LED(发光二极管)的基础知识与应用!

LED(发光二极管)的基础知识与应用!

作者：whuer.blog 点击：读取中... 次

LED是发光二极管( Light Emitting Diode, LED)的简称,也被称作发光二极管,这种半导体组件发展以来一般是作为指示灯、显示板,但目前随着技术增加,已经能作为光源使用,它不但能够高效率地直接将电能转化为光能,而且拥有最长达数万小时~10 万小时的使用寿命,同时具备不若传统灯泡易碎,并能省电,同时拥有环保无汞、体积小、可应用在低温环境、光源具方向性、造成光害少与色域丰富等优点.

LED的发明
在1955年时,美国无线电公司(Radio Corporation of America)的Rubin Braunstein发现了砷化镓(GaAs)与及其它半导体合金的红外线放射作用,而1962年美国通用电气公司(GE)的Nick Holonyak Jr则开发出可见光的LEDLED.不过,LED真正的起飞是在1990年代白光LED出现后,才开始渐渐被重视,而应用面越来越广.
LED的发光原理
LED其实就是一种特殊形式的二极管,是一种半导体器件通过掺杂等手段形成PN结,在阳极加正电压,在阴极加负电压,则电流很容易通过,并且通过光的形式释放出能量.在阴极加正电压,负极加正电压,不导通.LED最特别的地方在于只有从正极通电才是会发光,故一般给予直流电时,LED会稳定地发光,但如果接上交流电,LED会呈现闪烁的型态,闪亮的频率依据输入交流电的频率而定,照明电路为50Hz交流电完全看不出闪烁.LED的发光原理是外加电压,让电子与电洞在半导体内结合后,将能量以光的形式释放.目前全球产业所发展出的不同种类LED能够发出从红外线到蓝之间不同波长的光线,而业界也有紫色~紫外线的LED,近年来LED最吸引人的发展是在蓝光LED上涂上荧光粉,将蓝光转化成白光的白光LED产品.LED之所以被称为世纪新光源,原因在于LED具备点光源与固态光源的特性,能够节省能源、高耐震、寿命长、体积小响应快速、并且色彩饱和度高.
LED的颜色:
由于随着LED的制造材料不同,产生出来的光子拥有的能量也不同,
• 铝砷化镓 (AlGaAs) - 红色及红外线
• 铝磷化镓 (AlGaP) - 绿色
• 磷化铟镓铝 (AlGaInP) - 高亮度的橘红色, 橙色,黄色,黄绿色
• 磷砷化镓 (GaAsP) - 红色,橘红色,黄色
• 磷化镓 (GaP) - 红色,黄色,绿色
• 氮化镓 (GaN) - 绿色,翠绿色,蓝色
• 铟氮化镓 (InGaN) - 近紫外线,蓝绿色,蓝色
• 碳化硅 (SiC) (用作衬底) - 蓝色
• 硅 (Si) (用作衬底) - 蓝色 (开发中)
• 蓝宝石 (Al2O3) (用作衬底) - 蓝色
• 硒化锌 (ZnSe) - 蓝色
• 钻石 (C) - 紫外线
• 氮化铝 (AlN), 铝氮化镓 (AlGaN) - 波长为远至近的紫外线
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用氮化鎵(GaN)形成的藍光LED
LED的寿命:
一般LED的发光寿命很长,产品大多标明为100,000小时以上,但事实上LED的亮度是会衰减的,在运用一段时间后,亮度会衰捡到原本的一半或甚至更少.但所幸随着业界技术的进步,减少LED亮度衰减问题的方案很多.在生产过程中,选用如4元素LEC材料能够拥有较久的亮度衰减周期,而厂商使用的LED制程与成品究竟能耐用多久有很大的关系,配色也是LED厂的生产关键.
LED的使用寿命,比一般白炙灯泡的1,000小时、日光灯具的1万小时,LED使用寿命可达5万小时,大幅降低灯具替换的成本.这项特性帮助LED 灯具在价格竞争上,有了将一般灯泡替换成LED的好理由,更可藉由这项优势,让许多原本因经济考虑而不能全天开启的环境,藉由LED照明让公共或私人场所更安全
LED的应用:
最早LED是用在音响上当指示灯,然后运用在汽车上的仪表板灯、指示灯及音响面板等等,再进而至方向灯、室内灯,很快将应用到照射路面的大灯上.用在方向灯上的技术,己快速展开LED作为一种发光元件可以用于任何照明和指示灯应用,同时LED作为白炽灯和荧光灯的替代品,

(白炽灯)
被称为固态照明(SSL)──多个白光LED组合成一簇构成一个光源(见图).

