半导体电 转换器件发光二极管的识别与使用.docx

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半导体电转换器件发光二极管的识别与使用

半导体电转换器件——发光二极管的识别与使用

发光二极管简称发光管（英文简称LED），它是采用特殊的磷化镓（GaP）或磷砷化镓（CaAsP）等半导体材料制成的、能够将电能直接转换成为光能的半导体器件。

发光二极管虽然与普通二极管一样也是由PN结构成的，也具有单向导电性，但发光二极管不是应用它的单向导电性，而是让它发光作指示（显示）、照明器件。

当给发光二极管通过一定正向电流时，它就会发光。

与带灯丝的普通小电珠相比，发光二极管具有体积小、色彩艳丽、耗电低、发光效率高、响应速度快、耐振动和使用寿命长等优点，可广泛应用于各种电子、电器装置及仪表设备中。

发光二极管的识别

1.单色发光二极管

单色发光二极管实际上就是我们经常用到的普通发光二极管，通电后只能发出单一颜色的亮光来。

单色发光二极管按其管壳形状可分为圆形、方形和异形3种，圆形尺寸主要有φ3mm、φ5mm、φ10mm，方形尺寸主要有2mm×5mm。

按发光亮度来划分，有发光亮度一般的普通发光二极管和高亮度发光二极管。

表征普通发光二极管特性的参数包括电学和光学两类，主要参数有以下几项：

①发光强度（IV）。

②最大工作电流（IFM），国产BT-104（绿色）、BT-204（红色）型发光二极管的最大工作电流均为30mA。

③正向电压降（UF），发光二极管的正向电压降比普通二极管要高，一般在1.8～3.8V范围内。

不同颜色和不同制造工艺的发光二极管其工作电压也不同，如红色发光二极管的正向电压降约为1.8V，黄色发光二极管的正向电压降约为2V，绿色发光二极管的正向电压降约为2.3V，白色发光二极管的正向电压降通常高于2.4V，蓝色发光二极管的正向电压降通常高于3V……④最大反向电压（URM），发光二极管的最大反向电压一般在6V左右，最高不超过十几伏特，这是与普通二极管大不相同的地方。

使用中不应使发光二极管承受超过5V的反向电压，否则发光二极管将可能被击穿。

发光二极管的参数还有发光波长、最大耗散功率等，业余使用时可不必考虑，只要选择自己喜欢的颜色和形状就可以了。

发光二极管的外形很有特色，所以可方便地用眼睛进行极性识别。

常见的普通发光二极管，通常较长的一条引脚线为其正极，较短的引脚线为其负极，如图1（a）所示，识别口诀是“长正短负”（这与电解电容器引脚极性判断法一致）。

如果观察发光二极管内部，可以发现里面的两个电极一大一小，如图1（b）所示。

一般来说，电极较小的一端是发光二极管的正极，电极较大的一端是它的负极。

但也有个别的发光二极管（一般都是进口管芯）例外，其内部管芯小的一端是负极、大的一端是正极。

所以在碰到进口发光二极管时，为了保险起见，还是借助万用表测量一下为好。

2.电压型发光二极管

电压型发光二极管内部构成如图2所示。

从外观上看，它与普通单色发光二极管几乎没有两样，但内部结构却与普通发光二极管有所区别。

其内部由一只限流电阻器R和一个发光二极管管芯串联组成。

R可将发光二极管的正向工作电流限定在允许值（一般为10mA或15mA）。

使用时，只要在电压型发光二极管的正、负极两端加上额定工作电压，即可让其正常发光。

可见，电压型发光二极管与普通发光二极管相比较，省去了外接限流电阻器的麻烦，使电路设计和安装更简单。

国产电压型发光二极管的系列产品，常见的有6种标称电压，分别为：

5V、9V、12V、15V、18V和24V。

其发光颜色为红色、黄色、绿色等。

3.闪烁发光二极管

闪烁发光二极管也叫自闪发光二极管，它是一种由CMOS集成电路（互补对称金属氧化物半导体集成电路的英文缩写）和发光二极管组成的特殊发光器件，是光电技术与半导体集成工艺相结合的新产品。

这种发光二极管应用于各种信号指示（显示）装置、电子玩具等时，具有电路简单、耗电量小、醒目美观等特点。

常用闪烁发光二极管的外形和内部功能方框图如图3所示。

其外表与普通发光二极管完全一样，最大特点在于：

内部封装有CMOS大规模集成电路，当外加一定电压时，内部振荡器便产生一定频率的方波脉冲，经分频器变换为超低频脉冲，再通过驱动放大器推动发光二极管管芯闪烁发光。

闪烁发光二极管的颜色主要有红色、橙色、黄色和绿色4种。

闪烁发光二极管的正、负极引脚识别与普通发光二极管完全相同。

如果用眼睛来观察闪烁发光二极管内部，可以发现里面有一大一小的两个电极，并且小电极上面有一个小黑块——CMOS集成电路，参见图3（a）所示。

一般来说，电极较小、并附有小黑块的一端是闪烁发光二极管的正极，电极较大的一端是它的负极。

闪烁发光二极管的参数除了正向工作电流、发光强度等以外，还有标称工作电压、反映闪光速度的闪烁频率和表示亮灭时间比的占空比等，附表给出了国产常用闪烁发光二极管的主要参数。

