(转)发光二极管基本结构、检测方法及压降计算方法

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发光二极管简称为LED,由镓(Ga)与砷(AS)、磷(P)的化合物制成的二极管,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。在电路及仪器中作为指示灯,或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光,磷化镓二极管发绿光,碳化硅二极管发黄光一定的电流后,电子与空穴不断流过PN结或与之类似的结构面,并进行自发复合产生辐射光的二极管半导体器件。与白炽灯泡和氖灯相比,发光二极管工作电压很低(有的仅一点几伏);工作电流很小(有的仅零点几毫安即可发光);抗冲击和抗震性能好,可靠性高,寿命长;通过调制通过的电流强弱可以方便地调制发光的强弱。接下来贤集网小编来为大家介绍发光二极管基本结构、检测方法、压降计算、6种常见问题解答。一起来看看吧!

发光二极管基本结构

发光二极管是一种将电能转换成光能的特殊二极管(发光器件),简写成LED,其符号如图所示。

 

 

 

其基本结构是一个PN结,但正向导通电压比普通二极管高,一般为1~2V,且具有普通二极管没有的发光能力。当这种管子通以正向电流时将发出光来,这是由于电子与空穴直接复合而释放能量的结果。发光二极管常采用砷化鎵、磷化鎵等化合物半导体制成,其发光颜色主要取决于所采用的半导体材料,可以发出红、黄和绿色等可见光,也可以发出 看不见的红外光,其发光亮度与流经管子的电流成正比,工作电流一般为几~几十mA。

 发光二极管的检测方法

1、用万用表检测

(1)利用具有×10kΩ挡的指针式万用表可以大致判断发光二极管的好坏。正常时,二极管正向电阻阻值为几十至200kΩ,反向电阻的值为∝。如果正向电阻值为0或为∞,反向电阻值很小或为0,则易损坏。这种检测方法,不能实地看到发光管的发光情况,因为×10kΩ挡不能向LED提供较大正向电流。

(2)如果有两块指针万用表(最好同型号)可以较好地检查发光二极管的发光情况。用一根导线将其中一块万用表的“+”接线柱与另一块表的“-”接线柱连接。余下的“-”笔接被测发光管的正极(P区),余下的“+”笔接被测发光管的负极(N区)。两块万用表均置×10Ω挡。正常情况下,接通后就能正常发光。若亮度很低,甚至不发光,可将两块万用表均拨至×1Ω若,若仍很暗,甚至不发光,则说明该发光二极管性能不良或损坏。应注意,不能一开始测量就将两块万用表置于×1Ω,以免电流过大,损坏发光二极管。

2、外接电源测量

用3V稳压源或两节串联的干电池及万用表(指针式或数字式皆可)可以较准确测量发光二极管的光、电特性。为此可按图10所示连接电路即可。如果测得VF在1.4~3V之间,且发光亮度正常,可以说明发光正常。如果测得VF=0或VF≈3V,且不发光,说明发光管已坏。

​发光二极管基本结构、检测方法及压降计算方法

3、红外发光二极管的检测

 由于红外发光二极管,它发射1~3μm的红外光,人眼看不到。通常单只红外发光二极管发射功率只有数mW,不同型号的红外LED发光强度角分布也不相同。红外LED的正向压降一般为1.3~2.5V。正是由于其发射的红外光人眼看不见,所以利用上述可见光LED的检测法只能判定其PN结正、反向电学特性是否正常,而无法判定其发光情况正常否。为此,最好准备一只光敏器件(如2CR、2DR型硅光电池)作接收器。用万用表测光电池两端电压的变化情况。来判断红外LED加上适当正向电流后是否发射红外光。

 

发光二极管压降计算

1、发光二极管压降计算方法

压降的计算方法有很多种,而发光二极管压降计算方法也一样。至于有哪些计算发光二极管压降的方法呢?请听小编娓娓道来。首先先估算出负载电流,根据设备的功率算出电流,电流大小,和功率有关,而且和电压也有这直接的关系,直接用功率大小算出电流;而后就是电压的计算,根据发光二极管的负荷距,估算电压上的损失值,根据电流选择截面面积。而后就可以进行计算发光二极管压降了。

