LED数码管的构造与特点

LED数码管是目前最常用的一种数显器件。下面介绍其构造原理、性能特点及产品分类情况。

众所周知，发光二极管（英文缩写为LED）是由半导体材料制成的、能将电信号转换成光信号的结型电致发光器件。如果把发光二极管制成条状，再按照一定方式连接，组成数字“8”，就构成LED数码管。使用时按规定使某些笔段上的发光二极管发光，即可组成0～9的一系列数字。

LED数码管分共阳极与共阴极两种，外形见图1a，内部结构如图1（b）或（c）所示。a～g代表7个笔段的驱动端，亦称笔段电极。DP是小数点。第3脚与第8脚内部连通，示公共阳极，示公共阴极。对于共阳极LED数码管（如图1b），将8只发光二极管的阳极（正极）短接后作为公共阳极。其工作特点是，当笔段电极接低电平，公共阳极接高电平时，相应笔段可以发光。共阴极LED数码管则与之相反，它是将发光二极管的阴极（负极）短接后作为公共阴极。当驱动信号为高电平、接低电平时，才能发光。

LED的输出光谱决定其发光颜色以及光辐射纯度，也反映出半导体材料的特性。常见管芯材料有磷化镓（Gap）、砷化镓（GaAs）、磷砷化镓（GaAsp）、氮化镓（GaN）等，其中氮化镓可发蓝光。发光颜色不仅与管芯材料有关，还与所掺杂质有关，因此用同一种管芯材料可以制成发出红、橙、黄、绿等不同颜色的数码管。图2示出磷砷化镓黄色数码管的光谱图，其发光峰值波长λ\(_{p}\)=585nm（1nm=10\(^{-}\)9m），属于单色光。其它颜色LED数码管的光谱曲线形状与之相似，仅λp值不同。LED数码管的产品中，以发红光、绿光的居多、这两种颜色也比较醒目。

LED数码管等效于多只具有发光性能的PN结。当PN结导通时，依靠少数载流子的注入及随后的复合而辐射发光，其伏安特性与普通二极管相似。在正向导通之前，正向电流近似于零，笔段不发光。当电压超过开启电压时，电流就急剧上升，笔段发光。因此，LED数码管属于电流控制型器件，其发光亮度L（单位是cd/m\(^{2}\)）与正向电流I\(_{F}\)有关，用公式表示：

即亮度与正向电流成正比。LED的正向电压V\(_{F}\)则与正向电流以及管芯材料有关。使用LED数码管时，工作电流一般选10mA左右／段，既保证亮度适中，又不会损坏器件。

LED数码管的主要特点如下：

（1）能在低电压、小电流条件下驱动发光，能与CMOS、TTL电路兼容。

（2）发光响应时间极短（＜0.1μs），高频特性好，单色性好，亮度高。

（3）体积小，重量轻，抗冲击性能好。

（4）寿命长，使用寿命在10万小时以上，甚至可达100万小时。成本低。

因此它被广泛用作数字仪器仪表、数控装置、计算机的数显器件。

目前国内外生产的LED数码管不仅种类繁多、型号各异，大致有以下几种分类方式：

1．按外形尺寸分类

目前我国尚未制定LED显示器的统一标准，型号一般由生产厂家自定。小型LED数码管一般采用双列直插式，大型LED数码管采用印制板插入式。

2．根据显示位数划分

根据器件所含显示位数的多少，可划分成一位、双位、多位LED显示器。一位LED显示器就是通常说的LED数码管，两位以上的一般称作显示器。

双位LED数码管是将两只数码管封装成一体，其特点是结构紧凑、成本较低（与两只一位数码管相比）。国外典型产品有LC5012-11S（红双、共阴），管脚排列见图3。

为简化外部引线数量和降低显示器功耗，多位LED显示器一般采用动态扫描显示方式。其特点是将各位同一笔段的电极短接后作为一个引出端，并且各位数码管按一定顺序轮流发光显示，只要位扫描频率足够高，就观察不到闪烁现象。图4是LTC－612s型四位共阳极LED显示器的外形及内部接线

3．根据显示亮度划分

有普通亮度和高亮度之分。普通LED数码管的发光强度I\(_{v}\)≥0.3mcd，而高亮度LED数码管的Iv≥5mcd，提高将近一个数量级，并且后者在大约1mA的工作电流下即可发光。高亮度LED数码管典型产品有2ED102等。

4．按字形结构划分

有数码管、符号管两种。常见符号管的外形如图5所示。其中，“＋”符号管可显示正（＋）、负（－）极性，“±1”符号管能显示+1或-1。图5（c）所示“米”字管的功能最全，除显示运算符号+、-、×、÷之外，还可显示A～Z共26个英文字母，常用作单位符号显示。

此外，还可按共阳或共阴、发光颜色来分类。（李学芝）