发光二极管统称LED,没有灯丝,也不特别热。它仅由半导体材料中的电子发射光及工作原理图分析
2018-07-04 15:54:36
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发光二极管,通常被称为LED,是真正的无名英雄在电子世界。他们做许多不同的工作,可以看到它在各种设备中的存在。


LED基本上只是一个小灯泡。但与普通白炽灯泡不同,发光二极管没有灯丝,也不特别热。它仅由半导体材料中的电子发射光。

二极管是什么?


二极管是半导体器件中最常见的器件之一。大多数半导体由掺杂半导体(原子和其他物质)制成,通常是砷化铝。在纯砷化铝中,所有原子与它们的近邻完美结合,不留下自由电子连接电流。在掺杂的物质中,额外的原子改变电子平衡,而不是增加自由电子,或者产生电子可以穿过的空穴。这两个附加条件使材料更具导电性。具有额外电子的半导体被称为n型半导体,因为它具有额外的负粒子,因此在n型半导体材料中,自由电子从负区域流动到正区域。具有额外的“电子空穴”的半导体被称为P半导体,因为它们具有正的粒子。电子可以从另一个电子空穴跃迁到另一个电子空穴,从负区域跃迁到正区域。


因此,电子空穴本身表明它从正区域流动到负区域。二极管由N半导体材料和P半导体材料组成。每个终端都携带电子。这种安排允许电流仅在一个方向上流动。当没有电压通过二极管时,电子从N型半导体到过渡层之间的交界处的P型半导体流动,从而形成损耗区。在损耗区,半导体材料将恢复到原来的绝缘状态-所有这些“电子空穴”将被填充,并且没有自由电子或电子真空区和电流不能流动。

为了消除损失面积,必须使N型移动到P型运动和空穴。为了达到这个目的,将二极管类型N连接到电流和P型的负电流,以连接到电流的正极。此时,N型物质中的自由电子被排斥并被负电子吸引到正电子。P物质中的电子空穴向另一方向移动。当电子之间的电压足够高时,有损区域中的电子将在其电子空穴中再次自由移动。损耗区消失,电流流过二极管。

如果你试图使电流在其他方向上流动,P端会把电流负极和N型连接到正极,电流就不会流动。n型物质的负电子被吸引到正电子。P型材料阴极中的电子空穴被吸引到负电子。因为电子空穴和电子在错误的方向上移动,所以没有电流流过结,并且损耗面积增加。

为什么二极管发光?


光是能量的一种形式,一种可以被原子释放。它由许多小的能量和能量束组成,而不是质量。这些粒子被称为光子,是光的最基本单位。光子是由于电子的运动而释放的。在原子中,电子围绕轨道中的原子运动。电子在不同的轨道函数中具有不同的等能量。一般来说,具有较大能量的电子在轨道中远离核。当电子从较低的轨道跳到更高的轨道时,能量水平增加,反过来,当较高的轨道功能下降到下轨道功能时,电子释放能量。能量以光子的形式释放出来。更高的能量降低了高能量光子的释放,其特征在于其高频率。


自由电子从P型层通过二极管落入空穴电子空穴。这包括从导带下降到更低的轨道函数,因此电子以光子的形式释放能量。这种现象在任何二极管中都会发生。当二极管由某种物质组成时,你只能看到光子。例如,在标准硅二极管的原子中,当电子下降到相对较短的距离时,原子以这样的方式排列。其结果是,由于电子的低频率,人的眼睛是看不见的。


可见发光二极管,如在数字显示时钟中使用的间隙的大小,决定光子的频率。换句话说,光的颜色是确定的。当所有二极管发光时,大多数都不是很有效。在普通二极管中,半导体材料本身会吸引大量的光能。LED被一个塑料灯泡覆盖在一个特定的方向上。

与传统白炽灯相比,发光二极管有几个优点。首先是LED不会烧坏,寿命更长。此外,发光二极管的小塑料灯泡使发光二极管更耐用。它还可以更容易地适应当前的电子电路。传统白炽灯的照明过程中含有大量的热量。这是浪费能源。除非使用灯作为加热器,大部分有效电流不能直接产生可见光。发光二极管发出的热量非常小。相对而言,直接发射的能量越多,对电力的需求就越大。

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直到现在,由于先进的半导体材料的制造,LED对于大多数照明应用来说仍然太昂贵。半导体器件的价格在过去10年中大大减少,然而,LED在更广泛的使用更具成本效益的照明选择,在不久的将来,LED将在世界技术中发挥更大的作用。


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