首頁 > 遊戲

發光二極體怎樣接220v發光二極體，發光二極體的原理和接觸注意事項

由雲漢芯城ICkey 發表于遊戲2021-05-28

簡介發光二極體簡稱為LED

發光二極體怎樣接220v

發光二極體簡稱為LED。由含鎵（Ga）、砷（As）、磷（P）、氮（N）等的化合物製成。

當電子與空穴複合時能輻射出可見光，因而可以用來製成發光二極體。在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數字顯示。砷化鎵二極體發紅光，磷化鎵二極體發綠光，碳化矽二極體發黃光，氮化鎵二極體發藍光。因化學性質又分有機發光二極體OLED和無機發光二極體LED。

發光二極體原理

它是半導體二極體的一種，可以把電能

轉化成

光能。發光二極體與普通二極體一樣是由一個PN接面組成，也具有單向導電性。當給發光二極體加上正向電壓後，從P區注入到N區的空穴和由N區注入到P區的電子，在PN接面附近數微米內分別與N區的電子和P區的空穴複合，產生自發輻射的熒光。不同的半導體材料中電子和空穴所處的能量狀態不同。當電子和空穴複合時釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發出的光的波長越短。常用的是發紅光、綠光或黃光的二極體。發光二極體的反向擊穿電壓大於5伏。它的正向伏安特性曲線很陡，使用時必須串聯限流電阻以控制透過二極體的電流。限流電阻R可用下式計算：R=（E－UF）/IF

式中E為電源電壓，UF為LED的正向壓降，IF為LED的正常工作電流。發光二極體的核心部分是由P型半導體和N型半導體組成的晶片，在P型半導體和N型半導體之間有一個過渡層，稱為PN接面。在某些半導體材料的PN接面中，注入的少數載流子與多數載流子複合時會把多餘的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉換為光能。PN接面加反向電壓，少數載流子難以注入，故不發光。這種利用注入式電致發光原理製作的二極體叫發光二極體，通稱LED。當它處於正向工作狀態時（即兩端加上正向電壓），電流從LED陽極流向陰極時，半導體晶體就發出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強弱與電流有關。

白光LED

1993年，當時在日本NichiaCorporation（日亞化工）工作的中村修二（ShujiNakamura）發明了基於寬禁帶半導體材料氮化鎵（GaN）和銦氮化稼（InGaN）的具有商業應用價值的藍光LED，這類LED在1990年代後期得到廣泛應用。理論上藍光LED結合原有的紅光LED和綠光LED可產生白光，但白光LED卻很少是這樣造出來的。

現時生產的白光LED大部分是透過在藍光LED（near-UV，波長450nm至470nm）上覆蓋一層淡黃色熒光粉塗層製成的，這種黃色磷光體通常是透過把摻了鈰的釔鋁石榴石（Ce3+：YAG）晶體磨成粉末後

混和

在一種稠密的黏合劑中而製成的。當LED晶片發出藍光，部分藍光便會被這種晶體很高效地轉換成一個光譜較寬（光譜中心約為580nm）的主要為黃色的光。（實際上單晶的摻Ce的YAG被視為閃爍器多於磷光體。）由於黃光會刺激肉眼中的紅光和綠光受體，再混合LED本身的藍光，使它看起來就像白色光，而其的色澤常被稱作“月光的白色”。

這種製作白光LED的方法是由NichiaCorporation所開發並從1996年開始用在生產白光LED上。若要調校淡黃色光的顏色，可用其它稀土金屬鋱或釓取代Ce3+：YAG中摻入的鈰（Ce），甚至可以以取代YAG中的

部份

或全部鋁的方式做到。而基於其光譜的特性，紅色和綠色的物件在這種LED照射下看起來會不及闊譜光源照射時那麼鮮明。另外由於生產條件的變異，這種LED的成品的色溫並不統一，從暖黃色的到冷的藍色都有，所以在生產過程中會以其出來的特性作出區分。

另一個製作的白光LED的方法則有點像日光燈，發出近紫外光的LED會被塗上兩種磷光體的混合物，一種是發紅光和藍光的銪，另一種是發綠光的，摻雜了硫化鋅（ZnS）的銅和鋁。但由於紫外線會使黏合劑中的環氧樹脂裂化變質，所以生產難度較高，而壽命亦較短。與第一種方法比較，它效率較低而產生較多熱（因為StokesShift前者較大），但好處是光譜的特性較佳，產生的光比較好看。而由於紫外光的LED功率較高，所以其效率雖比較第一種方法低，出來的亮度卻相若。最新一種製造白光LED的方法沒再用上磷光體。新的做法是在硒化鋅（ZnSe）基板上生長硒化鋅的磊晶層。通電時其活躍地帶會發出藍光而基板會發黃光，混合起來便是白色光。

