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發(fā)光二極管,通常稱為 LED,是在電子學(xué)世界里面的真正無名英雄。它們做了許多不同工作和在各種各樣的設(shè)備都可以看見它的存在。

 

基本上,發(fā)光二極管只是一個微小的電燈泡。但不像常見的白熾燈泡，發(fā)光二極管沒有燈絲，而且又不會特別熱。它單單是由半導(dǎo)體材料里的電子移動而使它發(fā)光。

 

什么是二極管?

 

二極管是半導(dǎo)體設(shè)備中的一種最常見的器件,大多數(shù)半導(dǎo)體最是由攙雜半導(dǎo)體材料制成(原子和其它物質(zhì))發(fā)光二極管導(dǎo)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(jié)合,沒有留下自由電子連接電流。在攙雜物質(zhì)中，額外的原子改變電平衡，不是增加自由電子就是創(chuàng)造電子可以通過的空穴。這兩樣額外的條件都使得材料更具傳導(dǎo)性。帶額外電子的半導(dǎo)體叫做 N 型半導(dǎo)體，由于它帶有額外負(fù)電粒子，所以在 N 型半導(dǎo)體材料中，自由電子是從負(fù)電區(qū)域向正電區(qū)域流動。帶額外“電子空穴”的半導(dǎo)體叫做 P 型半導(dǎo)體，由于帶有正電粒子。電子可以從另一個電子空穴跳向另一個電子空穴，從從負(fù)電區(qū)域向正電區(qū)域流動。

 

因此，電子空穴本身就顯示出是從正電區(qū)域流向負(fù)電區(qū)域。二極管是由 N 型半導(dǎo)體物質(zhì)與 P 型半導(dǎo)體物質(zhì)結(jié)合，每端都帶電子。這樣排列使電流只能從一個方向流動。當(dāng)沒有電壓通過二極管時，電子就沿著過渡層之間的匯合處從 N 型半導(dǎo)體流向 P 型半導(dǎo)體，從而形成一個損耗區(qū)。在損耗區(qū)中，半導(dǎo)體物質(zhì)會回復(fù)到它原來的絕緣狀態(tài) -- 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(qū)和電流不能流動。

為了除掉損耗區(qū)就必須使 N 型向 P 型移動和空穴應(yīng)反向移動。為了達(dá)到目的，連接二極管 N 型一方到電流的負(fù)極和 P 型就連接到電流的正極。這時在 N 型物質(zhì)的自由電子會被負(fù)極電子排斥和吸引到正極電子。在 P 型物質(zhì)中的電子空穴就移向另一方向。當(dāng)電壓在電子之間足夠高的時候，在損耗區(qū)的電子將會在它的電子空穴中和再次開始自由移動。損耗區(qū)消失，電流流通過二極管。

 

 

 

如果嘗試使電流向其它方向流動，P 型端就邊接到電流負(fù)極和 N 型連接到正極，這時電流將不會流動。N 型物質(zhì)的負(fù)極電子被吸引到正極電子。P 型物質(zhì)的正極電子空穴被吸引到負(fù)極電子。因?yàn)殡娮涌昭ê碗娮佣枷蝈e誤的方向移動所以就沒有電流流通過匯合處，損耗區(qū)增加。

 

 

 

為什么二極管會發(fā)光?

 

光是能量的一種形式，一種可以被原子釋放出來。是由許多有能量和動力但沒質(zhì)量的微小粒子似的小捆組成的。這些粒子被叫做光子，是光的最基本單位。光子是因?yàn)殡娮右苿硬裴尫懦鰜怼Ｔ谠又校娮釉谠拥乃闹車攒壍佬问揭苿印ｋ娮釉诓煌能壓瘮?shù)有著不同等的能量。通常來說，有著更大能量的電子以軌道移動遠(yuǎn)離了核子。當(dāng)電子從一個更低的軌道跳到一個更高的軌道，能量水平就增高，反過來，當(dāng)從更高軌函數(shù)跌落到更低的軌函數(shù)里時電子就會釋放能量。能量是以光子形式釋放出來的。更高能量下降釋放更高能量的光子，它的特點(diǎn)在于它的高頻率。

 

自由電子從 P 型層通過二極管落入空的電子空穴。這包含從傳導(dǎo)帶跌落到一個更低的軌函數(shù)，所以電子就是以光子形式釋放能量。這在任何二極管里都會發(fā)生的，當(dāng)二極管是由某種物質(zhì)組成的時候，你只是可以看見光子。在標(biāo)準(zhǔn)硅二極管的原子，比如說，當(dāng)電子跌落到相對短距離原子是以這樣的方式排列。結(jié)果，由于電子頻率這么低的情況下人的眼睛是無法看得到的。

 

可見光發(fā)光二極管，比如用在數(shù)字顯示式時鐘的，間隙的大小決定了光子的頻率，換句話說就是決定了光的色彩。當(dāng)所有二極管都發(fā)出光時，大多數(shù)都不是很有效的。在普通二極管里，半導(dǎo)體材料本身吸引大量的光能而結(jié)束。發(fā)光二極管是由一個塑性燈泡覆蓋集中燈光在一個特定方向。

 

 

 

發(fā)光二極管比傳統(tǒng)的白熾燈有幾個優(yōu)點(diǎn)。第一個是發(fā)光二極管沒有燈絲會燒壞，所以壽命就更長。此外，發(fā)光二極管的小小塑性燈泡使得發(fā)光二極管更持久耐用。還可以更加容易適合現(xiàn)在的電子電路。傳統(tǒng)白熾燈的發(fā)光過程包含了產(chǎn)生大量熱量。這是完全是浪費(fèi)能源。除非你把燈當(dāng)做發(fā)熱器用，因?yàn)榻^大部分有效電流并不是直接產(chǎn)生可見光的。發(fā)光二極管所發(fā)出的熱非常少，相對來說，越多電能直接發(fā)光就是越大程度上減少對電能的需求。