普通单发光二极管具有体积小、工作电压低、工作电流小、发光均匀稳定、响应速度快、寿命长等点,可用各种直流、交流、脉冲等电源驱动点亮。它属于电流控制型半导体器件,使用时需串接合适的限流电阻。
普通单发光二极管的发光颜与发光的波长有关,而发光的波长又取决于制造发光二极管所用的半导体材料。红发光二极管的波长一般为650~700nm,琥珀发光二极管的波长一般为630~650 nm ,橙发光二极管的波长一般为610~630 nm左右,黄发光二极管的波长一般为585 nm左右,绿发光二极管的波长一般为555~570 nm。
常用的国产普通单发光二极管有BT(厂标型号)系列、FG(部标型号)系列和2EF系列,见表4-26、表4-27和表4-28。
光源的特点
电压
LED使用低压电源,供电电压在6-24V之间,根据产品不同而异,所以它是一个比使用高压电源更安全的电源,特别适用于公共场所。
效能
消很较同光效的白炽灯减少80%
适用性
体积很小,每个单元LED小片是3-5mm的正方形,所以可以制备成各种形状的器件,并且适合于易变的环境
稳定性
10万小时,光衰为初始的50%
响应时间
其白炽灯的响应时间为毫秒级,LED灯的响应时间为纳秒级
对环境污染
无有害金属
颜
发光二极管方便地通过化学修饰方法,调整材料弟带结构和禁带宽度,实现红黄绿蓝橙多发光。红光管工作电压较小,颜不同的红、橙、黄、绿、蓝的发光二极管的工作电压依次升高。
价格
LED的价格现在越来越平民化,因LED省电的特性,也许不久的将来,人们都会的把白炽灯换成LED灯。现在,我国部分城市公路、学校、厂区等场所已换装完LED路灯、节能灯等。
单LED种类及发展史
早应用半导体P-N结发光原理制成的LED光源问世于20世纪60年代初。当时所用的材料是GaAsP,发红光(λp=650nm),在驱动电流为20毫安时,光通只有千分之几个流明,相应的发光效率约0.1流明/瓦。
70年代中期,引入元素In和N,使LED产生绿光(λp=555nm),黄光(λp=590nm)和橙光(λp=610nm),光效也提高到1流明/瓦。
到了80年代初,出现了GaAlAs的LED光源,使得红LED的光效达到10流明/瓦。
90年代初,发红光、黄光的GaAlInP和发绿、蓝光的GaInN两种新材料的开发成功,使LED的光效得到大幅度的提高。在2000年,前者做成的LED在红、橙区(λp=615nm)的光效达到100流明/瓦,而后者制成的LED在绿区域(λp=530nm)的光效可以达到50流明/瓦。
单光LED的应用
初LED用作仪器仪表的指示光源,后来各种光的LED在交通灯和大面积显示屏中得到了广泛应用,产生了很好的经济效益和社会效益。以12英寸的红交通灯为例,在美国本来是采用长寿命,低光效的140瓦白炽灯作为光源,它产生2000流明的白光。经红滤光片后,光损失90%,只剩下200流明的红光。而在新设计的灯中,Lumileds公司采用了18个红LED光源,包括电路损失在内,共耗电14瓦,即可产生同样的光效。
汽车灯也是LED光源应用的重要领域。1987年,我国开始在汽车上安装高位刹车灯,由于LED响应速度快(纳秒级),可以及早让尾随车辆的司机知道行驶状况,减少汽车追尾事故的发生。
另外,LED灯在室外红、绿、蓝全彩显示屏,匙扣式微型电筒等领域都得到了应用。
普通发光二极管的检测
(1)用万用表检测。利用具有×10kΩ挡的指式万用表可以大致判断发光二极管的好坏。正常时,二极管正向电阻阻值为几十至200kΩ,反向电阻的值为∝。如果正向电阻值为0或为∞,反向电阻值很小或为0,则易损坏。这种检测方法,不能实地看到发光管的发光情况,因为×10kΩ挡不能向LED提供较大正向电流。
如果有两块指万用表(好同型号)可以较好地检查发光二极管的发光情况。用一根导线将其中一块万用表的“+”接线柱与另一块表的“-”接线柱连接。余下的“-”笔接被测发光管的正极(P区),余下的“+”笔接被测发光管的负极(N区)。两块万用表均置×10kΩ挡。正常情况下,接通后能正常发光。若亮度很低,甚至不发光,可将两块万用表均拨至×1mΩ若,若仍很暗,甚至不发光,则说明该发光二极管性能不良或损坏。应注意,不能一开始测将两块万用表置于×1mΩ,以免电流过大,损坏发光二极管。
(2)外接电源测。用3V稳压源或两节串联的干电池及万用表(指式或数字式皆可)可以较准确测发光二极管的光、电特性。为此可按图10所示连接电路即可。如果测得VF在1.4~3V之间,且发光亮度正常,可以说明发光正常。如果测得VF=0或VF≈3V,且不发光,说明发光管已坏。