LED的效率提升得很快︰目前大功率白光平均光输出为60~80流明每瓦(lm/W),2008年底有望达到120 lm/W.LED的长寿命让固态照明非常有吸引力.机械上SSL也比白炽灯和荧光灯更坚固.目前固态照明还未能实现家用,因为还需要电源转换,而且比较昂贵,尽管成本正在下降.闪光LED目前已经广泛应用了.
白炽灯泡非常便宜,但效率也很低,家用钨丝灯为16 lm/W,卤素灯大约为22 lm/W.荧光灯效率很高,50到100 lm/W (平均 60 lm/W),但是灯管易碎,并且需要起辉器和镇流器,因而有时会产生听觉噪音.节能灯里面集成了一个安静的镇流器,相对比较坚固和高效,适用于标准灯座,目前是家用照明的最佳选择.
随着技术的发展,SSL的成本会不断降低,并有望在2020年以前进入千家万户.现下LED主要用于信号指示,而在LED这一领域具有明显的优势.在世界各地,采用发光二极管发光的交通信号灯、汽车指示灯及道路状况告示等已慢慢的变得普遍.在香港地下铁列车中试验的发光二极管照明.

至于普通照明,目前(2008年2月)已经有量产化的商品出现.基于省电节能及环保的原由,很多大型机构都已开始试验发光二极管照明
LED的使用方法:
LED是电流控制的元件,LED是电流型元件,主要是看通过管子电流大小的.一般5mm的LED电流达到1mA就开始起辉,到>25mA即可能烧毁,实际在15-25mA亮度变化已不明显.如果你把自己的LED工作电流设计在10mA,好多产品的LED指示灯工作电流设计在5mA.
下图是最简单的LED显示电路,其中电阻起到限流和分压作用,二极管有内压降,普通的二极管管压降硅管为0.7V,锗管为0.5V,LED为1.7V

上图中电阻的阻值应该选用多少呢????假设我们设计电路中电流为10ma,在25ma以下都行
R=(12-1.7)/10mA=1千欧姆  哈哈很简单吧
  大家思考一下如果是接入220v交流照明电路电阻值应该选多少呢
R=(311-1.7)/10mA  为什么选311 因为220为有效值,最大值为根号2倍的220=311
同时电阻也不能随便选择,选择了不对的电阻可能会烧毁电阻
电阻的功率选择:P=UI=10.3V*0.01A=0.103W
可选择即使用1/8W的电阻
LED的保护:
大家如果接线接反了,LED承受反向电压,如果反向电压超过了其反向击穿电压则可能导致LED烧毁,最简单的方法是在电路中串联一个二极管,此二极管起到了保护作用,电路图如图所示:

二极管可选用1N4004或1N4007,选用二极管的原则是反向电压小于二极管的反向工作电压即可.不过可能要稍微改写一下,以为此二极管内部有0.7V的压降则R=(12-1.7-0.7)/10mA
多个LED的串联:
下图5个发光二极管串联,R选择多少呢?

R=(12-1.7*5-0.7)/10mA=0.28千欧姆
连接图:

LED的价格
LED非常便宜大家可以挑选那些5mm 高亮的品种, 有白红绿黄色双色闪烁,七彩轮换
多种品种一般一个的话  不到1毛钱 , 大概7分钱一个嘿嘿便宜吧
弄10个才7毛,买的少当然贵一些不过基本是 1毛或者1毛5一个嘿嘿
所以这个行业是暴利啊  20个LED组成的大灯成本不超过3元
结果淘宝可以卖你20元呵呵      如果大家意愿比较高的话我可以帮大家做一些LED灯呵呵
等我的车过了保修期我自己来改装改装嘿嘿
下面给大家展示一些比较炫目的LED灯

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