4.变色发光二极管

变色发光二极管只用一只发光二极管就能变换发出几种颜色光，因此在电子装置、电子玩具、仪器设备等上面多作为不同状态指示或发出多种警告信号。

变色发光二极管的外形和内部构成如图4所示，它的最大特点是在一只管壳中封装了两个发光二极管（通常为红、绿或红、黄两色）管芯，对外有3根引线脚和两根引线脚之分。

对外有3根引线脚的变色发光二极管，其内部构成如图4（b）所示。

通常将红色和绿（黄）色发光管芯的正极分别引出，而将它们的负极连接在一起，通过一根公共负极线引出。

当在红色发光二极管的正极与公共负极引线脚之间加上2V左右的直流电压，使之通过合适的电流（一般为3～10mA）时，管子发出红光。

同样，当在绿（黄）色发光二极管的正极与公共负极间加上2V电压和同样电流时，管子发出绿光。

当红、绿（黄）发光二极管的正、负极之间都通电时，即发出红光与绿（黄）光的混合光——橙（桔红）色光。

当红光管芯通过较大电流（如10mA）、绿（黄）光管芯不通电时，然后逐渐减小红光管芯电流、而同时加大绿（黄）光管芯电流，则管子发光颜色会连续地从红光经过一系列中间混合光向绿（黄）光转变，反之亦然，这即所谓变色发光的含义。

对外只有两根引线脚的变色发光二极管的内部构成如图4（c）所示，管内红、绿（黄）发光二极管管芯的正、负极反向并联后，再通过两根引线脚引出。

当给两根引线脚接上2V左右的直流电压（电流限制在3～10mA之间）时，其中一个管芯会处于正向导通状态，该管即通电发出红光或绿

（黄）光。

当调换电压极性后，另一个管芯会处于正向导通状态，使其通电发出截然不同的绿（黄）光或红光。

当在两根引线脚接上2V左右的交流电时，红、绿（黄）管芯分别在交流电的正、负半周时导通，人眼会看到红光与绿（黄）光的混合光——橙（桔红）色光。

国产变色发光二极管的典型产品有2EF301（红+黄绿色＝浅橙）、2EF302（红+绿＝橙）、BT315（红+绿＝橙）、BT362057RG（红+绿＝橙）、BT362057RG（红+绿＝橙）、BT362057RY（红+黄＝桔红）、BT362057YG（黄+纯绿＝浅绿）、BT3621526RG（红+绿＝橙）。

业余条件下使用时，可不必考虑型号和参数，一般只要选择所需要的颜色和形状就可以了。

常用变色发光二极管的管脚识别如图5所示。

对于有三根引线脚的变色发光二极管，如果管脚排布呈三角形，则将管脚对准自己，从管壳凸出块开始，按顺时针方向，依次为内部红色发光二极管管芯的正极引出脚、绿（黄）色管芯的正极引出脚，公共负极引出脚。

如果管脚呈一字排列，其左右两边的管脚分别为内部红、绿（黄）发光二极管管芯的正极引出脚，并且管脚引线稍长的为红色管芯的正极引出脚，稍短的为绿（黄）色管芯的正极引出脚，中间的管脚为公共负极引出脚。

有两根引线脚的变色发光二极管，虽然和普通发光二极管一样有长、短引线脚之分，但并不是表示正、负极性。

一般稍长的引线脚表示内部红色发光二极管管芯的正极引出脚，稍短的引线表示绿（黄）色管芯的正极引出脚。

5.七彩发光二极管

七彩发光二极管是一种新颖的高亮度自动变色发光二极管，目前已广泛应用于各种电子产品的装饰、电子玩具等，可起到增辉添彩的神奇效果。

七彩发光二极管的外表与普通发光二极管完全一样，其外形和内部功能框图如图6所示。

七彩发光二极管内部封装有大规模集成电路控制的红、绿、蓝“三基色”发光管芯。

当外加3～4V直流电压时，内部振荡器便产生频率可自动变化（范围为2～6Hz）的方波脉冲，经时序分配器和三路驱动放大器后，推动红、绿、蓝3个发光管芯按一定顺序搭配工作，从而对外发出不断循环变化的红、绿、蓝、黄、紫、青、白等7种颜色闪光来。