發光二極體極性

發光二極體的兩根引線中較長的一根為正極，應接電源正極。有的發光二極體的兩根引線一樣長，但管殼上有一凸起的小舌，靠近小舌的引線是正極。

LED單向導通性

LED只能往一個方向導通（通電），叫作正向偏置（正向偏壓），當電流流過時，電子與空穴在其內複合而發出單色光，這叫電致發光效應，而光線的波長、顏色跟其所採用的半導體材料種類與摻入的元素雜質有關。具有效率高、壽命長、不易破損、開關速度高、高可靠性等傳統光源不及的優點。白光LED的發光效率，在近幾年來已經有明顯的提升，同時，在每千流明的購入價格上，也因為投入市場的廠商相互競爭的影響，而明顯下降。雖然越來越多人使用LED照明作辦公室、傢俱、裝飾、招牌甚至路燈用途，但在技術上，LED在光電轉換效率（有效照度對用電量的比值）上仍然低於新型的熒光燈，是國家以後發展民用的去向。

發光二極體特性

與白熾燈泡和氖燈相比，發光二極體的特點是：工作電壓很低（有的僅一點幾伏）；工作電流很小（有的僅零點幾毫安即可發光）；抗衝擊和抗震效能好，可靠性高，壽命長；透過調製透過的電流強弱可以方便地調製發光的強弱。由於有這些特點，發光二極體在一些光電控制裝置中用作光源，在許多電子裝置中用作訊號顯示器。把它的管心做成條狀，用7條條狀的發光管組成7段式半導體數碼管，每個數碼管可顯示0～9，10個阿拉伯數字以及A，B，C，D，E，F等部分字母（必須區分大小寫）。

發光二極體引數

LED的光學引數中重要的幾個方面就是：光通量、發光效率、發光強度、光強分佈、波長。

發光效率和光通量：發光效率就是光通量與電功率之比，單位一般為lm/W。發光效率代表了光源的節能特性，這是衡量現代光源效能的一個重要指標。

發光強度和光強分佈：LED發光強度是表徵它在某個方向上的發光強弱，由於LED在不同的空間角度光強相差很多，隨之而來我們研究了LED的光強分佈特性。這個引數實際意義很大，直接影響到LED顯示裝置的最小觀察角度。比如體育場館的LED大型彩色顯示屏，如果選用的LED單管分佈範圍很窄，那麼面對顯示屏處於較大角度的觀眾將看到失真的影象。而且交通標誌燈也要求較大範圍的人能識別。

波長：對於LED的光譜特性我們主要看它的單色性是否優良，而且要注意到紅、黃、藍、綠、白色LED等主要的顏色是否純正。因為在許多場合下，比如交通訊號燈對顏色就要求比較嚴格，不過據觀察我國的一些LED訊號燈中綠色發藍，紅色的為深紅，從這個現象來看我們對LED的光譜特性進行專門研究是非常必要而且很有意義的。

發光二極體分類

發光二極體還可分為普通單色發光二極體、高亮度發光二極體、超高亮度發光二極體、變色發光二極體、閃爍發光二極體、電壓控制型發光二極體、紅外發光二極體和負阻發光二極體等。

LED的控制模式有恆流和恆壓兩種，有多種調光方式，比如模擬調光和PWM調光，大多數的LED都採用的是恆流控制，這樣可以保持LED電流的穩定，不易受VF的變化，可以延長LED燈具的使用壽命。

普通單色發光二極體

普通單色發光二極體具有體積小、工作電壓低、工作電流小、發光均勻穩定、響應速度快、壽命長等優點，可用各種直流、交流、脈衝等電源驅動點亮。它屬於電流控制型半導體器件，使用時需串接合適的限流電阻。

普通單色發光二極體的發光顏色與發光的波長有關，而發光的波長又取決於製造發光二極體所用的半導體材料。紅色發光二極體的波長一般為650~700nm，琥珀色發光二極體的波長一般為630~650nm，橙色發光二極體的波長一般為610~630nm左右，黃色發光二極體的波長一般為585nm左右，綠色發光二極體的波長一般為555~570nm。常用的國產普通單色發光二極體有BT（廠標型號）系列、FG（部標型號）系列和2EF系列，見表4-26、表4-27和表4-28。