2、发光二极管压降计算公式

有了计算发光二极管压降的方法,当然也需要公式的套用了。首先计算的电流I,公式为I= P/1.732×U×cosθ,其中P功率,U电压,cosθ功率因素;而后就是电阻R的计算公式了,R=ρ×L/S, ρ指的是导体电阻率,L线路的长度,S代表线路的横截面积;最后就是计算发光二极管压降的公式了,ΔU=I×R,电压乘以电阻,就得出发光二极管压降的差值了。就是这么简单,就是这么快速。

3、贴片发光二极管压降

贴片发光二极管压降,颜色有很多种,不同颜色的发光二极管压降,其压降值都不一样。比如红色的,其压降为1.82v-1.88v,电流为5-8mA;橙色发光二极管压降为1.7v-1.8v,电流为3-5mA;绿色,其压降为1.75v-1.82v,电流为3-5mA;白色压降为3v-3.2v,电流为10-15mA;最后一个兰色,其压降为3.1-3.3V,电流8-10mA。

4、不同颜色发光二极管压降

不同颜色的发光二极管压降都不同,以下具体压降值仅供参考哦!红色发光二极管的压降为2.0-2.2V ;绿色发光二极管的压降为3.0—3.2V;正常发光时的额定电流约为20mA。黄色发光二极管的压降为1.8—2.0V。然而,这些不同颜色的发光二极管压降,其经过的电流以及电阻值也不一样。其中直径3毫米的白蓝紫10毫安,红绿黄5毫安,直径5毫米的翻倍。电流则根据不同的材料以及截面多决定。

 

LED限流电阻的大小计算

术语解释:

VF: 正向电压

IF: 正向电流

一般5mm的LED, 电流是在20~30mA之间, 也有大电流的, 如Luxeon, 可以去到300mA或更高。那, 要点亮一枚LED, 需要几多V呢?答案, 不同颜色的LED, 有不同的Vf (Forward Voltage)。

 以下是常用LED的VF

颜色

正向电压(Vf)

1.8-2.2 v

1.9-2.1 v

绿

1.9-2.2 v

2.6-3.0 v

2.6-3.1 v

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

很多时候电路中都用LED做指示,这就涉及到限流电阻,这个怎么选取呢?

限流电阻可以根据下式计算:

 

 

假设, 我们要点亮的是一枚蓝光LED, 根据上表Vf是3.4V, 然后我们要设定电流。 5mm的LED可以设定在20~30mA, 这里我们取20mA。再来, 就要看你的输入电源是几多V。 这里, 我们假设是5V  ,那么计算公式如下:

 

如果买不到85ohm的电阻, 我们可以用靠近的电阻值。

 

如果5V电压要点亮6枚白色LED? 那怎么办?
白光的灯珠的导通压降一般都3V以上,两颗灯珠串联其压降6V以上,大于供电电源5V,因此,要点亮6颗白光LED灯珠,LED灯珠只能并联,不能串联。 每一枚LED都要有200ohm的电阻。如下图:

 

 


能够串联时应该尽量串联,提高电源的使用效率。比如LED的正向导通压降为Vz,电源电压为VCC,则当n*Vz<VCC<(n+1)*Vz时,应该串联n个LED灯珠,这样电源的利用率最高。
串联的方法, 是可以串几粒LED, 再加一枚电阻。
那可以串几粒呢?那要看你的LED是什么颜色, 是什么Vf了。

假设我们要点亮12枚蓝色的LED, 用12V电源。
串4枚是3.4v+3.4v+3.4v+3.4v=13.6V, 大过我们的12V输入,所以不可能点亮。
那我们串3枚LED, 3.4v+3.4v+3.4v=10.2V, 少过12V, 可以用。
例2:
R= (12V- (3.4v+3.4v+3.4v))/ 0.025A =(12V- 10.2v)/ 0.025A = 72ohm
实际上, 买不到72ohm的电阻, 我们可以用靠近的电阻值, 就是68ohm。
因为要12粒蓝光LED, 我们需要4串, 才能实现。如图:

 

 



在来一例:
例3:
用12V, 点亮6枚红色LED, 那电阻:
R= (12V- (1.8V+1.8V+1.8V+1.8V+1.8V+1.8V))/ 0.025A
=(12V- 10.8v)/ 0.025A = 48ohm (用47ohm)


例4:
用12V, 点亮1枚红色LED, 那电阻:
R= (12V- 1.8V)/ 0.025A
= 408ohm (390ohm)

还有一种简易的方法, 就是用限流的方式来点亮。
还有, 汽车的12V电压不稳定, 12V~14.5V, 那要怎么办呢?

