本文主要是關(guān)于發(fā)光二極管的相關(guān)介紹，并著重對(duì)發(fā)光二極管的原理及其電路進(jìn)行了詳盡的闡述。
發(fā)光二極管的發(fā)光原理分析
發(fā)光二極管簡(jiǎn)稱為LED。由鎵（Ga）與砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二極管，當(dāng)電子與空穴復(fù)合時(shí)能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光二極管。在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示。磷砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光一定的電流后，電子與空穴不斷流過PN結(jié)或與之類似的結(jié)構(gòu)面，并進(jìn)行自發(fā)復(fù)合產(chǎn)生輻射光的二極管半導(dǎo)體器件。
它是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個(gè)PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦浴．?dāng)給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導(dǎo)體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當(dāng)電子和空穴復(fù)合時(shí)釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長(zhǎng)越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。發(fā)光二極管的反向擊穿電壓大于5伏。它的正向伏安特性曲線很陡，使用時(shí)必須串聯(lián)限流電阻以控制通過二極管的電流。
限流電阻R可用下式計(jì)算：
R=（E－UF）/IF
式中E為電源電壓，UF為L(zhǎng)ED的正向壓降，IF為L(zhǎng)ED的正常工作電流。發(fā)光二極管的核心部分是由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體組成的晶片，在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過渡層，稱為PN結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。PN結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED。 當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時(shí)（即兩端加上正向電壓），電流從LED陽極流向陰極時(shí)，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。
發(fā)光二極管的作用
發(fā)光二極管（LED）是一種由磷化鎵（GaP）等半導(dǎo)體材料制成的、能直接將電能轉(zhuǎn)變成光能的發(fā)光顯示器件。當(dāng)其內(nèi)部有一定電流通過時(shí)，它就會(huì)發(fā)光。圖一是共電路圖形符號(hào)。
發(fā)光二極管也與普通二極管一樣由PN結(jié)構(gòu)成，也具有單向?qū)щ娦浴Ｋ鼜V泛應(yīng)用于各種電子電路、家電、儀表等設(shè)備中、作電源指示或電平指示。
（1）發(fā)光二極管用作指示燈電路。發(fā)光二極管的典型應(yīng)用電路如圖所示。R為限流電阻，I為通過發(fā)光二極管的正向電流。發(fā)光二極管的管壓降一般比普通二極管大些，約為2V，電源電壓必須大于管壓降，發(fā)光二極管才能正常工作。
發(fā)光二極管用于交流電源指示燈電路如圖二所示。VD1為整流二極管，VD2為發(fā)光二極管，R為限流電阻，T為電源變壓器。
（2）發(fā)光二極管用作光發(fā)射管。在紅外遙控器、紅外無線耳機(jī)、紅外報(bào)警器等電路中，紅外發(fā)光二極管擔(dān)任光發(fā)射管，電路如圖三所示，VT為開關(guān)調(diào)制晶體管，VD為紅外發(fā)光二極管。信號(hào)源通過VT驅(qū)動(dòng)和調(diào)制VD，使VD向外發(fā)射調(diào)制紅外光。
發(fā)光二極管電路
電路目標(biāo)：220交流輸入實(shí)現(xiàn)在開關(guān)按下時(shí)發(fā)光二極管亮
操作對(duì)象及其技術(shù)參數(shù)：普通發(fā)光二極管，一般發(fā)光二極管的正向?qū)üぷ鞯湫碗妷海‵orward Voltage）為3.3V，正常工作電流（Forward Current）為5-20mA，在這里電流計(jì)算以10mA為準(zhǔn)。