常用的進口普通單色發光二極體有SLR系列和SLC系列等。

高亮度單色發光二極體

高亮度單色發光二極體和超高亮度單色發光二極體使用的半導體材料與普通單色發光二極體不同，所以發光的強度也不同。

通常，高亮度單色發光二極體使用砷鋁化鎵（GaAlAs）等材料，超高亮度單色發光二極體使用磷銦砷化鎵（GaAsInP）等材料，而普通單色發光二極體使用磷化鎵（GaP）或磷砷化鎵（GaAsP）等材料。

常用的高亮度紅色發光二極體的主要引數見表4-29，常用的超高亮度單色發光二極體的主要引數見表4-30。

變色發光二極體

變色發光二極體是能變換髮光顏色的發光二極體。變色發光二極體發光顏色種類可分為雙色發光二極體、三色發光二極體和多色（有紅、藍、綠、白四種顏色）發光二極體。

變色發光二極體按引腳數量可分為二端變色發光二極體、三端變色發光二極體、四端變色發光二極體和六端變色發光二極體。

常用的雙色發光二極體有2EF系列和TB系列，常用的三色發光二極體有2EF302、2EF312、2EF322等型號。

閃爍發光二極體

閃爍發光二極體（BTS）是一種由CMOS積體電路和發光二極體組成的特殊發光器件，可用於報警指示及欠壓、超壓指示。

閃爍發光二極體在使用時，無須外接其它元件，只要在其引腳兩端加上適當的直流工作電壓（5V）即可閃爍發光。

電壓控制型發光二極體

普通發光二極體屬於電流控制型器件，在使用時需串接適當阻值的限流電阻。電壓控制型發光二極體（BTV）是將發光二極體和限流電阻整合製作為一體，使用時可直接並接在電源兩端。使普通紅光發光二極體

電壓可以工作在3伏－10伏如YX503URC，YX304URC，YX503BRC電壓型LED發光二極體，為工程技術開發人員提供更大的選擇。

紅外發光二極體

紅外發光二極體也稱紅外線發射二極體，它是可以將電能直接轉換成紅外光（不可見光）並能輻射出去的發光器件，主要應用於各種光控及遙控發射電路中。

紅外發光二極體的結構、原理與普通發光二極體相近，只是使用的半導體材料不同。紅外發光二極體通常使用砷化鎵（GaAs）、砷鋁化鎵（GaAlAs）等材料，採用全透明或淺藍色、黑色的樹脂封裝。

常用的紅外發光二極體有SIR系列、SIM系列、PLT系列、GL系列、HIR系列和HG系列等。

電池LED燈：iViTiOn，有一個可令它發光最長3小時的內建電池。有電時，電池充電，而且燈泡正常發光。停電時，燈泡自動切換到電池模式。

發光二極體特點

電壓：LED使用低壓電源，供電電壓在直流3-24V之間，根據產品不同而異，也有少數DC36V、DC40V等，所以它是一個比使用高壓電源更安全的電源，特別適用於公共場所。

效能：消耗能量較同光效的白熾燈減少80%左右，較節能燈減少40%左右。

適用性：體積很小，每個單元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以製備成各種形狀的器件，並且適合於易變的環境

穩定性：10萬小時，光衰為初始的50%

響應時間：其白熾燈的響應時間為毫秒級，LED燈的響應時間為納秒級

環境汙染：不含有害金屬汞等

顏色：發光二極體方便地透過化學修飾方法，調整材料的能帶結構和禁頻寬度，實現紅黃綠藍橙多色發光。紅光管工作電壓較小，顏色不同的紅、橙、黃、綠、藍的發光二極體的工作電壓依次升高。

價格：LED的價格越來越平民化，因LED省電的特性，也許不久的將來，人們都會把白熾燈換成LED燈。我國部分城市公路、學校、廠區等場所已換裝完LED路燈、節能燈等。

發光二極體測量

一般檢測

普通發光二極體的檢測

（1）用萬用表檢測。利用具有×10kΩ擋的指標式萬用表可以大致判斷髮光二極體的好壞。正常時，二極體正向電阻阻值為幾十至200kΩ，反向電阻的值為∝。如果正向電阻值為0或為∞，反向電阻值很小或為0，則易損壞。這種檢測方法，不能實質地看到發光管的發光情況，因為×10kΩ擋不能向LED提供較大正向電流。