我们可以用LM317T 来做恒流源/ 限流器。但这个限流器, 需要输入大过1.25V的电压, 才能操作。
这时, 你不用计算要用几多ohm的电阻, 你只要决定要用几多mA来推动你的LED就可以了。
比如你要30mA, 就用公式: R1= Vref / I, Vref=1.25V, I=30mA
R1=1.25V/0.03A= 41.66 ohm

也就是说, 你program 最大的电流是30mA, 不管你的输入电压是几V(<37V), 也不管你的LED的Vf是多少, 只要你遵守以下的规则, 那就是输入电压(电池)减 - 1.25V , 要大过你的LED的VF总和 。(抱歉,我已尽量用初学者/门外汉能听懂的话解释了, 不明白没关系)。

可能你会问, 那你可以串联接几粒LED呢?
假设: 你的红色LED的Vf是1.8V, 电池是12V,限流器会用掉1.25V, 那可以用的电压是12V-1.25V=10.75V

现在我们算看, 10.75V 可以Drive几粒红色的LED,
10.75V/1.8V= 5.97 ,没有5.97 粒的, 我们就用5粒。答案是5粒。 (你要用6粒也可以啦)

你又可能会问, 那3粒或1粒可以吗?答案,可以, 只要不多过5粒就ok的了。
如果是一粒, 你直接去买一粒电阻来接更简单。

什么时候用限流器呢?
1. 当你要推动的是大电流的LED如SuperFlux, 1W, 3W 的大功率LED。
2. 当你不知道Vf是多少, 又怕弄坏LED, 就用。
3. 当你在车上, 电压不稳定时, 算的时候可能用12V来算, 可是有时电压会去到14.5V, 造成LED的亮度不一致。

用限流器, 要小心注意R1电阻不要错,错了电流可能变大, 烧了LED不关我的事。:o

用LM317T来做限流器, 是其中一种方法, 我们也可以用Transistor 来做限流器的, 有需要我才说一说。


补充:
恒流源是什么?恒流源就是Constant Current。
限流器是什么?限流器就Current Limiter。


较高级的LED 电路, 是用IC来控制的。
1. 它可以控制LED的亮度, 效率高。
2. 它可以升压 (charge pump), 用一粒1.5V的电池来点亮一枚白光LED。

应用例子:
1. LED 手电筒 (不是你在Pasar Malam看到的那种)
2. 手机里当相机的闪光灯。

下面是用3.3v Vf的LED, 在12V,13V,14V的例子。
BAIDU“阻容降压”就可以了

我有个LED灯电源,灯数对应的电容型号如图

            网上了解了,都说只需知道电流就可以选择电容   C电容(微法)=15*I电流(安),那为什么不同灯数,相同电流却还要选用不同的电容?

            (实测原20灯的电源板接到50灯上电压不足,点不亮)

            我想了解不同的灯数如何选择电容

            还有就是上面所说的C=15*I 当I=0.016 C就=0.24 这0.24对应的电容是什么型号?有这个对照表吗

问题补充:

20灯经计算是正确的,表中的电流是16ma的,那换成38灯的用这个方法却解释不了。因为同样是0.33uF的电容,在38灯的情况下电流依然是16MA,可电容的电压应该是不同的,这又是怎么回事?

  

看来你是个初学的朋友吧,你要知道,你用的LED都是用来串联的,以白色LED为例,每个LED的在20毫安的电流下导通电压在3.3V左右,所以你LED 数量不同,则总电压就不同 ,总电压为所以LED导通电压相加的,20只等总电压就为66V,

            40只就为132V,而串联电容的容量其实是需要考虑 LED 总压降来计算的,比如你供电电压为220v,我现在估算一下 你用20个灯需要多少容量的电容;

            设定你流过LED电流为20毫安, 而你20个灯总压降为66V,所以电容两端的电压大约为220-66=154V,即电容在154V的电压下电流为20毫安。

            I=U*Xc=154*2*3.14*50*C  即 20mA=154*2*3.14*50*C

            求出 C=0.4133uF

            所以你得买 0.4133uF的电容的,但是这样的容量没有,你可以选择0.68uF的电容,这样你得重新来计算了,方法如上,只是在考虑增加LED数量就行了。

            它说的 0.24 应该就是电容的容量 ,0.24uF 了。

 8个led,每个led电压3.6v,电流300mA。8颗分成两组,每组4颗led串联;两组间并联,现有一12v,1200mA电源输入。问这样的电路如何加限流电阻、电阻值及功率。

 


发光二极管6种常见问题解答

一、为什么不能超电压或超电流使用白光LED?

