單色發(fā)光二極管的檢測(cè)方法說(shuō)明

  發(fā)光二極管LED（Light-EmitTIngDiode）是能將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的結(jié)型電致發(fā)光半導(dǎo)體器件。

1、發(fā)光二極管LED主要特點(diǎn)

　?。?）在低電壓（1.5～2.5V）、小電流(5～30mA)的條件下工作，即可獲得足夠高的亮度。 

　?。?）發(fā)光響應(yīng)速度快（10-7～10-9 s），高頻特性好，能顯示脈沖信息。 

　?。?）單色性好，常見(jiàn)顏色有紅、綠、黃、橙等。 

　?。?）體積小。發(fā)光面形狀分圓形、長(zhǎng)方形、異形（三角形等）。其中圓形管子的外徑有φ1、φ2、φ3、φ4、φ5、φ8、φ10、φ12、φ15、φ20（mm）等規(guī)格，直徑1mm的屬于超微型LED。 

　?。?）防震動(dòng)及抗沖擊穿性能好，功耗低，壽命長(zhǎng)。由于LED的PN結(jié)工作在正向?qū)顟B(tài)，本射功耗低，只要加必要的限流措施，即可長(zhǎng)期使用，壽命在10萬(wàn)小時(shí)以上，甚至可達(dá)100萬(wàn)小時(shí)。 

　?。?）使用靈活，根據(jù)需要可制成數(shù)碼管、字符管、電平顯示器、點(diǎn)陣顯示器、固體發(fā)光板、LED平極型電視屏等。 

　?。?）容易與數(shù)字集成電路匹配。 

  

2．發(fā)光二極管的原理 

　　發(fā)光二極管內(nèi)部是具有發(fā)光特性的PN結(jié)。當(dāng)PN結(jié)導(dǎo)通時(shí)，依靠少數(shù)載流子的注入以及隨后的復(fù)合而輻射發(fā)光。普通發(fā)光二極管的外形、符號(hào)及伏安特性如圖1所示。LED正向伏安特性曲線比較陡，在正向?qū)ㄖ皫缀跤须娏?。?dāng)電壓超過(guò)開(kāi)啟電壓時(shí)，電流就急劇上升。因此，LED屬于電流控制型半導(dǎo)體器件，其發(fā)光亮度L（單位cd/m2，讀作坎德拉每平方米）與正向電流IF近似成正雙，有公式 

　　L =K IFm 

　　式中，K為比例系數(shù)，在小電流范圍內(nèi)（IF=1～10mA），m=1.3～1.5。當(dāng)IF>10mA時(shí)，m=1，式（5.10.1）簡(jiǎn)化成 L =K IF 

　　即亮度與正向電流成正比。以磷砷化鎵黃色LED為例，相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度與正向電流的關(guān)系如圖2所示。LED的正向電壓則與正向電流以及管芯的半導(dǎo)體材料有關(guān)。使用時(shí)應(yīng)根據(jù)所要求的顯示亮度來(lái)選取合適的IF值（一般選10mA左右，對(duì)于高亮度LED可選1～2mA），既保證亮度適中，也不會(huì)損壞LED。若電流過(guò)大，會(huì)燒毀LED的PN結(jié)。此外，LED的使用壽命將縮短。

 

　　由于發(fā)光二極管的功耗低、體積小，色彩鮮艷、響應(yīng)速度快、壽命長(zhǎng)，所以常用作收錄機(jī)、收音機(jī)和電子儀器的電平指示器、調(diào)諧指示器、電源指示器等。發(fā)光二極管在正向?qū)〞r(shí)有一定穩(wěn)壓作用，還可作直流穩(wěn)壓器中的穩(wěn)壓二極管，提供基準(zhǔn)電壓，兼作電源指示燈。目前市場(chǎng)上還有一種帶反射腔及固定裝置的發(fā)光二要管（例如BT104-B2、BT102-F），很容易固定在儀器面板上。

 

　　LED的輸出光譜決定其發(fā)光顏色及光輻射純度，也反映出半導(dǎo)體材料的特性。常見(jiàn)管芯材料有磷化鎵（GaP）、砷化鎵（GaAsP）、磷砷化鎵（GaAlAs）、砷鋁化鎵（GaN）氮化鎵可發(fā)藍(lán)光。 

3．使用注意事項(xiàng) 

　?。?）管子極性不得接反，一般講引線較長(zhǎng)的為正極，引線較短的是負(fù)極。 

　　（2）使用中各項(xiàng)參數(shù)不得超過(guò)規(guī)定極限值。正向電流IF不允許超過(guò)極限工作電流IFM值，并且隨著環(huán)境溫度的升高，必須作降額使用。長(zhǎng)期使用溫度不宜超過(guò)75℃。 

　?。?）焊接時(shí)間應(yīng)盡量短，焊點(diǎn)不能在管腳根部。焊接時(shí)應(yīng)使用鑷子夾住管腳根部散熱，宜用中性助焊劑（松香）或選用松香焊錫絲。 

　?。?）嚴(yán)禁用有機(jī)溶液浸泡或清洗。

 

　?。?）LED的驅(qū)動(dòng)電路必須加限流電阻，一般可取一百歐至幾百歐，視電源電壓而定。 

　　（6）在發(fā)光亮度基本不變的情況下，采用脈沖電壓驅(qū)動(dòng)可以節(jié)省耗電。對(duì)于LED點(diǎn)陣顯示器，采用掃描顯示方式能大大降低整機(jī)功耗。 