如果有兩塊指標萬用表（最好同型號）可以較好地檢查發光二極體的發光情況。用一根導線將其中一塊萬用表的“+”接線柱與另一塊表的“-”接線柱連線。餘下的“-”筆接被測發光管的正極（P區），餘下的“+”筆接被測發光管的負極（N區）。兩塊萬用表均置×10kΩ擋。正常情況下，接通後就能正常發光。若亮度很低，甚至不發光，可將兩塊萬用表均撥至×1mΩ若，若仍很暗，甚至不發光，則說明該發光二極體效能不良或損壞。應注意，不能一開始測量就將兩塊萬用表置於×1mΩ，以免電流過大，損壞發光二極體。

（2）外接電源測量。用3V穩壓源或兩節串聯的乾電池及萬用表（指標式或數字式皆可）可以較準確測量發光二極體的光、電特性。為此可按圖10所示連線電路即可。如果測得VF在1。4～3V之間，且發光亮度正常，可以說明發光正常。如果測得VF=0或VF≈3V，且不發光，說明發光管已壞。

紅外發光二極體的檢測

由於紅外發光二極體，它發射1～3μm的紅外光，肉眼無法看到到。通常單隻紅外發光二極體發射功率只有數mW，不同型號的紅外LED發光強度角分佈也不相同。紅外LED的正向壓降一般為1。3～2。5V。正由於其發射的紅外光人眼看不見，所以利用上述可見光LED的檢測法只能判定其PN接面正、反向電學特性是否正常，而無法判定其發光情況正常否。為此，最好準備一隻光敏器件（如2CR、2DR型矽光電池）作接收器。用萬用表測光電池兩端電壓的變化情況。來判斷紅外LED加上適當正向電流後是否發射紅外光。

光強度

把光強標準燈，LED和配有V（λ）濾光片的矽光電二極體安裝和除錯在光具座上，特別是嚴格地調燈絲位置，LED發光部位及接受面位置。

先用光強標準燈校準矽光電二極體，C=E/S，式中Rs=Is/Ds，Ds是標準燈與接受器之間的距離，Is是標準燈的光強度，Rs是標準燈的響應。Et=C·Rt，式中Et是被測LED的照度，Rt是被測LED的響應，則LED的光強度It為：It=Et·Dt，式中Dt是LED與接受面之距離。

對於LED來講，其發光面是圓蓋形狀的，光分佈是很特殊的，所以在不同的測量距離下，光強值會變化，偏離距離平方反比定律，即使固定了測量距離，但是由於接受器接受面積不同，其光強值也會變化。因此，為了提高測量精度，應該把測量距離和接受面積大小相對地給予固定為好。例如，測量距離按照GIE推薦採用316mm，接受器面積固定為10×10mm。在同一測量距離下，LED轉角不同，其光強也相應地有變化，因此為了獲得最佳值，最好讀出最大讀數Rt為佳。

光通量

光通量測量在變角光度計的轉檯上進行，轉檯上安轉了LED，該轉檯在其水平面上繞著垂直軸旋轉±90度，LED在垂直面上繞著測光軸旋轉360度。在水平面上和垂直面上的轉角的控制是透過步進馬達來實現的。轉檯在導軌上隨意移動，當測量標準燈時，轉檯應離開導軌。

測量時大轉盤在水平面上繞垂直軸旋轉，步進角度為0。9°，正方向90°，反方向90°。LED自身也在旋轉，在每一個水平角度下，垂直平面上每隔18°進行一次訊號採集，轉完360°之後共採集到20個數據，按下式計算總光通量。

如果大盤旋轉0°～90°時，小盤轉0°～360°即可。但是大盤旋轉0°～90°時，有可能LED安裝不均勻（不對稱）而引起誤差，因此最好的解決辦法是大盤轉－90°～0°～90°，小盤仍然轉0°～360°，把大盤0°～90°和－90°～0°兩個範圍內絕對值相等的角度上的照度值取平均值來作為0°～90°內的值。

LED總光通量測量的第二種方法是積分求法。此方法的優點是簡單易行，但測量精度不高。LED的總光通量計算方法如下，先計算離積分球入射視窗（入射視窗面積A）1距離上標準燈（光強值Is）進入積分球內的光通量Φs，Φs=Is·A/I2

讀出接收器上的光電流訊號is，然後把LED置於視窗上，讀出相應的接收器光電流訊號it，則LED的總光通量Φ為：Φt=It/IsΦs·K式中K為色修正係數。

光譜

發光二極體的光譜功率分佈測量，目的是掌握LED的光譜特性和色度，再者是為了對已測得的LED的光度量值進行修正。

在測量LED光譜功率分佈時，應注意以下幾點，一個是在與標準光譜輻照度進行比較時由於標準燈的光譜輻強度比LED強得多，為了避免這個問題，最好在標準燈前加一箇中性濾光片，使它的光譜輻強度接近於LED。

