LED 是如何发光的？工作原理及种类介绍

发光二极管( LED) 是一种半导体器件，当电流通过时会发出可见光。LED 用于各种应用，包括电子设备上的指示灯、交通信号和照明标志。在本文中，我们将讨论 LED 的工作原理、特性和应用。

LED符号

LED 的符号如下图所示。两个箭头（向外突出）代表光的发射。LED 具有与 PN 结二极管相似的电气特性。它允许电流在正向偏置期间通过，并在反向偏置时阻止电流通过。

注意：阳极引脚比阴极长。

LED 是如何发光的？

当电流流过 LED 时，LED 会发光。下图显示了一个简单的电路，其中 LED 通过电阻连接到电池。当开关打开时，LED 传导电流并开始发光。让我们详细了解一下这个过程。  

当电子与半导体材料中的空穴复合时，它们以光子的形式释放能量。然后，LED 发出的光子通过透镜漏出，透镜将光聚焦成光束。

当二极管正向偏置时，少数电荷载流子（电子）从 p 型材料移动到 n 型材料。类似地，少数电荷载流子（空穴）从 n 型材料移动到 p 型材料。在交界处，额外的少数载流子与多数载流子重新结合。因此，能量以光子的形式发射。  

在普通二极管中，能量在复合过程中以热的形式释放。但在 LED 中，能量以光子的形式发射。

为什么这个电路需要串联电阻？

当直接向 LED 施加正向电压时，LED 可能会损坏。LED 将从电源中汲取所有允许的电流，并且可能会损坏。为了限制电流，串联电阻与 LED 相连。

LED 消耗多少电流？

LED 通常消耗10-30mA 范围内的电流。电流大小决定了LED的亮度，电流越大，LED越亮。然而，过多的电流会损坏 LED，因此找到合适的平衡点很重要。

什么是电致发光？

电致发光是材料响应电流而发光的现象。当对这些材料施加电场时，它会导致电子从正极流向负极。当这些电子穿过材料时，它们会与原子碰撞并释放光子（光粒子）。这些光子的频率决定了发出的光的颜色。

LED 产生的颜色有何不同？

LED 发出的光的颜色取决于用于制造半导体的材料。例如，红色 LED通常由砷化镓等材料制成，而蓝色和绿色 LED通常由氮化铟镓等材料制成。

通过改变用于制造半导体的材料，制造商可以生产发出多种颜色的LED 。下表显示了 LED 的发射颜色及其相应的波长、电压降和用于制造该特定 LED 的材料。

LED类型

使用半导体制造的LED有多种类型。

RGB LED

RGB LED 代表红色、绿色和蓝色 LED。单个外壳中的三个 LED。我们知道红色、绿色和蓝色是原色，它们的组合可以产生不同的颜色。通过控制每束光的强度，我们可以产生不同的颜色。它有 4 条腿。一个公共引脚用作阳极，其他三个引脚用于照亮三种颜色。

可寻址 LED

这些 LED 可以使用芯片组进行控制。WS2812、APA102、UCS1903等是一些芯片组。

内置电阻 LED

这些 LED 有一个芯片来控制限制电流。

大功率 LED

它们是超大功率 LED。它们消耗1 瓦（或更多）的功率。如果不使用适当的冷却方法，它们会产生热量并可能损坏。所以必须在它们上面安装一个散热器。

双色和三色

它将包含两种或三种颜色封装在同一外壳中以产生多种颜色。它有两个或三个终端。

字母数字 LED

它们用于显示字符和数字。

照明灯

LED 用于装饰、室内装饰、墙壁等。

LED的优点

• 低功耗
• 使用寿命长（使用寿命35,000 至 50,000小时）
• 工作电压低
• 有多种颜色可供选择
• 尺寸紧凑，可轻松连接到电路
• 单色光输出

单一波长的光源被称为单色光，其中mono代表只有一种，chroma代表颜色。

LED的缺点

• 电压灵敏度
• 取决于温度

LED的应用

• 装饰和室内照明灯
• 作为电路中的指示灯
• 条形码扫描仪使用红色 LED 代替激光
• 用于杀菌的紫外线 LED （光谱范围为 220 nm 至 395 nm）
• 作为可见光通信中的光源
• LED路灯、汽车照明、机动车等
• 用于显示器
• LED 照明产品的照明效率比白炽灯泡高出90% 。

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