設(shè)計(jì)因素：1.發(fā)光二極管工作時(shí)正向壓降電壓 2.發(fā)光二極管工作時(shí)流過的電流
先滿足供電電源的要求必須大于3.3伏，要使二極管在工作時(shí)電流的大小為10mA，則需要在發(fā)光二極管上串聯(lián)電阻，如下圖所示
該電阻在這里的作用是限流至10mA。
發(fā)光二極管端供電電源參數(shù)
在直流電源的選擇上從性質(zhì)上可以選擇的是電壓源型和電流源型電源
電壓源型電源：維持電壓不變，電壓源可以關(guān)斷。
電流源型電源：維持電流不變，與負(fù)載無關(guān)，要保持通路狀態(tài)，一旦開路由于電流源要維持電流的恒定在極間空氣上形成高壓發(fā)生擊穿。在此應(yīng)用中，首先發(fā)光二極管不可能串聯(lián)到電流源回路中，只能是并聯(lián)，發(fā)光二極管工作時(shí)可以將短路回路先斷開，關(guān)斷時(shí)，短路回路閉合，并且電源的非理想性，存在電源內(nèi)阻，電流源又必須通路，從能耗的角度上講也不適合此應(yīng)用。
在此選用直流電壓源對(duì)發(fā)光二極管端進(jìn)行供電，之后涉及到電壓源大小的選擇，像貨幣的面額一樣電源不可能將每種大小的電源都設(shè)計(jì)出來，在實(shí)際應(yīng)用中主要規(guī)格有3.3V，5V，12V，24V，48V直流電壓源，由于二極管的導(dǎo)通壓降已經(jīng)有3.3V，有考慮到減少功耗，這里選擇5V直流電壓源。
限流電阻阻值及其功率
回路電流 i=10mA，發(fā)光二極管正向?qū)▔航禐?.3V，電壓源為5V，可以得到限流電阻的阻值為170歐，功率為0.017W。
5V直流電壓源的獲得
這里選用LM7805穩(wěn)壓模塊，發(fā)光二極管端的回路如下圖所示
LM7805穩(wěn)壓模塊參數(shù)：
1. LM7805工作電流就是發(fā)光二極管的電流10mA
2. 功率是（Vin-Vout）*i
3. LM7805要求判斷因素：1.工作電壓 2.功率
工作電壓下圖所示
在Vin上電壓選取的范圍是12-25伏之間，選取一般常用的電壓12伏和24伏，以24伏計(jì)算LM7805功率為0.2W，可以保證工作時(shí)不發(fā)熱，如果穩(wěn)壓模塊的壓差過大則使得功率較大而發(fā)熱，可以采取散熱處理，或者使用多個(gè)穩(wěn)壓模塊，由多個(gè)穩(wěn)壓模塊組成的電壓源的工作電流還是負(fù)載電流。
發(fā)光二極管回路的電源濾波
電壓源濾波處理：5V電源的電壓有紋波，相當(dāng)于將電容看成一個(gè)水缸，帶有脈動(dòng)的電壓對(duì)電容充電，電壓減少時(shí)由于電容可以補(bǔ)償電壓下降而造成的波動(dòng)，從而減少脈動(dòng)的紋波，通常該電容是電解電容，對(duì)于小電壓源一般不會(huì)產(chǎn)生浪涌電壓即dU/dt很大的情況，則不需要在電解電容邊上接瓷片電容，去除浪涌。 對(duì)于電解電容的電容計(jì)算：C=IL/（?U×f_充 ），之后的濾波電容計(jì)算是按照最初電源的頻率計(jì)算，經(jīng)過整流橋之后倍頻，計(jì)算值加以一定余量。
濾波電容如下圖所示
整流橋電源：
整流橋作為電源輸入時(shí)，對(duì)于含有大電容的濾波（且沒有負(fù)載時(shí)）的整流橋正負(fù)極之間的電壓有效值為1.414Uin，在濾波電容后接入負(fù)載時(shí)電容進(jìn)行充放電使得電壓有所下降。增加瓷片電容濾去浪涌電壓（利用電容兩端的電壓不可突變的性質(zhì)）保證后面電路的工作的安全性，一般為104瓷片電容即可。整流橋輸出的直流電壓為24V，輸出整流橋的交流輸入為AC16V，AC16V由220交流輸入經(jīng)變壓后通過接線端子接入發(fā)管二極管驅(qū)動(dòng)電路。
主電路由下圖所示
模塊參數(shù)計(jì)算及其選型封裝
整流橋模塊
1. 整流橋二極管所能承受的反向電壓（根號(hào)二倍 的電容電壓）
2. 整流橋每只二極管流過的平均電流
限流電阻模塊
可選的封裝形式是直插式和貼片式，對(duì)貼片式的封裝也有不同類型對(duì)應(yīng)著不同的功率，先確定電阻是直插式還是貼片式，最后根據(jù)功率選擇對(duì)應(yīng)的封裝形式（留一定余量）。
濾波電容模塊
濾波電容的C相當(dāng)于水缸的底面積，Q相當(dāng)于水的體積，U相當(dāng)于水缸的高度，電容后的負(fù)載電路需要向電容抽取電流也就是抽取電荷（相當(dāng)于水缸中的水），導(dǎo)致水缸高度U下降，同時(shí)電壓源對(duì)電容充電補(bǔ)充水缸高度（條件是電壓源電壓在瞬態(tài)大于電容電壓才能將電荷注入電容），故紋波的產(chǎn)生是必然的，但是可以通過高頻充電和增大C減小紋波。如果沒有濾波電容，脈動(dòng)電壓直接供給負(fù)載，會(huì)造成電壓的不穩(wěn)定，影響工作，濾波穩(wěn)定了電壓的同時(shí)間接保證電流的穩(wěn)定。
結(jié)語
關(guān)于發(fā)光二極管的原理及其電路介紹就到這了，希望通過本文能讓你對(duì)發(fā)光二極管有更深的認(rèn)識(shí)。