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發光二極管工作原理 發光二極管通常稱為LED，它們雖然名不見經傳，卻是電子世界中真正的英雄。它們能完成數十種不同的工作，并且在各種設備中都能找到它們的身影。 它們用途廣泛，例如它們可以組成電子鐘表表盤上的數字，從遙控器傳輸信息，為手表表盤照明并在設備開啟時向您發出提示。 如果將它們集結在一起，可以組成超大電視屏幕上的圖像，或是用于點亮交通信號燈。   本質上，LED只是一種易于裝配到電子電路中的微型燈泡。但它們并不像普通的白熾燈，它們并不含有可燒盡的燈絲，也不會變得特別燙。它們能夠發光，僅僅是半導體材料內的電子運動的結果，并且它們的壽命同普通的晶體管一樣長。   在本文中，我們會分析這些無所不在的閃光元件背后的簡單原理，與此同時也會闡明一些饒有趣味的電學及光學原理。     二極管是最簡單的一種半導體設備。廣義的半導體是指那些具有可變導電能力的材料。大多數半導體是由不良導體摻入雜質（另一種材料的原子）而形成的，而摻入雜質的過程稱為摻雜。   就LED而言，典型的導體材料為砷化鋁鎵 (AlGaAs)。 在純凈的砷化鋁鎵中，每個原子與相鄰的原子聯結完好，沒有多余的自由電子（帶負電荷的粒子）來傳導電流。而材料經摻雜后，摻入的原子打破了原有平衡，材料內或是產生了自由電子，或是產生了可供電子移動的空穴。無論是自由電子數目的增多還是空穴數目的增多，都會增強材料的導電性。   具有多余電子的半導體稱為N型材料，因其含有多余的帶負電荷的粒子。在N型材料中，自由電子能夠從帶負電荷的區域移往帶正電荷的區域。   擁有多余空穴的半導體稱為P型材料，因為它在導電效果上相當于含有帶正電荷的粒子。電子可以在空穴間轉移，從帶負電荷的區域移往帶正電荷的區域。因此，空穴本身就像是從帶正電荷的區域移往帶負電荷的區域。   一個二極管由一段P型材料同一段N型材料相連而成，且兩端連有電極。這種結構只能沿一個方向傳導電流。當二極管兩端不加電壓時，N型材料中的電子會沿著層間的PN結

(junction)運動，去填充P

型材料中的空穴，并形成一個耗盡區。在耗盡區內，半導體材料回到它原來的絕緣態——即所有的空穴都被填充，因而耗盡區內既沒有自由電子，也沒有供電子移動的空間，電荷則不能流動。     在PN結(junction)內，N型材料中的自由電子填充了P型材料中的空穴。 這樣，在二極管的中間就產生了一個絕緣層，稱為耗盡區。

為了使耗盡區消失，必須使電子從N型區域移往P

型區域，同時空穴沿相反的方向移動。為此，您可以將二極管N型的一端與電路的負極相連，同時P型的那一端與正極相連。N 型材料中的自由電子被負極排斥，又被正極吸引；而P型材料中的空穴會沿反方向移動。如果兩電極之間的電壓足夠高，耗盡區內的電子會被推出空穴，從而再次獲得自由移動的能力。此時耗盡區消失，電荷可以通過二極管。     當電路的負極與N型層、正極與P

型層相連時， 電子和空穴開始遷移，而耗盡區將消失。

如果您試圖讓電流沿反方向流動，將P型端連接到電路負極、N型端連接到正極的話，電流將不會流動。N型材料中帶負電的電子會被吸引到正極上；P型材料中帶正電的空穴則會被吸引到負極上。由于空穴與電子各自沿著錯誤的方向運動，PN結將不會有電流通過，耗盡區也會擴大。（有關整個過程的更多信息，請參閱半導體工作原理。）

當電路的正極連接到N型層、負極連接到P型層時，自由電子會聚集在二極管的一端，同時空穴會聚集在另一端。耗盡區會擴大。

在這種情形下，電子同空穴之間的相互作用會產生一個有趣的副作用——

發光！在下一節，我們將探討其來龍去脈。 光是一種能量形式，可由原子釋出。光由一些具有能量和動量但無質量的類粒子束組成。這些粒子稱為光子，是光的最基本單位。 電子的躍遷會釋放出光子。在原子結構中，電子在原子核周圍的軌道中運動。電子在不同的軌道中具有不同的能量值。通常，能量更高的電子在離原子核更遠的軌道中運動。 為了讓電子能夠從低能軌道躍遷至高能軌道，就必須提高它的能級。反過來，電子從高能軌道跌落至低能軌道時則會釋出能量。這種能量就以光子的形式得到釋放。能量差約大，釋出的光子能量就越大，繼而表現為更高的頻率。（有關詳細說明，請查看光的原理。） 我們在上一節已經了解到，自由電子通過二極管時會陷入P型層中的空穴。這一過程涉及電子從傳導帶到低軌道的跌落，因而電子會以光子的形式釋放出能量。這種情況在所有的二極管中都會發生，但只有當二極管由某些特定材料制成時，您才能看到光子。舉例來說，普通硅二極管中的原子會以一種特定方式排列，在這種排列下，電子跌落的距離相對而言比較短，這導致產生的光子頻率過低（它們在光譜中處于紅外線區域），不能為人眼所見。當然，這也不一定就是壞事：紅外線LED有很多用途，例如它是制造遙控器的理想元件。   續  可見光發光二極管(VLED)，例如用來點亮電子鐘表中的數字的發光二極管，其構成材料就以傳導帶與低軌道之間的間隙較大為特征。間隙的大小決定光子的頻率——從而決定了光的顏色。

