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led [2021/09/13 01:51] gongyu |
led [2021/09/15 18:42] gongyu [1. 工作原理] |
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| ## LED | ## LED | ||
| + | {{ :ledall.gif |}} | ||
| - | 发光二极管简称为LED。由含镓（Ga）、砷（As）、磷（P）、氮（N）等的化合物制成。 | + | 发光二极管简称为LED，是我们身边最常见到的一种器件 - 手机的背光、汽车的车灯、家用的照明等等，对我们硬件工程师来讲，LED更是几乎所有的电路板上必备的指示器件，用来指示电源和程序运行的状态。 |
| + | {{drawio>ledonboard.png}} | ||
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| + | 也是几乎所有的电子产品中都有的。 由含镓（Ga）、砷（As）、磷（P）、氮（N）等的化合物制成。 | ||
| 当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光，氮化镓二极管发蓝光。因化学性质又分有机发光二极管OLED和无机发光二极管LED。 | 当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光，氮化镓二极管发蓝光。因化学性质又分有机发光二极管OLED和无机发光二极管LED。 | ||
| - | ### 原理 | + | ### 1. 工作原理 |
| 它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。发光二极管的反向击穿电压大于5伏。它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻以控制通过二极管的电流。限流电阻R可用下式计算： | 它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。发光二极管的反向击穿电压大于5伏。它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻以控制通过二极管的电流。限流电阻R可用下式计算： | ||
| R=（E－UF）/IF | R=（E－UF）/IF | ||
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| 以下是传统发光二极管所使用的无机半导体物料和所它们发光的颜色 | 以下是传统发光二极管所使用的无机半导体物料和所它们发光的颜色 | ||
| - | ### 白光LED | + | #### 白光LED |
| 1993年，当时在日本Nichia Corporation（日亚化工）工作的中村修二（Shuji Nakamura）发明了基于宽禁带半导体材料氮化镓（GaN）和铟氮化稼（InGaN）的具有商业应用价值的蓝光LED，这类LED在1990 年代后期得到广泛应用。理论上蓝光LED结合原有的红光LED和绿光LED可产生白光，但白光LED却很少是这样造出来的。 | 1993年，当时在日本Nichia Corporation（日亚化工）工作的中村修二（Shuji Nakamura）发明了基于宽禁带半导体材料氮化镓（GaN）和铟氮化稼（InGaN）的具有商业应用价值的蓝光LED，这类LED在1990 年代后期得到广泛应用。理论上蓝光LED结合原有的红光LED和绿光LED可产生白光，但白光LED却很少是这样造出来的。 | ||
| 现时生产的白光LED大部分是通过在蓝光LED(near-UV，波长450nm至470nm)上覆盖一层淡黄色荧光粉涂层制成的，这种黄色磷光体通常是通过把掺了铈的钇铝石榴石(Ce3+:YAG)晶体磨成粉末后混和在一种稠密的黏合剂中而制成的。当LED芯片发出蓝光，部分蓝光便会被这种晶体很高效地转换成一个光谱较宽（光谱中心约为580nm）的主要为黄色的光。（实际上单晶的掺Ce的YAG被视为闪烁器多于磷光体。）由于黄光会刺激肉眼中的红光和绿光受体，再混合LED本身的蓝光，使它看起来就像白色光，而其的色泽常被称作“月光的白色”。这种制作白光LED的方法是由Nichia Corporation所开发并从1996年开始用在生产白光LED上。若要调校淡黄色光的颜色，可用其它稀土金属铽或钆取代Ce3+:YAG中掺入的铈(Ce)，甚至可以以取代YAG中的部份或全部铝的方式做到。而基于其光谱的特性，红色和绿色的对象在这种LED照射下看起来会不及阔谱光源照射时那么鲜明。另外由于生产条件的变异，这种LED的成品的色温并不统一，从暖黄色的到冷的蓝色都有，所以在生产过程中会以其出来的特性作出区分。 | 现时生产的白光LED大部分是通过在蓝光LED(near-UV，波长450nm至470nm)上覆盖一层淡黄色荧光粉涂层制成的，这种黄色磷光体通常是通过把掺了铈的钇铝石榴石(Ce3+:YAG)晶体磨成粉末后混和在一种稠密的黏合剂中而制成的。当LED芯片发出蓝光，部分蓝光便会被这种晶体很高效地转换成一个光谱较宽（光谱中心约为580nm）的主要为黄色的光。（实际上单晶的掺Ce的YAG被视为闪烁器多于磷光体。）由于黄光会刺激肉眼中的红光和绿光受体，再混合LED本身的蓝光，使它看起来就像白色光，而其的色泽常被称作“月光的白色”。这种制作白光LED的方法是由Nichia Corporation所开发并从1996年开始用在生产白光LED上。若要调校淡黄色光的颜色，可用其它稀土金属铽或钆取代Ce3+:YAG中掺入的铈(Ce)，甚至可以以取代YAG中的部份或全部铝的方式做到。而基于其光谱的特性，红色和绿色的对象在这种LED照射下看起来会不及阔谱光源照射时那么鲜明。另外由于生产条件的变异，这种LED的成品的色温并不统一，从暖黄色的到冷的蓝色都有，所以在生产过程中会以其出来的特性作出区分。 | ||
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| 最新一种制造白光LED的方法没再用上磷光体。新的做法是在硒化锌(ZnSe)基板上生长硒化锌的磊晶层。通电时其活跃地带会发出蓝光而基板会发黄光，混合起来便是白色光。 | 最新一种制造白光LED的方法没再用上磷光体。新的做法是在硒化锌(ZnSe)基板上生长硒化锌的磊晶层。通电时其活跃地带会发出蓝光而基板会发黄光，混合起来便是白色光。 | ||
