圖解:發光二極管的工作原理詳析
發布時間:2015-09-25 責任編輯:susan
【導讀】發光二極管,通常稱為LED,是電子學世界真正的無名英雄。基本上,發(fa)光(guang)二(er)極(ji)管(guan)隻(zhi)是(shi)一(yi)個(ge)微(wei)小(xiao)的(de)電(dian)燈(deng)泡(pao)。但(dan)不(bu)像(xiang)常(chang)見(jian)的(de)白(bai)熾(chi)燈(deng)泡(pao),它(ta)沒(mei)有(you)燈(deng)絲(si),又(you)不(bu)會(hui)特(te)別(bie)熱(re)。單(dan)單(dan)是(shi)由(you)半(ban)導(dao)體(ti)材(cai)料(liao)裏(li)的(de)電(dian)子(zi)移(yi)動(dong)使(shi)其(qi)發(fa)光(guang)。
什麼是二極管?
二極管是半導體設備中的一種最常見的器件,大多數半導體最是由攙雜半導體材料製成(原子和其它物質)發光二極管導體材料通常都是鋁砷化稼,在純鋁砷化稼中,所有的原子都完美的與它們的鄰居結合,沒mei有you留liu下xia自zi由you電dian子zi連lian接jie電dian流liu。在zai攙chan雜za物wu質zhi中zhong,額e外wai的de原yuan子zi改gai變bian電dian平ping衡heng,不bu是shi增zeng加jia自zi由you電dian子zi就jiu是shi創chuang造zao電dian子zi可ke以yi通tong過guo的de空kong穴xue。這zhe兩liang樣yang額e外wai的de條tiao件jian都dou使shi得de材cai料liao更geng具ju傳chuan導dao性xing。帶dai額e外wai電dian子zi的de半ban導dao體ti叫jiao做zuoN型半導體,由於它帶有額外負電粒子,所以在N型半導體材料中,自由電子是從負電區域向正電區域流動。帶額外“電子空穴”的半導體叫做P型半導體,由於帶有正電粒子。電子可以從另一個電子空穴跳向另一個電子空穴,從從負電區域向正電區域流動。

因此,電子空穴本身就顯示出是從正電區域流向負電區域。二極管是由N型半導體物質與P型xing半ban導dao體ti物wu質zhi結jie合he,每mei端duan都dou帶dai電dian子zi。這zhe樣yang排pai列lie使shi電dian流liu隻zhi能neng從cong一yi個ge方fang向xiang流liu動dong。當dang沒mei有you電dian壓ya通tong過guo二er極ji管guan時shi,電dian子zi就jiu沿yan著zhe過guo渡du層ceng之zhi間jian的de彙hui合he處chu從congN型半導體流向P型半導體,從而形成一個損耗區。在損耗區中,半導體物質會回複到它原來的絕緣狀態--所有的這些“電子空穴”都會被填滿,所有就沒有自由電子或電子真空區和電流不能流動。

為了除掉損耗區就必須使N型向P型移動和空穴應反向移動。為了達到目的,連接二極管N型一方到電流的負極和P型就連接到電流的正極。這時在N型物質的自由電子會被負極電子排斥和吸引到正極電子。在Pxingwuzhizhongdedianzikongxuejiuyixianglingyifangxiang。dangdianyazaidianzizhijianzugougaodeshihou,zaisunhaoqudedianzijianghuizaitadedianzikongxuezhonghezaicikaishiziyouyidong。sunhaoquxiaoshi,dianliuliutongguoerjiguan。


如果嚐試使電流向其它方向流動,P型端就邊接到電流負極和N型連接到正極,這時電流將不會流動。N型物質的負極電子被吸引到正極電子。P型物質的正極電子空穴被吸引到負極電子。因為電子空穴和電子都向錯誤的方向移動所以就沒有電流流通過彙合處,損耗區增加。