盡管所有的二極管都能發光，但大多數發光效果并不好。在普通二極管內，大量的光能最終會被半導體材料自身吸收。LED

因其獨特的構造，可以向外釋放大量的光子。另外，它們被安置在一個可以將光線匯聚到某一特定方向的塑料燈泡里面。如下圖所示，二極管發出的大部分光線被燈泡側壁反射回來，然后繼續傳播，直至它們穿過燈泡的圓形頂端。

與傳統白熾燈相比，LED有幾點優勢。首先，它們不含可燒盡的燈絲，因而壽命更長；另外，小型塑料燈泡使得它們更加耐用。還有，它們也易于裝配到現代電路中去。   而LED最主要的優勢在于其高效性。傳統的白熾燈泡在發光過程中會散發出大量熱量（因為燈絲需要加熱）。這些熱能將是徹頭徹尾的浪費，除非您把燈當作加熱器使用，因為絕大部分的電能都沒有產生可見光。相對來說，LED產生的熱量甚微，電能中直接用來發光的百分比要高很多，這樣可以大大降低用電需求。 LED由先進的半導體材料制成，因而相對昂貴，時至今日仍不能應用于大多數照明設備中。然而過去十年間，半導體設備的價格已經大幅下降，這使得LED照明在各種應用場合都成為一種性價比更高的選擇。 盡管它們起初也許會比白熾燈更貴些，但更加低廉的長期成本還是會讓它們成為一筆劃算的買賣。并且，它們還會在未來的科技世界中扮演更加重要的角色。

發光二極管電壓

發光二極管簡稱為LED。由鎵與砷、磷的化合物制成的二極管，當電子與空穴復合時能輻射出可見光，因而可以用來制成發光二極管。在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數字顯示。磷砷化鎵二極管發紅光，磷化鎵二極管發綠光，碳化硅二極管發黃光。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，特別適用于公共場所。對于LED來講，其發光面是圓蓋形狀的，光分布是很特殊的，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，但是由于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推薦采用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R t為佳。

發光二極管的特點是：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）；抗沖擊和抗震性能好，可靠性高，壽命長；通過調制通過的電流強弱可以方便地調制發光的強弱。由于有這些特點，發光二極管在一些光電控制設備中用作光源，在許多電子設備中用作信號顯示器。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。

穩壓二極管型號：

穩壓二極管是穩定電壓就是穩壓二極管在反向擊穿區時的工作電壓，管子兩端的電壓值。這個數值隨工作電流和溫度的不同略有改變，即使同一型號的穩壓二極管，穩定電壓值也有一定的分散性，例如2CW14硅穩壓二極管的穩定電壓為6～7.5V。指穩壓管產生穩定電壓時通過該管的電流值。低于此值時，穩壓管雖并非不能穩壓，但穩壓效果會變差;高于此值時，只要不超過額定功率損耗，也是允許的，而且穩壓性能會好一些，但要多消耗電能。 穩壓二極管的作用主要是用來保護電路，那么穩壓二極管是如何達到這些作用的呢？

  兩個穩壓二極管反向串聯的作用：1、經常在功率較大的放大電路，功率管的基極b與發射極e即發射結并聯兩個反向的二極管，這是通過對發射結輸入電流的分流作用而起保護作用；2、兩個二極管反向串聯后對與之并聯的電路可起過壓保護作用，當電路過壓時，二極管首先擊穿短路；

  雙向過壓保護。這種雙向tvs，雙向過壓保護電路一般用于電子電路，與被保護的PN結并聯，保護該PN免遭反向過電壓的危害；

  作用：過壓保護，靜電保護，電壓鉗位，阻尼作用。

  瞬態電壓抑制器簡稱TVS，是一種二極管形式的高效能保護器件。當TVS二極管的兩極受到反向瞬態高能量沖擊時，它能以10-12秒量級的速度，將其兩極間的高阻抗變為低阻抗，吸收高達數千瓦的浪涌功率，使兩極間的電壓箝位于一個預定值，有效地保護電子線路中的精密元器件，免受各種浪涌脈沖的損壞。

  1、將TVS二極管加在信號及電源線上，能防止微處理器或單片機因瞬間的肪沖，如靜電放電效應、交流電源之浪涌及開關電源的噪音所導致的失靈。

  2、靜電放電效應能釋放超過10000V、60A以上的脈沖，并能持續10ms；而一般的TTL器件，遇到超過30ms的10V脈沖時，便會導至損壞。利用TVS二極管，可有效吸收會造成器件損壞的脈沖，并能消除由總線之間開關所引起的干擾。

  3、將TVS二極管放置在信號線及接地間，能避免數據及控制總線受到不必要的噪音影響。開關電源中的開關管一般是mos管，由于mos管的G極對靜電或過壓非常敏感，所以為了保護它免遭損壞才加雙向TVS給與保護，一般三極管開關并不害怕靜電，很少有這個保護。

  4、如果是兩個穩壓二極管反向串聯，正、反方向電壓到達穩壓值時，電壓被鉗位；

  5、如果是兩個穩壓二極管反向串聯，正、反方向電壓到達穩壓值時，電流劇增，電動力增大，起阻尼作用。