全文做了总结。

2 LED 简介

LED(Light Emitting Diode,即发光二极管)是一种固态照明光源,具有体积小、 低功耗、效率高、可调光、寿命长、绿色环保、安全低压等诸多优点。由含镓(Ga)、砷

(As)、磷(P)、氮(N)等的化合物制成,所以它的正向压降可达到 3。6V,而一般的二极 管为 0。7V。当电子与空穴复合时能辐射出可见光,因而可以用来制成发光二极管。

2。1 LED 发光原理

LED 是半导体二极管的一种,可以把电能转化成光能。从本质上讲,其核心是 PN 结, 因此具备 PN 结的一般特性即正向导通、反向截止和击穿。当给发光二极管加上正向电压 后,致使扩散运动强于漂移运动,从 P 区注入到 N 区的空穴和从 N 区注入到 P 区的电子在

PN 结附近微米范围内分别与 N 区电子和 P 区空穴复合从而发光,如图 2。1 所示: 半导体材料的不同,它们的电子和空穴所处的能量状态也不同,当电子和空穴复合时

释放出的能量越多,发出光的波长就越短。因为发光二极管的反向击穿电压大于 5 伏,从

图 2。1 可以看出它的正向伏安特性曲线很陡,所以使用时必须串限流电阻来控制电流,而 电流的大小决定了光的强弱。

从半导体的能带理论可知,电子从高级跃迁到低级能量时多余的能量会以光的形式释 放出来,有如下公式[1]:

其中 h 为普朗克常量,C 为光速, 为波长,q 为电子所带的电荷量, Eg 为跃迁能量

(材料的禁带宽度),如果要发出可见光( =380nm~780nm ),则 Eg =(1。63~3。26)eV 。 对于一般的硅或者锗二极管,由于 Eg 很小,复合后释放出的光波很长,在红外波段,以热

能的形式散出去了。而发光二极管常采用蓝宝石、氮化镓、砷化镓、碳化硅等,这些材料 在电子与空穴复合时释放的是可见光。

2。2 LED 电学特性

LED 也是 PN 型半导体,具备相似的电学特性,而伏安特性是流过 PN 结的电流随施加 于其上的电压变化的特性,是非线性的单向导电特性。如图 2。2 所示[1]:

从图中可以看出只有当电压超过一定的数值即阈值电压 VTH (开启电压)后,电流才 随电压的增加而呈指数性增长,有如下关系:

I  =I (eqVF /nkT   1) (2-2)

式中: Is 为反向饱和电流,q 为电子电荷量,n 为常数(1~2), k  1。3810 J/K 是玻

尔兹曼常数, VF  是 LED 的正向电压。

而当施加反向电压时,只有少量的反向电流流过 PN 结,基本与横轴重合。当反向 电压继续增加到一定数值时,反向电流会急剧增大,将出现反向击穿现象。

综上,LED 与普通的二极管的电学特性并无大异,只是它能够发光而且正向电压稍 大了些。

2。3 LED 连接形式 2。3。1 整体串联形式

①简单串联形式

一般简单的串联连接形式如图 2。3 所示,串联连接方式要求 LED 驱动电路输出较高的 驱动电压。由于 LED 是电流型器件,可以保证各自的发光强度相一致。然而,当其中一个 LED 发生开路故障时,将造成整个 LED 灯串的熄灭,影响了使用的可靠性。

②带反向并联齐纳二极管的串联形式

为了解决简单串联中可靠性问题,可以在每个 LED 两端都反向并联一个齐纳二极管, 如图 2。4 所示。在 LED 正常工作时,由于齐纳二极管 VD1 ~ VDn 不导通,电流主要流过 LED1 ~ LEDn ;当 LED 串中有损坏的 LED 所造成灯串开路时,由于 VD1 ~ VDn 导通,除了

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