為什麼二極管會發光?
光(guang)是(shi)能(neng)量(liang)的(de)一(yi)種(zhong)形(xing)式(shi),一(yi)種(zhong)可(ke)以(yi)被(bei)原(yuan)子(zi)釋(shi)放(fang)出(chu)來(lai)。是(shi)由(you)許(xu)多(duo)有(you)能(neng)量(liang)和(he)動(dong)力(li)但(dan)沒(mei)質(zhi)量(liang)的(de)微(wei)小(xiao)粒(li)子(zi)似(si)的(de)小(xiao)捆(kun)組(zu)成(cheng)的(de)。這(zhe)些(xie)粒(li)子(zi)被(bei)叫(jiao)做(zuo)光(guang)子(zi),是(shi)光(guang)的(de)最(zui)基(ji)本(ben)單(dan)位(wei)。光(guang)子(zi)是(shi)因(yin)為(wei)電(dian)子(zi)移(yi)動(dong)才(cai)釋(shi)放(fang)出(chu)來(lai)。在(zai)原(yuan)子(zi)中(zhong),電(dian)子(zi)在(zai)原(yuan)子(zi)的(de)四(si)周(zhou)圍(wei)以(yi)軌(gui)道(dao)形(xing)式(shi)移(yi)動(dong)。電(dian)子(zi)在(zai)不(bu)同(tong)的(de)軌(gui)函(han)數(shu)有(you)著(zhe)不(bu)同(tong)等(deng)的(de)能(neng)量(liang)。通(tong)常(chang)來(lai)說(shuo),有(you)著(zhe)更(geng)大(da)能(neng)量(liang)的(de)電(dian)子(zi)以(yi)軌(gui)道(dao)移(yi)動(dong)遠(yuan)離(li)了(le)核(he)子(zi)。當(dang)電(dian)子(zi)從(cong)一(yi)個(ge)更(geng)低(di)的(de)軌(gui)道(dao)跳(tiao)到(dao)一(yi)個(ge)更(geng)高(gao)的(de)軌(gui)道(dao),能(neng)量(liang)水(shui)平(ping)就(jiu)增(zeng)高(gao),反(fan)過(guo)來(lai),當(dang)從(cong)更(geng)高(gao)軌(gui)函(han)數(shu)跌(die)落(luo)到(dao)更(geng)低(di)的(de)軌(gui)函(han)數(shu)裏(li)時(shi)電(dian)子(zi)就(jiu)會(hui)釋(shi)放(fang)能(neng)量(liang)。能(neng)量(liang)是(shi)以(yi)光(guang)子(zi)形(xing)式(shi)釋(shi)放(fang)出(chu)來(lai)的(de)。更(geng)高(gao)能(neng)量(liang)下(xia)降(jiang)釋(shi)放(fang)更(geng)高(gao)能(neng)量(liang)的(de)光(guang)子(zi),它(ta)的(de)特(te)點(dian)在(zai)於(yu)它(ta)的(de)高(gao)頻(pin)率(lv)。
自由電子從P型xing層ceng通tong過guo二er極ji管guan落luo入ru空kong的de電dian子zi空kong穴xue。這zhe包bao含han從cong傳chuan導dao帶dai跌die落luo到dao一yi個ge更geng低di的de軌gui函han數shu,所suo以yi電dian子zi就jiu是shi以yi光guang子zi形xing式shi釋shi放fang能neng量liang。這zhe在zai任ren何he二er極ji管guan裏li都dou會hui發fa生sheng的de,當dang二er極ji管guan是shi由you某mou種zhong物wu質zhi組zu成cheng的de時shi候hou,你ni隻zhi是shi可ke以yi看kan見jian光guang子zi。在zai標biao準zhun矽gui二er極ji管guan的de原yuan子zi,比bi如ru說shuo,當dang電dian子zi跌die落luo到dao相xiang對dui短duan距ju離li原yuan子zi是shi以yi這zhe樣yang的de方fang式shi排pai列lie。結jie果guo,由you於yu電dian子zi頻pin率lv這zhe麼me低di的de情qing況kuang下xia人ren的de眼yan睛jing是shi無wu法fa看kan得de到dao的de。
kejianguangfaguangerjiguan,biruyongzaishuzixianshishishizhongde,jianxidedaxiaojuedingleguangzidepinlv,huanjuhuashuojiushijuedingleguangdesecai。dangsuoyouerjiguandoufachuguangshi,daduoshudoubushihenyouxiaode。zaiputongerjiguanli,bandaoticailiaobenshenxiyindaliangdeguangnengerjieshu。faguangerjiguanshiyouyigesuxingdengpaofugaijizhongdengguangzaiyigetedingfangxiang。

