详解LED灯珠：发光二极管的发光原理

二极管二三事

在了解LED之前，我们要简单了解一下二极管——不仅仅是发光二极管。

所有的二极管，无论是能发光的还是不能发光的，均有一个明显的工作标签——只能通过一个方向的电流。

这句话要怎么理解呢？我们知道，在直流电路中，电源的正负极是不变的，因此电流的方向也不变。但是在交流电路中，电源的正负极在不停的改变，国内电路中，正负极的变换频率为每秒钟50次（50Hz），正负极改变了，电流的方向也就会随着改变。

这一特性，叫做二极管的“正向性”，又叫“单向导电性”，二极管的发光，就是利用了这一特性。当然，二极管还具有“反向性”和“击穿”等特性，利用这些特性，二极管还可以用于检波、整流、稳压等多种场合。本文不对二极管的其它特性做过多讲解。

那么，二极管为什么会有正向性呢？这与二极管中的一个环节——PN结有关。

PN结

我们先来看一张图：

这是一个完整的二极管，正如图所示，二极管可以分为P区和N区，在P区和N区交界的地方，就叫做PN结。那什么是P区什么是N区呢？

实际上就是两种不同类型的元素——P区硼或铟元素，N区磷或锑元素。常用于制作二极管的材料为硅晶体或锗晶体，于是，在硅晶体中加入含有硼元素的杂质，这一部分就成了P区，加入含有磷元素的杂质，这一部分就成了N区。

为什么会形成P区和N区？这与硼、磷、硅等元素的化学性质有关，以硅和磷为例，当两种元素的原子相遇，就会产生自由电子（带负电荷）；硼和硅相遇，就会产生一个“空穴”，吸引带负电荷的自由电子。

在P区和N区紧密的连接在一起， 在交界的地方，由于P区的空穴较多，N区的电子较多，电子会逐渐向空穴靠拢。电学中规定：电流方向为电子移动的相反方向。因此，在二极管中，电流的方向是从P区流向到N区。

因此，只有当电流从P区流向N区时，才能够正常通过。如果反过来，材料的化学性质决定了，电流无法正常通过。因此，在连接时，P区连接电源正极，N区连接电源负极，电路便可以正常工作。

P——Positive，正；N——Negative，负。

（为了保证大多数人能听懂，我把原理简化了。实际上击穿和反向性，均是利用二极管反向通电。但是与发光二极管无关。）

发光二极管

终于说到发光二极管了，发光二极管的英文名叫做“Light Emitting Diode”，取三个单词的首字母，简称为LED。在LED灯具中，就是指灯具的发光体，俗称“灯珠”。

当二极管正向导电（P接正极N接负极）时，电子从N区涌向P区，在这一过程中，会发生一种现象：学术上的定义叫做“产生自发辐射的荧光”，许多谣言根据这句话就咬定LED灯有辐射。但此辐射非彼辐射，这里的辐射，实际上是一种能量转换——将电能转换成光能（有的物质在工作时发热，有的则发光，这与物质本身的化学性质有关，二极管的特性显然属于后者）。

由于半导体材料和电流大小不同，所发出的光的颜色和亮度也不同，呈现出的光谱，也是从红外线到紫外线。举几个例子：铝磷化镓作为杂质加入N区，可发出绿光；铟氮化镓作为杂质加入P区，可发出蓝光；碳化硅作为底衬，亦可发出蓝光。

这种直接加入元素杂质的方法，只能做出红、绿、黄、蓝四种颜色的光，并且早在上世纪就广泛投入使用， 一般是作为指示灯。

但是真正能够发出白光，作为照明灯使用，投入家庭中，还是在近些年。随着技术的逐步成熟，人们尝试了加入元素调试黄色光、在紫外光上涂抹磷光体等多种尝试。终于，在最近十年，才研制出了真正能够做到低成本、高亮度、高寿命的LED照明产品。

它是通过以硒化锌作为底衬，并将硒化锌放到高真空环境下，利用真空蒸镀技术，使硒化锌表面产生一层硒化锌磊晶层。通电时，磊晶层就发出蓝光，底衬会发出黄光，混合之后，就变成了白光。

发光二极管（LED）的识别与检测

1．普通发光二极管的识别

发光二极管（LED）简称发光管，它主要应用在电子产品中，用来作电源或工作状态的指示灯。按发光颜色的不同，发光二极管一般分发红光、绿光、黄光等几种。按引脚数目的不同，发光二极管有二脚型和三脚型两种，二脚型发光二极管仅有一个发光二极管，三脚型发光二极管内有两个发光颜色不同的发光二极管，如下图（a）所示。其电路符号如图（b）所示。

发光二极管的工作电流一般为几毫安至几十毫安，发光二极管的发光强度基本上与发光二极管的正向电流成线性关系。发光二极管只工作在正向偏置状态。正常情况下，发光二极管的正向导通电压多为1.5～3V，常见的发光二极管导通电压多为1.8V 左右。

提示： 若流过发光二极管的导通电流太大，就有可能造成发光二极管过电流损坏。在实际应用中，一般在发光二极管供电回路中串接一只限流电阻，以防止它过电流损坏。

2．普通发光二极管的检测

极性的判别： 引脚（电极）可通过查看管帽内的晶片体积来确认，体积大的晶片所接的引脚是负极，体积小的晶片所接的引脚是正极。

好坏的检测： 将数字万用表置于“二极管”检测挡，检测方法如下图所示。

先将两个表笔接发光二极管两个电极，若测得的导通压降值为1.766V，并且发光二极管能发出较弱的光，说明它是好的，并且红表笔接的是正极，黑表笔接的是负极；若调换表笔后发光二极管仍不能发光，并且显示的溢出值“1”或过小（如为“0”），则说明它已损坏。

3.红外发光二极管的识别

红外发光二极管是一种把电能信号直接转换为红外光信号的发光二极管，虽然它采用砷化镓（GaAs）材料制成，但也具有半导体的 PN 结。红外发光二极管主要应用在彩电、VCD、空调器等设备的红外遥控器内。常见的红外发光二极管的实物外形如下图所示，它的电路符号和发光二极管相同。

4.红外发光二极管的检测

将数字万用表置于“二极管”挡，用红表笔接红外发光二极管的正极、黑表笔接它的负极，所测得的正向导通压降值为1.019 左右，如下图（a）所示；

调换表笔测量它的反向导通压降值应为无穷大，如图（b）所示。若正向导通压降值或正向导通阻值过大，说明被测管性能差或开路；若反向导通压降值或阻值过小，说明它漏电或击穿。

提示： 部分红外发光二极管的引脚的极性可以通过塑料壳内的金属片大小来区分，较小较窄金属片所接的引脚是正极，而较宽较大金属片所接的引脚是负极。

目前，新型的 MF47 万用表具有红外发光二极管检测功能，将该表置于红外发光二极管检测挡位上，再将红外发光二极管对准表头上的红外检测管，然后把另一块MF47 型万用表置于“R×1k”挡，用黑表笔接红外发光二极管的正极，用红表笔接它的负极，正常时表头上的红外检测管会闪烁发光，如图（c）所示。

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