4．檢查發(fā)光二極管的好壞 

　　發(fā)光二極管具有單向?qū)щ娦裕褂肦×10k檔可測(cè)出其正、反向電阻。一般正向電阻應(yīng)小于30k歐姆，反向電阻應(yīng)大于1M歐姆。若正、反向電阻均為零，說(shuō)明內(nèi)部擊穿短路。若正、反向電阻均為無(wú)窮大，證明內(nèi)部開(kāi)路。 

　　常見(jiàn)發(fā)光二極管的種類(lèi)及主要參數(shù)見(jiàn)表2。需要說(shuō)明兩點(diǎn)：第一，對(duì)于同種材料的管芯，由于所摻雜質(zhì)的不同，發(fā)光顏色亦不同；第二，LED屬于電流控制型器件，VF隨IF而變化，所標(biāo)VF值僅供參考。 

　　此外，根據(jù)外形也可以區(qū)分發(fā)光二極管的正、負(fù)極。早期生產(chǎn)的管子帶金屬管座，上面罩一光學(xué)透鏡，管側(cè)有一突起，靠近突起的是正極。目前生產(chǎn)的LED，全部用透明或半透明的環(huán)氧樹(shù)脂封裝而成，并且利用環(huán)氧樹(shù)脂構(gòu)成透鏡，起放大和聚焦作用，這類(lèi)管子引線較長(zhǎng)的為正極。

 

 

　　注意事項(xiàng)： 

　　本書(shū)不推薦使用R×1k檔測(cè)量LED的正、反向電阻。因?yàn)樵摍n電池電壓E 

　　僅僅測(cè)量正、反向電阻，并不能檢查其能否正常發(fā)光。由于發(fā)光二極管的正向電壓VF一般1.5～2.5V，而萬(wàn)用表R×1或R×10檔的電池電壓為1.5V，所以不能使管子正向?qū)ú⑶野l(fā)光。R×10k檔的電池電壓雖然較高，但因內(nèi)阻太大，提供的正向電流很小，管子也不會(huì)正常發(fā)光。 

　　采用雙表法可以檢查發(fā)光二極管的發(fā)光情況。最好選同一種型號(hào)的兩塊萬(wàn)用表，均撥一R×1或R×10檔，按圖1(a)所示串聯(lián)使用，以提供較高的正向電壓。

　　假定兩塊萬(wàn)用表均采用MF30型，并且均撥到R×1檔。因?yàn)橐粔K表的電池電壓E=1.5V，歐姆中心值R0=25歐姆，所以總電壓和總電阻分別是 

　　E′= 2E= 2×1.5=3V 

　　R0′= 2R0= 2×25=50歐姆 

　　如果把它們看成一塊新表，等效電路就簡(jiǎn)成。新表的滿度電流是： 

　　IM′= E′/ R0′=2E/ 2R0= E/ R0=IM 

　　可見(jiàn)滿度電流值并未改變。 

　　發(fā)光二極管在使用時(shí)應(yīng)加上限流電阻R，將正向電流IF限制在10～30mA為宜，避免功耗太記而損壞管子。一般典型正向電流可選10mA，IF的計(jì)算公式為 

　　IF= E－VF/ R 

　?。╟）圖中的R0′能起到限流作用，因此不必另接限流電阻。磷砷化鎵發(fā)光二極管的正向壓降較低，為1.7V左右。E′=3V將R0′=50歐姆，可求出用雙表法測(cè)量時(shí)的正向電流為 

　　IF= E′－VF/ R0′=3－1.7/50=26 mA <30 mA 

　　因此對(duì)管子沒(méi)有危險(xiǎn)。電路接通之后，管子能發(fā)出晶瑩奪目的紅光。 

　　如果選用的兩塊萬(wàn)用表R×1檔歐姆中心值不等，設(shè)分別為R01、R02，而兩表R×1檔的電池電壓均為E（E=1.5V），則此時(shí) 

　　IM′=2 E / R01+ R02 

　　IF=2 E －VF / R01+ R02 

　　實(shí)例：測(cè)量一只型號(hào)不明的發(fā)光二極管。

 

　　第一步，判定正、負(fù)極。用MF30型萬(wàn)用表的R×10k檔測(cè)得正向電阻為26k歐姆，反向電阻接近無(wú)窮大。測(cè)正向電阻時(shí)，黑表筆接的就是正極。

 

　　第二步，將兩塊MF30型萬(wàn)用表均撥至R×1檔采用雙表測(cè)量，被測(cè)管發(fā)出艷麗的紅光。若把發(fā)光二極管的極性反接，加上反向電壓時(shí)管子就不能發(fā)光。 

　　然后將兩塊萬(wàn)用表?yè)苡赗×10檔，管子發(fā)光暗淡。這是因?yàn)榭傠娮鑂0′=2×250=500歐姆，提供的正向電流較小所致。此時(shí) 

　　IF≈3－1.7/500=2.6 mA 

　　注意事項(xiàng)： 

　?。?）采用雙表法必須先調(diào)整好兩塊萬(wàn)用表的歐姆零點(diǎn)。

 

　?。?）為了不損壞被測(cè)發(fā)光二極管，測(cè)量前應(yīng)計(jì)算IM′值，若IM′≥50mA，需選擇R×10檔。例如，兩塊500型萬(wàn)用表R×1檔串聯(lián)后的總電阻R0=20歐姆，IM′=IM=75mA>50mA。改用R×1檔時(shí)IM′=7.5 mA，與典型正向電流IF=10mA就比較接近。 

　　實(shí)際上發(fā)光二極管本身尚有1.5～2.5V壓降，因此上述結(jié)果均留有一定余量。

　　假如不知道被測(cè)發(fā)光二極管的正向電壓，也不清楚IM′值。建議先把兩塊表都撥到R×10檔，若發(fā)光很暗，再改撥R×1檔。