發(fa)光(guang)二(er)極(ji)管(guan)比(bi)傳(chuan)統(tong)的(de)白(bai)熾(chi)燈(deng)有(you)幾(ji)個(ge)優(you)點(dian)。第(di)一(yi)個(ge)是(shi)發(fa)光(guang)二(er)極(ji)管(guan)沒(mei)有(you)燈(deng)絲(si)會(hui)燒(shao)壞(huai),所(suo)以(yi)壽(shou)命(ming)就(jiu)更(geng)長(chang)。此(ci)外(wai),發(fa)光(guang)二(er)極(ji)管(guan)的(de)小(xiao)小(xiao)塑(su)性(xing)燈(deng)泡(pao)使(shi)得(de)發(fa)光(guang)二(er)極(ji)管(guan)更(geng)持(chi)久(jiu)耐(nai)用(yong)。還(hai)可(ke)以(yi)更(geng)加(jia)容(rong)易(yi)適(shi)合(he)現(xian)在(zai)的(de)電(dian)子(zi)電(dian)路(lu)。傳(chuan)統(tong)白(bai)熾(chi)燈(deng)的(de)發(fa)光(guang)過(guo)程(cheng)包(bao)含(han)了(le)產(chan)生(sheng)大(da)量(liang)熱(re)量(liang)。這(zhe)是(shi)完(wan)全(quan)是(shi)浪(lang)費(fei)能(neng)源(yuan)。除(chu)非(fei)你(ni)把(ba)燈(deng)當(dang)做(zuo)發(fa)熱(re)器(qi)用(yong),因(yin)為(wei)絕(jue)大(da)部(bu)分(fen)有(you)效(xiao)電(dian)流(liu)並(bing)不(bu)是(shi)直(zhi)接(jie)產(chan)生(sheng)可(ke)見(jian)光(guang)的(de)。發(fa)光(guang)二(er)極(ji)管(guan)所(suo)發(fa)出(chu)的(de)熱(re)非(fei)常(chang)少(shao),相(xiang)對(dui)來(lai)說(shuo),越(yue)多(duo)電(dian)能(neng)直(zhi)接(jie)發(fa)光(guang)就(jiu)是(shi)越(yue)大(da)程(cheng)度(du)上(shang)減(jian)少(shao)對(dui)電(dian)能(neng)的(de)需(xu)求(qiu)。
直到現在,因為是用先進半導體材料製造所以發光二極管在大多數照明應用上還過於昂貴。半導體器件的價格在過去10年(nian)裏(li)大(da)幅(fu)度(du)地(di)降(jiang)低(di),然(ran)而(er),使(shi)得(de)發(fa)光(guang)二(er)極(ji)管(guan)在(zai)更(geng)廣(guang)的(de)應(ying)用(yong)下(xia)的(de)一(yi)個(ge)更(geng)劃(hua)算(suan)照(zhao)明(ming)選(xuan)擇(ze),在(zai)不(bu)遠(yuan)的(de)將(jiang)來(lai),發(fa)光(guang)二(er)極(ji)管(guan)將(jiang)會(hui)在(zai)世(shi)界(jie)技(ji)術(shu)上(shang)扮(ban)演(yan)更(geng)加(jia)大(da)的(de)角(jiao)色(se)。
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