小电流发光二极管

（程春生）发光二极管是一种把电能变成光能的半导体器件。当给它通过一定电流时，它就会发光。

发光二极管的用途很广。它是一种优良的指示灯。发光二极管与白炽灯相比，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，以及寿命长等优点。小电流发光二极管广泛用于收录机、音箱设备、高级收音机、仪器仪表等设备中。

发光二极管选用磷砷化镓、镓铝砷或磷化镓等材料制成，内部结构是一个PN结。它具有单向导电的性能。当在发光管PN结上加正向电压后，PN结的空间电荷区势垒降低，载流子的扩散运动大于漂移运动，致使P区的空穴注入到N区，N区的电子注入到P区，相互注入的电子和空穴相遇后就会产生复合。电子和空穴在复合时，就会释放出能量，对发光二极管来说，复合时释放的能量大部分以发光的形式出现。

小电流发光二极管按其发光颜色来分，种类很多，有发红色光的磷砷化镓发光二极管、镓铝砷发光二极管、磷化镓发光二极管；有发黄色和绿色光的磷化镓发光二极管，还有眼睛看不见的用砷化镓材料制成的红外发光二极管等等。下面简单介绍可见光的小电流发光二极管。

小电流发光二极管体积较小。根据需要，外形可以做成圆形、方形、圆柱形、矩阵形等多种形状，如图2所示。发光二极管在电路中的符号如图1所示。

小电流发光二极管的主要参数包括有电学和光学两类参数。

（一）电学参数：主要有工作电流；最大工作电流，正向压降、反向耐压。这些参数的意义和普通二极管的相应的参数的意义相当。小电流发光二极管的工作电流不宜过大，最大工作电流值为50毫安。正向起辉电流近似1毫安，测试电流在10—30毫安。工作电流大，发光亮度高，但长期连续使用，容易使发光二极管亮度衰退，降低使用寿命。由于选用的材料不同、工艺不同，发光二极管正向压降值也不同。一般压降在1.5～3伏范围内。发光二极管的反向耐压一般在6伏左右，最高不会超过十几伏，这是不同于一般硅二极管的。为了防止接错电源极性或其它原因进来的反向电压击穿发光二极管，可以在输入端加入一个反向二极管用于保护PN结。

（二）光学参数：包括发光波长、发光亮度等。由于选材不同、工艺不同，发光二极管发光的波长也不同。红外发光二极管的波长在9000埃以上，可见光发光二极管的波长在5000～7000埃之间。发光管的亮度是个重要指标，一般用毫流明表示，该数值越大，说明亮度越强。

发光二极管可以用直流、交流、脉冲等电源驱动点燃，典型线路如图③。其中（a）图为直流驱动线路。图中R为限流电阻。改变R的阻值大小，可以改变发光管的工作电流，从而调整发光管的亮度。同时R能防止发光二极管因工作电流过大而烧毁。R的数值由下式估算：

式中E为电源，U\(_{F}\)为发光二极管正向压降（查表可得），IF为工作电流。

图3（b)（c）为交流驱动电路。图中二极管D用来保护发光二极管在交流负半周时不会被击穿。D的反向耐压要大于交流电源电压的峰值。（b）线路中R的大小用下式估算：

式中： U\(_{m}\)为交流电压峰值，UD为二极管D正向压降，U\(_{F}\)为发光二极管正向压降，Im为工作电流峰值。（c）线路中电阻R用下式估算：

U\(_{m}\)、UF、I\(_{m}\)的意义同（2）式。

图3（d）线路中R是发光二极管的限流电阻，选取R时可以把晶体管对地短路，按公式（1）算出R值。

在业余条件下，可用下列方法判断发光二极管的好坏。用万用表电阻档测量正、反向电阻，一般正向电阻小于50千欧、反向电阻大于200千欧为正常。如正、反向电阻无穷大，即此管已损坏。还可用图4所示电路来鉴别管子功耗大小。图4中发光二极管的测试电流为10毫安。从产品说明上查到管子的正向压降，一般发红光的磷砷化镓发光管的正向压降为1.65V，发绿光或黄光的磷化镓发光管的正向压降为2.5伏。从而可以求出限流电阻值，如以磷砷化镓发红光的管子为例，R=3V－1.65V0.01A=135Ω。按图4电路接通后，观看二极管是否发光，发出的光是强还是弱。如光弱，可适当减小电阻R的阻值，以增大发光二极管的工作电流，使其发光强些。在同样亮度下，工作电流大的管子功耗就大。使用发光二极管时，一定要先分清正、负极。一般引线较长的为正极，较短的为负极。金属底座的那种发光管，见图2左边，靠近管座上凸起的管脚为正极。其他规格发光二极管，正、负极的标志请看产品说明书或用万用表电阻档来判别。