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法律研究发光二极管 (LED)
光可以从各种来源获得，例如蜡烛、灯泡和太阳光等。电灯泡是由托马斯·爱迪生于 1879 年发明的。电流通过灯泡内的灯丝，当通过灯丝的电流足够大时，灯丝会发热并发出光。这意味着它将电能转换为灯泡内的热能。而在发光二极管 (LED) 中，电子电能可以直接转换为光能。
光是一种由原子释放的能量。光的粒子是光子，没有质量。原子是基本的构建块，由小的粒子组成，例如电子（带负电）、质子（带正电）和中子（不带电）。这些都是原子核的一部分。电子围绕原子核在不同的轨道或壳层中旋转，这些轨道或壳层相对于轨道距离具有不同的能级。
当围绕原子核运行的电子从外部来源获得能量时，它们会暂时跃迁到更高的轨道或更高的能级，然后回落到其较低的能级并以光子或光的形式释放能量。它会导致能量以热的形式损失。
发光二极管 (LED)
它是一种最广泛使用的半导体，当正向偏置时，会发出可见光或不可见的红外光。遥控器产生不可见光。发光二极管 (LED) 是一种将光电能转换为光能的器件，当施加电压时。
在正向偏置时，当导带中的自由电子与价带中的空穴复合时，能量以光的形式释放。这个过程称为电致发光。就像普通的 p-n 结二极管只允许电流在一个方向流动一样，LED 也只在正向偏置条件下工作。N 型材料应带负电，P 型材料应带正电以产生 LED。
LED 的层
发光二极管 (LED) 有三层。这些是
P 型半导体
三价杂质被添加到本征或纯半导体中。空穴是多数载流子。
N 型半导体
五价杂质被添加到本征半导体中。自由电子是多数载流子。
耗尽层或区域
它是 P 型和 N 型半导体之间的一个区域或层，其中不存在载流子（自由电子或空穴）。它是电流的障碍。为了克服这个障碍，我们需要施加一个大于该层势垒电位的电压。
LED 的工作原理
发光二极管 (LED) 仅在正向偏置条件下工作，其中自由电子来自 N 端，空穴来自 P 端被推向结。自由电子和空穴的复合发生在耗尽区以及 P 型和 N 型半导体中。导带中的自由电子在与价带中的空穴复合之前，会以光的形式释放能量。
当外部电压施加到价电子时，断开与母原子键合的价电子称为自由电子，而那个空位称为空穴。所有价电子的能级范围的组合称为价带。
由于自由电子的能量始终大于价电子或空穴的能量，因此它需要损失能量才能与空穴复合。因此，每次电荷复合都会以光的形式发出能量。发射光的亮度取决于用于导电 LED 的材料和流过 LED 的正向电流。
在普通硅二极管中，导带和价带之间的能隙较小，因此释放的低能光子频率较低且人眼无法看到。而在 LED 中，导带和价带之间的能隙非常大，因此释放的高能光子对人眼可见。
由于 LED 仅在正向偏置条件下工作，因此如果对 LED 施加反向偏置电压，则可能会损坏 LED。LED 可以以 1 ns 的非常快的速度开关。LED 最常见的颜色是绿色、红色、橙色和黄色，但示意图符号相同。
LED 的偏置
大多数 LED 的安全正向电压和电流分别为 1V 至 3V 和 200mA 至 100mA。为了避免因电压过高而损坏器件，我们需要将一个电阻 (Rs) 与 LED 串联放置，该电阻放置在 LED 和电压源 (Vs) 之间，该电阻称为限流电阻。因此，我们可以使用此限流电阻来保护 LED 免受损坏。流过 LED 的电流用数学公式表示为：
IF = VS - VD/RS
其中，IF 是正向电流，VS 是电源或供电电压，VD 是 LED 上的压降，RS 是电阻或限流电阻。
LED 发出的输出光量与流过 LED 的正向电流量成正比。
LED 的类型
发光二极管有两类，分别是可见光 LED 和不可见光 LED。此外，发射光的波长或颜色取决于材料的禁带或能隙。以下是各种类型的发光二极管
砷化镓 (GaAs) – 红外
磷化砷化镓 (GaAsP) – 红色到红外，橙色
磷化铝镓砷 (AlGaAsP) – 高亮度红色、橙红色、橙色和黄色
磷化镓 (GaP) – 红色、黄色和绿色
磷化铝镓 (AlGaP) – 绿色
氮化镓 (GaN) – 绿色、翠绿色
氮化铟镓 (GaInN) – 近紫外线、蓝绿色和蓝色
碳化硅 (SiC) – 作为衬底的蓝色
硒化锌 (ZnSe) – 蓝色
LED 的优点
以下是发光二极管的优点
- 通过改变电流可以轻松控制 LED 的亮度。
- 它们体积小、重量轻，使用寿命更长。
- 它们非常便宜、易于获得且功耗低。
- LED 的工作速度非常快。
- 它们可以发出不同颜色的光。
- LED 不含荧光灯中使用的汞等有毒物质。
LED 的缺点
LED 的主要缺点是效率低，并且比普通 p-n 结二极管需要更多的功率才能工作。
LED 的应用
以下是 LED 的各种应用
- 数字计算机和计算器
- 交通信号灯和防盗报警系统
- 微处理器和多路复用器
- 可视电话和电子手表
- 相机闪光灯和汽车热灯
- 航空照明
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