检测 单色发光二极管
1．发光二极管的特点
发光二极管LED(Light-Emitting Diode)是能将电信号转换成光信号的结型电致发光半导体器件.其主要特点是:
(1)在低电压(1.5~2.5V)、小电流(5~30mA)的条件下工作,即可获得足够高的亮度.
(2)发光响应速度快(10-7~10-9 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φ1、φ2、φ3、φ4、φ5、φ8、φ10、φ12、φ15、φ20(mm)等规格,直径1 mm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LED的PN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=1~10mA),m=1.3~1.5.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1~2mA),既保证亮度适中,也不会损坏 LED.若电流过大,就会烧毁LED的PN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-B2、BT102-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.
(5)LED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30kΩ,反向电阻应大于1MΩ.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,VF随IF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.
注意事项:
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E<VF,在很多情况下列法使管子导通,这样测出的正向电阻就是无穷大, 会给人以假象而造成误判断.R×10k档的电池电压E》VF,能使LED正向导通或反向截止,很容易区别出正、反向电阻的差异.
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1.5~2.5V,而万用表R×1或R×10档的电 池电压为1.5 V,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×1或R×10档. 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=25Ω,所以总电压和总电阻分别是
E′= 2E= 2×1.5=3V
R0′= 2R0= 2×25=50Ω
如果把它们看成一块新表,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10~30mA为宜,避免功耗太记而损坏管子.一般典型正向电流可选10mA,IF的计算公式为
IF= E-VF/ R
磷砷化镓发光二极管的正向压降较低,为1.7V左右.E′=3V将R0′=50Ω,可求出用双表法测量时的正向电流为
IF= E′-VF/ R0′=3-1.7/50=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R01、R02,而两表R×1档的电池电压均为E(E=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26kΩ,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=500Ω,提供的正向电流较小所致.此时
IF≈3-1.7/500=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=20Ω,IM′=IM=75 mA>50 mA.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1.5~2.5V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.
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韩玄飞.
等级： 技工 
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