发光二极管的应用

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发光二极管(简称LED)是一种较为新颖的半导体发光器件。与传统的发光器件小白炽灯和氖灯相比,它具有不少可贵的特性。例如:1.发光二极管工作电压很低,有的仅需一点几伏即能发光。2.工作电流很小,仅零点几毫安即能发出可见光来。3.具有和半导体二极管相似的单向导电特性。4.具有与硅稳压管相似的稳压特性等等。本文介绍的电路,就是利用发光二极管这些特性的几个例子。

常用的发光二极管有发红光的磷化镓红色二极管(正向压降V\(_{F}\)=2.3V)和磷砷化镓发光二极管(VF=1.5V);发绿光的磷化镓绿色二极管(V\(_{F}\)=2.3V);发黄光的碳化硅发光二极管(VF=6V)等。所有这些发光管的工作电流I\(_{F}\)均在10毫安左右。质量好的发光二极管在200微安时即能发出可见光来。

由于发光二极管的正向伏安特性曲线很陡,所以在应用发光二极管时,必须串联限流电阻以控制通过管子的电流,从而达到防止因电流太大而烧坏管子的目的。在直流电路中(参看图1)限流电阻R\(_{1}\)的阻值可用下式估算:

图1
图1 🔍原图 (547×1158)

R\(_{1}\)=E-VFI\(_{F}\)……(1)

式中R\(_{1}\)—限流电阻(千欧)

E—直流电源电压(伏)

V\(_{F}\)—LED的正向压降(伏)

I\(_{F}\)—LED的一般工作电流(毫安)

在交流电路中(参看图2)限流电阻R\(_{2}\)可用下式估算:

R\(_{2}\)=ERMS-V\(_{F}\)2IF……(2)

式中R\(_{2}\)—限流电阻(千欧)

E\(_{RMS}\)—交流电源电压的有效值(伏)

其他与式(1)相同。

一、发光二极管直流串灯

小电珠串灯是一种常用的测试电路通断的工具。但是由于一般小电珠工作电流较大,一般在100毫安以上,所以它只适用于电路电阻较小的通断测试。发光二极管就不同了,它的发光灵敏度很高,零点几毫安就能发出光来,这一点几乎可以与毫安级电流表相比。

LED直流串灯的电路见图3,图中E为干电池,电压应选在3伏以上,电压选用得越高,测试高阻值的灵敏度也越高。限流电阻R\(_{1}\)可根据所选用的电池电压E由公式(1)算得。

这种串灯除了能够测试电路通断外,还可以用来测试电解电容器的好坏。测试时红表笔接电解电容器的正电极,黑表笔接电容器的负电极。表笔接通后,LED会发出较亮的光来,接着LED随着电容器充电电流的减小而逐渐暗下来,直至无光。LED开始的亮度越强,发光的延续时间越长,就说明电容器容量越大和质量越好。如果测试时LED连续发光,就说明被测电解电容器漏电太大或短路了。此串灯还可以用来检查二极管的正反向特性,晶体三极管C、B与B、E二个PN结的正反向特性以及C、E极之间是否击穿等。

为了使用方便,这种串灯可用2节5号电池的“钢笔”手电筒来改制。

二、发光二极管交流串灯

图4是交流串灯的电路图,它除了可以测电路通断,小阻值电阻、电容器是否短路外,还可以快速判断半导体二极管和晶体三极管的极性。当将两支表笔接到被测二极管的两极后,如果LED\(_{1}\)亮、LED2不亮,说明红表笔接的是二极管的正极、黑表笔接的是负极。如果是LED\(_{2}\)亮、LED1不亮,说明红表笔接的是二极管的负极,黑表笔接的是正极。如果LED\(_{1}\)和LED2都亮,说明二极管的PN结短路了。如果都不亮,说明二极管的内部断路了。在LED\(_{1}\)旁标注一个,表示灯亮时被测极与表笔的极性相同(红色为正极)。LED2旁标注一个,表示灯亮时被测极与表笔颜色表示的极性相反。

同样道理,我们可以用它来判断晶体三极管是PNP型还是NPN型的,以及管子各极之间是否断路、击穿等。

三、电源电压指示灯

有些使用交流市电的电子设备,其内部如装有电源变压器,指示灯可用6.3伏小电珠接到变压器的6.3伏次级绕组上,即能达到指示设备是否通电工作的作用。但有些电子设备是采用无变压器电路的,这时就可以采用图5所示方法来作电源指示。电路中的二极管D\(_{1}\) 一定要选用峰值反向工作电压高的管子,如2CP20等。

四、电压越限报警电路

图6是一个利用发光二极管和硅稳压管组成的直流电压上下限越限报警电路。以监视9伏电源电压为例:下限设为8伏,上限设为10伏。图中的DW\(_{1}\)应选用稳压值为8伏的2CW21E或D,DW2应选用稳压值为9伏的2CW21E或F,DW\(_{3}\)应选用稳压值为10伏的2CW21F或G。当电源电压在8—9伏之间时,只有LED1一只管子发光;当电压在9—10伏之间时,LED\(_{1}\)和LED2两只管子都发光。这两种情况都表明电源电压在规定的范围以内。如果发现LED\(_{1}\)、LED2LED\(_{3}\)三只管子同时发光,这就表明电源电压超过规定的上限值了。反之,如果三只管子都不亮,表明电源电压低于规定的下限值或是电源断路了。图中R4的阻值取决于上限电压与下限电压的差值。它的作用是当下限电压指示发光二极管(LED\(_{1}\))工作时,如通过的电流为IF1,那么当上限电压指示发光二极管工作时,流过LED\(_{1}\)的电流势必超过IF1,用了R\(_{4}\)后,其增大的电压可由R4降去一部分,从而限制了LED\(_{1}\)的电流。

图2
图2 🔍原图 (579×450)

五、快速晶体管判断仪

到处理品门市部去选购晶体管时,带一只快速晶体管判测仪(电路见图7),可以帮助你快速挑选管子。电路原理是:当良好的待测管插入插座后(图中的E、B、C),由于其I\(_{ceo}\)较小,发光二极管均不应发光,如果LED1或LED\(_{2}\)有一只亮了,都说明待测管的漏电流大。插入一只待测三极管,当按下开关K2时(给待测管输入一个固定偏流),LED\(_{1}\)或LED2之中如有一个发光,说明待测管有放大能力。当开关K\(_{1}\)扳到PNP位置后,按动K2,如LED\(_{2}\)发光,说明这只管子是PNP型的。反之,则是NPN型的。如果按动K2而两只发光二极管均不亮,说明被测管已失去放大能力了。

图3
图3 🔍原图 (1811×441)

图8是用交流6.3伏供电的判测仪电路。原理与图7基本相同,优点是省去了扳动切换电源极性开关的麻烦。判测时只要按一下开关K,就能由LED\(_{1}\)(NPN)或LED2(PNP)的发光指示出被测管是哪种类型和是否有放大能力了。

六、闪光电路

在电子设备中用自激多谐振荡器作闪光报警电路时,由于这种电路的输出电流较小,如果用小电珠作指示灯,一般需要加一只功放管才能推动。改用发光二极管就可以省去推动用的功放管,直接接到多谐振荡器的集电极电路中去。图9就是一个装有两只发光二极管的自激多谐振荡器电路,发光二极管LED\(_{1}\)和LED2轮流交替发出闪光信号。图10是采用单结晶体管的闪光电路,电路简单,闪光频率可通过调整R\(_{1}\)和C1的数值来完成。(王本轩)