LED的光譜寬度很窄，為了準確地描繪LED的光譜分佈輪廓，最好採用窄帶波長寬度的單色儀進行測量，波長間隔為1nm為好。

按下式計算LED的光譜功率分佈Et。

Etλ=Esλ·Itλ/Isλ

式中i是標準燈在波長i處的響應；E是標準燈的光譜功率分佈；i是LED在波長λ處的響應。LED的色座標計算公式為：x=∫Etλ·xλdλ；y=∫Etλ·ydλ；z=∫Etλ·ydλ。色座標為：x=X/（X+Y+Z）；y=Y/（X+Y+Z），也可計算LED的主波長和色純度。

發光二極體也與普通二極體一樣由PN接面構成，也具有單向導電性。它廣泛應用於各種電子電路、家電、儀表等裝置中、作電源指示或電平指示。

發光二極體的主要特性表

*cd（坎德拉）發光強度的單位

效能要求

1。高可靠性特別像LED路燈的驅動電源，裝在高空，維修不方便，維修的花費也大。

2。高效率LED是節能產品，驅動電源的效率要高。對於電源安裝在燈具內的結構，尤為重要。因為LED的發光效率隨著LED溫度的升高而下降，所以LED的散熱非常重要。電源的效率高，它的耗損功率小，在燈具內發熱量就小，也就降低了燈具的溫升。對延緩LED的光衰有利。

3。高功率因素功率因素是電網對負載的要求。一般70瓦以下的用電器，沒有強制性指標。雖然功率不大的單個用電器功率因素低一點對電網的影響不大，但晚上大家點燈，同類負載太集中，會對電網產生較嚴重的汙染。對於30瓦~40瓦的LED驅動電源，據說不久的將來，也許會對功率因素方面有一定的指標要求。

4。驅動方式通行的有兩種：其一是一個恆壓源供多個恆流源，每個恆流源單獨給每路LED供電。這種方式，組合靈活，一路LED故障，不影響其他LED的工作，但成本會略高一點。另一種是直接恆流供電，LED串聯或並聯執行。它的優點是成本低一點，但靈活性差，還要解決某個LED故障，不影響其他LED執行的問題。這兩種形式，在一段時間內並存。多路恆流輸出供電方式，在成本和效能方面會較好。也許是以後的主流方向。

5。浪湧保護LED抗浪湧的能力是比較差的，特別是抗反向電壓能力。加強這方面的保護也很重要。有些LED燈裝在戶外，如LED路燈。由於電網負載的啟甩和雷擊的感應，從電網系統會侵入各種浪湧，有些浪湧會導致LED的損壞。因此LED驅動電源要有抑制浪湧的侵入，保護LED不被損壞的能力。

6。保護功能電源除了常規的保護功能外，最好在恆流輸出中增加LED溫度負反饋，防止LED溫度過高。

7。防護方面燈具外安裝型，電源結構要防水、防潮，外殼要耐曬。

8。驅動電源的壽命要與LED的壽命相適配。

9。要符合安規和電磁相容的要求。

發光二極體應用

在LED於20世紀60年代問世到80年代之前這10多年中，LED只有紅、黃、綠幾種顏色，發光效率很低（僅約1lm/W），亮度比較低，而且價格高，人們只是將其用作電子產品的指示燈。從LED發展和應用歷程上看，這一時期為LED的指示應用階段。

1、交流電源指示燈：該電路只要連線220V/50Hz的交流供電線路，LED就會被點亮，指示電源接通。限流電阻R的阻值為220V/IF。

2、交流開關指示燈：用LED作白熾燈開關指示燈的電路，當開關斷開燈泡熄滅時，電流經R、LED和燈泡EL形成迴路，LED亮，方便人們在黑暗中找到開關。此時曲於迴路中的電流很小，燈泡是不會亮的。當接通開關時，燈泡被點亮，而LED則熄滅。

3、交流電源插座指示燈：用雙色（共陰極）LED作交流電源插座指示燈的電路。插座的供電由開關S控制。當紅光LED亮時，插座無電；當綠光LED亮時，插座有電。

4、保險管座指示燈：LED用作工廠裝置配電箱保險管座指示燈的電路。當保險管完好時，LED不亮；當保險管熔斷時，LED會被點亮，以指示使用者是哪一個熔斷器已被燒斷，以便更換。這對於用肉眼無法觀察好壞的瓷芯式熔斷器來說是非常方便的。

5、LED廣告招牌燈