發(fā)光二極管 (LED) 現(xiàn)在已經(jīng)取代了大多數(shù)其他照明技術。由于它們的多功能性、低成本和效率，現(xiàn)在 LED 被用于各種類型的應用中，包括最不同的情況：狀態(tài)指示器、LCD 顯示器的背光以及傳統(tǒng)或大氣照明都是現(xiàn)在更方便的領域（經(jīng)濟上比技術上）使用 LED 而不是傳統(tǒng)的發(fā)光源。讓我們看一下將 LED 強加為光源標準的特性以及相關類型的應用。

LED的物理學

LED 是一種有源半導體電子元件，其基礎是二極管。“發(fā)光二極管”一詞強調(diào)了這項技術只不過是一種具有幾何和物理特性的 pn 結，旨在利用半導體的電致發(fā)光效應。事實上，通過使用大于閾值（或正向）電壓的足夠電壓直接偏置 pn 結，結附近的電荷從能級移動到能級；當空穴和電子復合時，如果釋放的能量足夠高，就會發(fā)射光子，其頻率（因此，顏色）和發(fā)光強度取決于材料的物理特性和施加在設備上的電壓水平。這是彩色 LED 背后的基礎，

除了發(fā)出的光的顏色外，觸發(fā)電流的最小閾值電壓還取決于器件的半導體類型；用于實現(xiàn) LED 的最常用材料是 AlGaAs、GaAlP、GaAsP、SiC、GaN、GaP、Si 和 C。

LED器件的驅(qū)動

LED是電流驅(qū)動的電子元件。出于這個原因，必須始終在驅(qū)動電路中提供限流電阻，沒有它，組件看到的唯一電阻將是結本身的內(nèi)部電阻；不限制電流會冒損壞組件和從一個設備到另一個設備的行為偏差的風險。

圖 1 顯示了驅(qū)動 LED 的基本方案。在該電路中，正電壓提供給 MOSFET 的基極，觸發(fā)漏極和源極之間的電流，從而在漏極上導通 LED。注意限流電阻的存在。假設元件的最佳正向電流為If、閾值電壓Vth和 LED 的電源電壓Vin，則限流電阻的大小計算為R = ( Vin – Vth ) / If。例如，用作電源狀態(tài)指示器的經(jīng)典 LED 可以有Vth = 1.8 V 和If = 20 mA；假設為電路提供電壓Vin = 5 V，限流電阻的值為R = (5 – 1.8) / 0.02 = 160 Ω。

圖 1：LED 驅(qū)動器基本電路（來源：Davide Di Gesualdo）

當通過微控制器進行驅(qū)動時，使用所提出的方案；在這種情況下，始終建議采用能夠承受 LED 正向電流的晶體管（或類似組件）：如果該組件直接連接到微控制器的 GPIO，損壞芯片的風險（由于電流）將非常高。顯然，如果需要驅(qū)動大功率 LED（可吸收甚至超過 3 W 或 5 W），則有必要采用與所需電流一致的驅(qū)動器。在這方面，Cypress Power PSoC 系列微控制器值得注意，因為它能夠直接在芯片中提供功率 MOSFET，這對于通過最小化周圍電路來驅(qū)動功率 LED 非常有用。

使 LED 在照明領域變得流行的一個特點無疑是利用脈寬調(diào)制技術實現(xiàn)調(diào)光的可能性，即提高或降低 LED 中流動的電流（因此，檢查其光通量） ）。該技術包括應用具有可變占空比的方波的控制信號：因此，使用的電流將與應用波的時間Ton成正比，從而允許對 LED 的亮度進行電子控制。

圖 2：PWM 操作

顯然，如果需要精確的亮度控制，應用極其簡單的 PWM 技術可能無效。事實上，請記住，由于 LED 在所有方面都是二極管，其電壓/電流特性是非線性的，因此，通過修改占空比獲得的電流變化也是非線性的。

為了克服這個缺點，有必要使用專門設計的 LED 驅(qū)動器來提供與成比例的電壓信號相對應的恒定電流。該解決方案避免了發(fā)光組件的連續(xù)開關周期，提高了設備??的持續(xù)時間和發(fā)出的光的質(zhì)量，因為它不會閃爍。

LED的常見應用

如上所述，LED 用途廣泛，這也是因為有不同的類型可供選擇。

按照耗散的功率（也就是產(chǎn)生的光通量）來分類，我們基本上可以找到三種類型的LED：小功率LED、高亮度LED、大功率LED。

低功率 LED 的典型正向電流為 15 mA，用作電子設備中的狀態(tài)指示燈（開機指示燈、連接狀態(tài)、設備之間的通信指示燈等）。它們的使用是最經(jīng)典最古老的，它們的封裝都是PTH和SMD。對于這種類型的設備，照明角度不是必需的。

高亮度 LED 的典型正向電流范圍為 30 mA 至 100 mA，可用作弱照明元件（例如，人行道指示器），但主要用途是用作分段顯示器和 LCD 面板中的背光。后者極大地推動了 LED 的普及，因為現(xiàn)代電視的液晶面板大多采用 LED 背光。

功率 LED 的正向電流范圍為 100 mA 以上。不難想象，這類設備與其他兩類相比成本明顯較高，其熱特性需要對設備的散熱方式進行精心設計。大功率LED的典型應用無疑是功能性和氛圍照明；這種類型的單個設備甚至可以發(fā)出超過350流明的光，并且通過組合多個LED可以獲得真正的路燈，以至于在路邊找到配備這種技術的照明燈具已不再罕見。我們的城市；說實話，LED路燈的公共照明是智慧城市的基石之一，

LED 的新領域

近年來，市場上出現(xiàn)了一種利用有機成分（準確地說是塑料導電聚合物）并利用這些材料的電致發(fā)光的技術。這是一種稱為有機 LED (OLED) 的技術，用于制造顯示器，并具有允許創(chuàng)建薄而靈活的設備的特性，特別適用于可穿戴設備和移動世界。與使用 LED 作為 LCD 背光源不同，OLED 構成了顯示器本身的有源矩陣！迄今為止，仍然沒有能夠使這項技術具有經(jīng)濟競爭力的規(guī)模經(jīng)濟，但研究已經(jīng)取得進展，并且已經(jīng)進行了許多生產(chǎn)工藝（AMOLED、PHOLED、PLED、SM-OLED、SOLED、TOLED），

　　審核編輯：湯梓紅