1、一般最常用的5mm白光LED,其正常工作电压多在3.0-3.5V范围之内,正常工作电流为20mA。但很多人误以为超电压或超电流使用白光LED会更亮,而实际测试结果是15mA以后光通量增长很厉害,20mA以后几乎没有见长,增大到30mA,比20mA只多了5%,但LED却有明显的发热。

2、还有寿命的试验:20mA工作了一个月,衰减只有5%,现在还有95%的光通量,30mA的工作到19天的时候,光通量就只有50%了。可以这样认为,一只在正常条件下可工作10万小时的白光LED,在大电流下使用,寿命只有600小时!LED在一般说明中,都是可以使用50,000小时以上,还有一些生产商宣称其LED可以运作100,000小时左右,但这并不能保证LED产品也可以使用如此之久。

3、错误的操作及工序就可以轻易地“毁掉”LED,LED会随着时间的流逝而逐渐退化,有预测表明,高质量LED在经过50,000小时的持续运作后,还能维持初始灯光亮度的60%以上。要想延长LED的使用寿命,就有必要降低或完全驱散LED芯片产生的热能。热能是LED停止运作的主要原因。

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二、为什么白光LED发出的光的颜色总有些偏蓝或偏黄?

1、这是由于白光的LED,本来就是在发射蓝光的1nGaN基料上覆盖转换材料荧光粉,这种材料在受到蓝光激励时会发出黄光。于是得到蓝光和黄光的混合物,在肉眼看来就是白光。

2、看看白色LED的发射谱线就知道,它有两个峰值,因此真正发射白光的LED是不存在的。这样的器件很难制造,因为LED的特点是只发射一个波长的单彩色光,而真正的白色光需要多色彩光谱合成。由于工艺关系,包括十多元进口的LED,也有这个问题,光斑边缘都存在偏色,只是多少而已。

3、白色发光二极管有微黄色的到略带紫色的白光。常见的白光发光二极管色温通常都在6500K到8000K范围内。

三、LED采用并联接法好还是采用串联接法好?

1、LED采用并或串联接法,主要应该根据电源盒电路的形式及要求决定。并联或串联接法各有它们的优缺点。并联接法只需要在每个LED两端施加较低的电压,但需要利用镇流电阻或电流源来保证每个LED的亮度一致。如果流过每个LED的偏置电流大小不同,则它们的亮度也不同,从而导致整个光源亮度不均匀。然而,利用镇流电阻或电流源来保证LED的亮度一致将缩短电池的使用寿命。采用串联接法本质上可以很好保证流过每只LED电流的一致性,但要求电源电压要高。LED采用并联接法时,由于电路的总电流是各个LED电流之和,所以要求电源要能供给足够大的电流。

2、另外,采用串联接法的电路,当其中一只LED断路时整串的LED都不亮;但当其中一只LED短路时其他LED都还能亮。采用并联接法的电路,当其中一只LED断路时其它的LED都还能亮;但当其中一只LED短路时则整个电路的电源将被短路,这样不仅其它的LED都不能正常工作,而且还有可能损坏电源。故相比之下还是串联接法的电路较有优势。

3、在实际运用中常采用串并联形成的LED阵列,这样可以克服或减小上述单个LED断路或短路造成整串LED不亮或对整个电路和电源的影响。所谓串并联就是先用少量LED串联再串镇流电阻组成一条支路,再将若干条支路并联组成“支路组”。此外,还能采用串并串形式,就是在已组成的“支路组”的基础上,再将若干“支路组”串联构成整个灯具电路,此种接法不仅缩小了一只LED故障时的影响面,而且将镇流电阻化整为零,将几只大功率电阻变成几十只小功率电阻,由集中安装变成分散安装,这样既利于电阻散热,又可以将灯具设计的更紧凑。

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四、能不能采用其他颜色的LED发光二极管代替白光LED发光二极管?

