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。
| 颜色 | 波长（纳米） | 压降 (V) | 半导体材料 |
| 红外线 | > 760 | < 1.9 | 砷化镓、 砷化铝镓 |
| 红色 | 610 – 760 | 1.6-2.0 | 砷化铝镓、 磷化砷化镓、 磷化铝镓铟、 磷化镓 |
| 橙色 | 590 – 610 | 2.0-2.1 | 砷化镓磷化物、 铝镓铟磷化物、 磷化镓 |
| 黄色 | 570 – 590 | 2.1-2.2 | 砷化镓磷化物、 铝镓铟磷化物、 磷化镓 |
| 绿色 | 500 – 570 | 1.9-4.0 | 磷化铟镓、 磷化铝镓铟、 磷化铝镓、 氮化铟镓 |
| 蓝色 | 450 – 500 | 2.5-3.7 | 硒化锌、 氮化铟镓、 碳化硅、 硅 |
| 紫色 | 400 – 450 | 2.8-4.0 | 氮化铟镓 |
| 紫色 | 多种类型 | 2.4-3.7 | 双蓝/红 LED， 蓝色带红色荧光粉， 白色带紫色塑料 |
紫外光 |
< 400 | 3.1-4.4 | 金刚石、 氮化硼、 氮化铝、 氮化铝镓、 氮化铝镓铟 |
| 粉色 | 多种类型 | 3.3 | 蓝色荧光粉、 黄色荧光粉、红色、橙色或粉红色荧光粉、 白色粉红色颜料 |
| 白色 | 广谱 | 3.5 | 带黄色荧光粉的蓝色/紫外线二极管 |
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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