一、什么是發(fā)光二極管（LED）？

發(fā)光二極管，是一種可以把電能直接轉(zhuǎn)化為光能的半導(dǎo)體器件。它具有體積小、耗能低、壽命長、反應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，因此在照明、顯示、通信、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

發(fā)光二極管（LED）本質(zhì)上是一種特殊類型的二極管，因?yàn)?/span>發(fā)光二極管具有與PN結(jié)二極管非常相似的電氣特性。當(dāng)電流流過發(fā)光二極管（LED）時(shí)，發(fā)光二極管（LED）允許電流正向流動(dòng)，并且阻止電流反向流動(dòng)。

但與普通二極管不同的是，LED所使用的半導(dǎo)體材料，是一種具備發(fā)光特性的化合物半導(dǎo)體。

二、發(fā)光二極管工作原理

發(fā)光二極管在正向偏置時(shí)發(fā)光，當(dāng)在結(jié)上施加電壓以使其正向偏置時(shí)，電流就像在任何 PN 結(jié)的情況下一樣流動(dòng)。來自 P型區(qū)域的空穴和來自 N型區(qū)域的電子進(jìn)入結(jié)并像普通二極管一樣重新組合以使電流流動(dòng)。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，能量被釋放，其中一些以光子的形式出現(xiàn)。

其中大部分光是從靠近 P 型區(qū)域的結(jié)區(qū)域產(chǎn)生的。因此，二極管的設(shè)計(jì)使得該區(qū)域盡可能靠近器件的表面，以確保結(jié)構(gòu)中吸收的光量最少。

從上圖中，我們可以觀察到N型硅是紅色的，包括由黑色圓圈表示的電子。

P型硅是藍(lán)色的，它包含空穴，它們由白色圓圈表示。

PN結(jié)上的電源使二極管正向偏置并將電子從N型推向P型。向相反方向推到空穴。

結(jié)處的電子和空穴結(jié)合在一起。隨著電子和空穴的重新結(jié)合，光子被釋放出來。

核心原理：電子和空穴結(jié)合時(shí)，高能態(tài)的電子會(huì)跌落到較低的能階，釋放出來的能量以光子的形式出現(xiàn)

三、二極管如何發(fā)不同顏色的光？

發(fā)光二極管由特殊半導(dǎo)體化合物制成，例如砷化鎵、磷化鎵 、碳化硅 或氮化鎵銦 都以不同的比例混合在一起，以產(chǎn)生不同波長的顏色。

發(fā)光二極管的實(shí)際顏色取決于所發(fā)射光的波長，而該波長又取決于制造過程中用于形成PN結(jié)的實(shí)際半導(dǎo)體化合物。

四、發(fā)光二極管參數(shù)

1、伏安特性

發(fā)光二極管與普通二極管的伏 - 安特性相似，只是發(fā)光二極管的正向?qū)妷褐递^大。小電流發(fā)光二極管的反向擊穿電壓很小，為 6V至十幾伏，比普通二極管的小。下圖所示是發(fā)光二極管正向伏 - 安特性曲線。

由圖可知，我們發(fā)現(xiàn)各種二極管之間所產(chǎn)生壓降完全不同，在電路設(shè)計(jì)中要充分考慮這個(gè)因素。

下圖所示是發(fā)光二極管伏 - 安特性曲線，它含正向和反向特性。發(fā)光二極管具有與一般半導(dǎo)體三極管相似的輸入伏 - 安特性曲線。

在AB工作區(qū)段內(nèi)要特別注意，如果不加任何保護(hù)，當(dāng)正向電壓增加到一定值后，那么發(fā)光二極管的正向電壓減小，而正向電流加大。如果沒有保護(hù)電路，會(huì)因電流增大而燒壞發(fā)光二極管。

在CD區(qū)段，發(fā)光二極管存在較大的反向擊穿電流。這種擊穿不是熱擊穿，不會(huì)損壞，一部分交流插座、交流電源開關(guān)上的交流指示燈就是采用發(fā)光二極管，在交流電的負(fù)半周期間發(fā)光二極管就是工作在這一區(qū)段。

2、光強(qiáng)與溫度關(guān)系

LED對環(huán)境溫度比較敏感，而在發(fā)光過程中主要能量以熱量和光的形式發(fā)出，所以做好散熱對LED的驅(qū)動(dòng)有著至關(guān)重要的影響。

下圖所示是發(fā)光二極管發(fā)光強(qiáng)度與環(huán)境溫度關(guān)系特性曲線。溫度愈低，發(fā)光強(qiáng)度愈大。當(dāng)環(huán)境溫度升高后，發(fā)光強(qiáng)度將明顯下降。

3、波長與溫度電流關(guān)系

發(fā)光二極管所發(fā)光顏色并不是一成不變的，當(dāng)電流增大或者改變時(shí)，發(fā)光光波會(huì)發(fā)生變化，只是這個(gè)變化比較小，我們不容易察覺。同樣對于溫度也是一樣的道理，發(fā)光二極管溫度的的變化會(huì)引起發(fā)光波長發(fā)生變化。

這個(gè)主要和二極管發(fā)光原理有關(guān)，電流經(jīng)過二極管時(shí)會(huì)發(fā)出熱量，熱量是能量的一種形式加載在了半導(dǎo)體上，所以隨著電流的增大以及溫度的升高，發(fā)光二極管半導(dǎo)體上的能量呈遞增趨勢。能量增高在電子能級躍遷時(shí)釋放出的光子能量就會(huì)變大，能量越大，電磁波頻率越大，電磁波波長越短，顏色上呈現(xiàn)由紫色向紅色波譜遞進(jìn)。

也就是說如果拿一顆紅色LED在高溫大電流下它的發(fā)光顏色在七色譜上會(huì)向紫色一段遞進(jìn)，可能呈現(xiàn)橙色。另一種方法是將LED放在液氮中，觀察發(fā)光顏色，在國外有小伙伴做過這個(gè)實(shí)驗(yàn)，一顆藍(lán)色的LED在液氮中會(huì)發(fā)出綠色的光，其波長變長，復(fù)合特性曲線。

三、發(fā)光二極管識別方法

為了不影響發(fā)光二極管的正常發(fā)光，在外殼上不標(biāo)出型號和極性。所以識別發(fā)光二極管正、負(fù)引腳主要靠外形特征和萬用表的檢測來進(jìn)行。

1、引腳長短識別法

引腳的發(fā)光二極管，它的兩根引腳一長一短，長的一根是正極，短的為負(fù)極。

2、塑封凸起識別法

下圖所示是突鍵方式表示正極性引腳方法，發(fā)光二極管底座上有一個(gè)突鍵，靠在此鍵最近的一根引腳為正極。

3、貼片二極管識別法

貼片二極管為現(xiàn)在常用的發(fā)光二極管封裝，由于其非常小所以以上方法并不適用。但是在貼片發(fā)光LED正面一側(cè)，會(huì)印有綠色的一條線，綠色一端為負(fù)極，另外一端為正極。在貼片發(fā)光二極管的底部，印有二極管的絲印標(biāo)志三角形。三角形尖尖所指的一側(cè)為負(fù)極，另一邊為正極。