1、完全可以。只不过必须注意,由于各种颜色的LED正常工作电压不一样,而且相差较大,如红色和黄色LED正常工作电压都只有2V左右,而蓝色和绿色LED正常工作电压则较接近白光LED,都是3V左右。

2、所以在使用时必须根据各种管子的工作电压,所串联或并联的管子数量也必须相应改变,或者改变所串联的限流电阻的阻值,否则就有可能使LED超过正常的工作电流而缩短其使用寿命,严重的甚至可能烧毁LED。当使用红色或黄色LED时,则所串联的LED数量应该增加,或串联的限流电阻应该加大;当使用蓝色或绿色LED时,一般只调整限流电阻的阻值就可以了。

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五、聚光型LED与散光型LED有什么不同?如何选用?

1、聚光型LED的发光强度数值很高,因为它的光线是经过其本身把光线聚合起来,所以它的发光角度一般都较小,光线照射范围小,其发出的光就像手电筒发出的光束,光斑的亮度很高,但光斑外围就不太高了。而散光型的LED发光强度数值较低,它的发光角度大,可达120度以上,因此它的光照范围大,发出的光线均匀,就像普通照明灯发出的光,虽然散光型的LED所标亮度值一般都较低,但实际上它们发出的总光通量(总的光线)一般都是高于聚光型的LED。

2、聚光型的LED最适合于要求亮度高,但照射范围较小的场合,如制作射灯、筒灯、手电筒等,而散光型的LED则更适合于一般的房间照明和需要光线柔和均匀的场合,因此,要根据具体的情况进行选择,以达到最好的照明效果。

六、电路装好通电时灯不亮是什么原因?应该如何检查?

1、这要根据具体电路做具体分析。但原因大多数都是LED在装接前没有进行检测或装焊过程中不小心接错了LED的正负极性,也有可能是没焊好造成虚焊(虚焊就是表面上看是焊上了而实际没焊牢固),虚焊是本故障的最主要原因,特别是缺少焊接经验的新手最容易发生此问题,其次是电烙铁功率过大过热或焊接时间过长而把管子烫坏了,还有可能是电烙铁漏电造成LED击穿短路。还有就是驱动电路的部分接错或没焊好,一些电路也有可能是该调整的元件数值没调整好。

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2、当电路装好通电前应该先仔细检查核对无误后再通电,如果通电时灯不亮应该立即关闭电源,然后再进行检查,不能带电敲打电路板试图查找故障,特别是采用220V电源的电路更应该如此。

3、如果是接有滤波电容的电路,首先还应该用螺丝刀或导线把滤波电容的两脚短路放电后再进行检查,这一步骤非常重要!因为滤波电容上残存有电源电压1.4倍以上的高电压(如220V电源时可高达310V),以免电容上残存的高电压击伤人体或在电路接通的瞬间击毁LED!

4、检查已经装焊在电路板上的LED,应该先认清LED管身缺口的负极标记,检查各LED极性是否错接,然后再用两只电池串联后引出正负两极电源分别触碰各只LED的两脚,必须注意电池电源极性要与LED的极性相一致,以检查各LED是否能亮。

5、对驱动电路的检查,应该根据电路图仔细核对电路是否接错,特别注意检查整流桥(长脚的是正极输出,其对角是负极输出,另外两脚是交流输入)或整流二极管以及稳压二极管的极性是否正确(印有黑线或白线的一端是负极),还有检查晶体三极管或稳压集成电路的三个电极是否错接等。

 

上述是贤集网小编为大家讲解的发光二极管基本结构、检测方法、压降计算、6种常见问题解答。希望这些知识能够帮助到大家!发光二极管随着其高亮度化和多色化的进展,应用领域也在不断的扩展,从下边较低光通量的指示灯到显示屏,再从室外显示屏到中等光通量功率信号灯和特殊照明的白光光源,最后又发展到右上角的高光通量用照明光源。其技术在2000年是一个时间分界线,2000年就已经解决了所有颜色的信号显示问题和灯饰问题,并且还开始了低、中光通量的特殊照明应用。不过作为通用照明的高光通量白光照明应用还需要等待一段时间,需要将光通量进一步大幅度的提高才可以实现。因此该种二极管报价与亮度有关。

posted @ 2020-12-02 21:53  meetrice  阅读(80)  评论(0编辑  收藏