| + | {{ :apa102.jpg?300 |}} | ||
| + | {{ :sparkfun_lumini_led_ring_b.gif |}} | ||
| - | ### 极性 | + | #### 极性 |
| 发光二极管的两根引线中较长的一根为正极，应接电源正极。有的发光二极管的两根引线一样长，但管壳上有一凸起的小舌，靠近小舌的引线是正极。 | 发光二极管的两根引线中较长的一根为正极，应接电源正极。有的发光二极管的两根引线一样长，但管壳上有一凸起的小舌，靠近小舌的引线是正极。 | ||
| - | ### LED单向导通性 | + | #### LED单向导通性 |
| LED只能往一个方向导通（通电），叫作正向偏置（正向偏压），当电流流过时，电子与空穴在其内复合而发出单色光，这叫电致发光效应，而光线的波长、颜色跟其所采用的半导体材料种类与掺入的元素杂质有关。具有效率高、寿命长、不易破损、开关速度高、高可靠性等传统光源不及的优点。白光LED的发光效率，在近几年来已经有明显的提升，同时，在每千流明的购入价格上，也因为投入市场的厂商相互竞争的影响，而明显下降。虽然越来越多人使用LED照明作办公室、家具、装饰、招牌甚至路灯用途，但在技术上，LED在光电转换效率(有效照度对用电量的比值)上仍然低于新型的荧光灯，是国家以后发展民用的去向。 | LED只能往一个方向导通（通电），叫作正向偏置（正向偏压），当电流流过时，电子与空穴在其内复合而发出单色光，这叫电致发光效应，而光线的波长、颜色跟其所采用的半导体材料种类与掺入的元素杂质有关。具有效率高、寿命长、不易破损、开关速度高、高可靠性等传统光源不及的优点。白光LED的发光效率，在近几年来已经有明显的提升，同时，在每千流明的购入价格上，也因为投入市场的厂商相互竞争的影响，而明显下降。虽然越来越多人使用LED照明作办公室、家具、装饰、招牌甚至路灯用途，但在技术上，LED在光电转换效率(有效照度对用电量的比值)上仍然低于新型的荧光灯，是国家以后发展民用的去向。 | ||
| - | ### 几篇关于点亮LED的文章 | + | LED有额定电流，其与本身的特性有关，我们常用的贴片ＬＥＤ（0805、0603等封装）一般其额定电流为10-30mA。FPGA I/O默认输出电流为24mA，足以驱动指示用的LED。 |
| - | * [[LED_articles|几篇关于点亮LED的文章]] | + | |
| + | {{ :stepfpga_test.mp4 |}} | ||
| + | <WRAP centeralign> 小脚丫FPGA演示功能中的LED显示效果 </WRAP> | ||
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| + | ### 2. 几种常见的点灯例程 | ||
| + | * [[one_led|点亮LED]] - LED的控制及开关、按键的使用 | ||
| + | * [[led_comblogic|用LED体会组合逻辑]] - 通过不同按键的输入控制不同LED的输出来体会组合逻辑的基本构成 | ||
| + | * [[7-seg_disp_verilog|7段数码管显示控制]] - 7段数码管的显示控制原理及支持的组合逻辑功能 | ||
| + | * [[hb_led|心跳灯]] - 时序逻辑、计数器 | ||
| + | * [[waterfall_led|流水灯]] - 时序逻辑、计数器 | ||
| + | * [[breath_led|呼吸灯]] - PWM | ||
| + | * [[rgb_led|三色灯]] - PWM | ||
| + | * [[traffic_led_verilog|交通灯]] - 状态机 | ||
| + | * [[matrix_led|LED阵列]] - FPGA来控制8*8灯板显示字符和图案 | ||
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| + | ### 3. 几篇关于点亮LED的文章 | ||
| + | * [用Arduino点亮8*8的单色LED点阵](https://www.allaboutcircuits.com/technical-articles/driving-led-arrays-with-an-arduino/) | ||
| + | * [关于点亮LED的若干技术的讨论](https://forum.allaboutcircuits.com/blog/leds-555s-pwm-flashers-and-light-chasers-index.378/) | ||
| + | * [如何自制一个星球大战里的绝地武士激光剑？](https://www.allaboutcircuits.com/projects/how-to-build-the-brightest-led-saber-in-the-world/) | ||
| + | * [Sparkfun上关于LED的详细介绍](https://learn.sparkfun.com/tutorials/light-emitting-diodes-leds) | ||
| + | * [如何用8根GPIO驱动56个LED灯？](https://learn.sparkfun.com/tutorials/sparkfun-led-array-8x7-hookup-guide?_ga=2.79083927.2078739056.1570055273-2139252765.1561277938) | ||
| + | * [[https://www.electronicshub.org/light-emitting-diode-basics/|ElectronicsHub上关于LED的介绍]] | ||
| + | * [[扩展模块_led点阵|搭配小脚丫FPGA的8*8 LED模块及项目]] | ||
| + | * [[one_led|如何用FPGA点亮LED？]] | ||
| + | * [[breath_led|如何用FPGA制作呼吸灯？]] | ||
| + | * [[rgb_led|如何用FPGA驱动三色LED？]] | ||
| + | * [[waterfall_led|如何用FPGA制作流水灯？]] | ||
| + | * [[ledprojects|一些与LED相关的项目]] | ||