取决于所需的光强度。线性控制装置以热量的形式耗散过量的能量，结果提供所需的电力量，使用PWM驱动器，因为它们根本没有提供电力。
首先要将PWM脉冲注入LED电路，首先需要PWM振荡器。有不同数量的PWM发电机。
LED显示屏
单色，双色，多色和几个其他发光二极管合并为单个封装。它们可以用作背部亮度，条带和条形图。数字显示设备的一个基本要求是可视化数字显示。在七个段显示器中可以看到这种单个LED包装封装的常见示例。
7段显示器，顾名思义，它由单个显示包中的7个led组成。它可以用来显示信息。
显示信息可以是数字数据形式的数字，字母，字符和字母数字字符。七个段显示器通常具有八种输入连接组合，每个LED为一个，剩余的一个是所有内部LED的公共连接点。
如果所有LED的阴极连接在一起并通过施加逻辑高信号，则各个段被照明。以相同的方式如果所有LED的阳极连接在一起并且通过施加逻辑低信号，则各个段被照明。
LED的优点、缺点和应用
好处
- 芯片尺寸小，成本低。
- 寿命长。
- 高能效。
- 低温。
- 设计灵活性。
- 许多颜色。
- 环保的。
- 高开速。
- 发光强度高。
- 设计用来将光线聚焦到特定方向。
- 受损害影响的影响。
- 较少的辐射热。
- 更耐热冲击和振动。
- 没有UV射线的存在。
缺点
- 环境温度依赖性辐射输出功率和LED波长。
- 通过过电压和/或过量电流损坏的敏感性。
- 理论总效率只有在特殊的冷却或脉冲条件下才能实现。
应用程序
- 在机动车和自行车灯。
- 在交通灯指示灯，标志和信号。
- 在数据显示板中。
- 在医疗应用和玩具
- 非视觉应用。
- 在灯泡等等。
- 遥控器
一个反应
制药机不给药检测传感器采用哪种led ??