简述单色发光二极管的检测
简述单色发光二极管的检测
发光二极管led（light-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（1.5～2.5v）、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，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，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：
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e
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1.5v，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×1或r×10档，按图1(a)所示串联使用，以提供较高的正向电压。等效电路见(b)图。
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（c）图。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
（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′=3v将r0′=50欧姆，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 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1.5～2.5v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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1、发光二极管led主要特点
（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1mm的属于超微型led。
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（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，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。
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注意事项：
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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
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im′= e′/ r0′=2e/ 2r0= e/ r0=im
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if= e′－vf/ r0′=3－1.7/50=26 ma 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。
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