七彩发光二极管的正、负极引脚识别方法与普通发光二极管完全相同。

如果用眼睛来观察七彩发光二极管的内部，可以发现里面有两个基本对称的电极，但其中一个电极的上面有一个小黑块——CMOS集成电路，参见图6（a）所示。

一般来说，电极附有小黑块的引出脚是七彩发光二极管的正极，电极无小黑块的引出脚是它的负极。

发光二极管的使用

1.检测方法

我们可以像检测普通二极管那样，用普通指针式万用表来判断发光二极管的好坏和区分电极。

将万用表拨到“R×10k”挡，测量发光二极管的正、反向电阻。

一般在测正向电阻时，表针应偏转过半，同时发光二极管中有一发亮光点。

注意：

由于万用表内的电池正极通黑表笔、负极通红表笔，所以这时黑表笔所接引脚为发光二极管的正极、红表笔所接为负极。

对调两表笔后测其反向电阻，表针应几乎不动（阻值应为无穷大），发光二极管中无发亮光点。

在检测中，若发现正、反向电阻相差很少，这只发光二极管很可能发光极弱或不发光。

若是两次测量都呈短路（表针偏转到头）或断路（表针不动），则表明管子已坏了。

用万用表检测发光二极管时注意，必须使用“R×10k”挡。

因为发光二极管的管压降一般大于1.5V，而万用表“R×1k”及其以下各电阻挡全部接表内1.5V电池，电压低于发光二极管的管压降，无论正、反向接入，发光二极管都不可能导通，也就无法检测。

而采用“R×10k”挡时（见图7），表内接有15V（有些万用表为9V）高压电池，电压高于管压降，所以可以用来检测发光二极管。

电压型发光二极管的检测方法与上面检测普通发光二极管的方法基本相同。

用万用表“R×10k”挡测量闪烁发光二极管、七彩发光二极管的正、反向电阻时，表针均会偏转过半，但正向导通时，表针均会轻微抖动（振荡），并且发光二极管中有闪亮的光点。

这是由于发光二极管内部的集成电路在万用表电池电压的作用下起振，所输出的脉冲电流使表针产生了轻微抖动。

此时黑表笔所接的引脚为正极，红表笔所接的引脚为负极。

测反向电阻时，表针既不会轻微抖动，发光二极管也不会产生闪亮光点。

如果检测中发现正、反向电阻非常小（表针偏转到头），或非常大（表针不动），则表明被测管子内部已击穿或断路。

变色发光二极管好坏的检测方法、极性判断和颜色分辨等，均可参照检测普通发光二极管的基本方法进行，这里不再赘述。

2.使用常识

（1）发光二极管的型号比较杂乱繁多。

虽然国产部标型号为FGXXXXX，但市场上及设备上我们仍可见到许多以BTXXXX、2EFXXX、LEDXXX及TMXXX等厂标型号命名的发光二极管。

进口产品的型号也是五花八门。

好在一般使用场合对发光二极管要求不高，只要外形及颜色相符，大多数不同型号的发光二极管均可互换使用。

对于高亮度或低电压等特殊型发光二极管，可查阅相关产品手册或资料后再选用。

（2）普通发光二极管的发光颜色一般和它自身的颜色相同，但也有发出红、黄、绿、蓝等各种颜色的白色透明壳体的发光二极管；变色发光二极管、七彩发光二极管一般都是白色透明壳体，它们到底发何种颜色的光、色彩如何变化等，最简单的方法就是通电观察。

（3）发光二极管可以用直流电，也可以用交流电或脉冲电流点亮。

发光二极管是一种电流型器件，其发光亮度与工作电流成正比，而工作电流依它们的型号不同，一般在5～30mA范围内（照明用发光二极管除外）。

如果在大电流下长期使用，容易使发光二极管亮度衰退，降低使用寿命，过大的电流（指超过管子所允许的极限值）还会烧毁管子。

为了防止过大电流烧坏发光二极管，电路中一定要串联合适的限流电阻器，切不可将发光二极管直接接到电源两端。

（4）发光二极管典型的直流供电电路如图8所示。

图中的电阻器R用来限制发光二极管的工作电流，防止发光二极管因工作电流过大而损坏。

改变R的阻值大小，可以改变发光二极管的工作电流大小和亮度。

R的阻值由下式估算：

R=（电源电压－发光二极管正向电压降）÷工作电流

计算时，电压单位用伏特（V），电流单位用安培（A），电阻单位则为欧姆（Ω）。

（5）电压型发光二极管必须在额定电压下使用，低于额定值，亮度会降低，超过额定值则有可能损坏管子。

闪烁发光二极管的最佳工作电压一般为3～6V，电压偏低，亮度降低、且闪烁会停止变为常亮。

如果超过允许值过电压使用，则会损坏管子。

（6）业余条件下，电压型发光二极管损坏后，可用一只普通发光二极管串联一只限流电阻器代用。

电阻值的大小可按上面介绍的公式计算得出。

变色发光二极管的某一只管芯损坏后，可利用其中未损坏的一只管芯作为单色发光二极管使用。

（7）由于发光二极管多是用环氧树脂等透光性能良好的有机材料将管芯封装制成，其软化温度在150℃左右，所以焊接管脚时要特别注意散热问题，宜使用25W以下的电烙铁，且不得焊接时间过长，以免烫坏管壳。

如果安装空间允许的话，可用镊子夹住引脚根部，以帮助散热。

另外注意，发光二极管的安装位置应尽量远离发热元器件（例如功率放大管、电源变压器等）。

（8）要注意保护发光二极管管壳的光洁，不使其受机械损伤，以免影响透光性能。

管体也不能受力，安装时其引脚根部（2mm以内）不允许弯曲。