全文做了总结。

2 LED 简介

LED（Light Emitting Diode，即发光二极管）是一种固态照明光源，具有体积小、 低功耗、效率高、可调光、寿命长、绿色环保、安全低压等诸多优点。由含镓（Ga）、砷

（As）、磷（P）、氮（N）等的化合物制成，所以它的正向压降可达到 3。6V，而一般的二极 管为 0。7V。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。

2。1 LED 发光原理

LED 是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能。从本质上讲，其核心是 PN 结， 因此具备 PN 结的一般特性即正向导通、反向截止和击穿。当给发光二极管加上正向电压 后，致使扩散运动强于漂移运动，从 P 区注入到 N 区的空穴和从 N 区注入到 P 区的电子在

PN 结附近微米范围内分别与 N 区电子和 P 区空穴复合从而发光，如图 2。1 所示： 半导体材料的不同，它们的电子和空穴所处的能量状态也不同，当电子和空穴复合时

释放出的能量越多，发出光的波长就越短。因为发光二极管的反向击穿电压大于 5 伏，从

图 2。1 可以看出它的正向伏安特性曲线很陡，所以使用时必须串限流电阻来控制电流，而 电流的大小决定了光的强弱。

从半导体的能带理论可知，电子从高级跃迁到低级能量时多余的能量会以光的形式释 放出来，有如下公式[1]：

其中 h 为普朗克常量，C 为光速， 为波长，q 为电子所带的电荷量， Eg 为跃迁能量

（材料的禁带宽度），如果要发出可见光（ =380nm~780nm ），则 Eg =（1。63~3。26）eV 。 对于一般的硅或者锗二极管，由于 Eg 很小，复合后释放出的光波很长，在红外波段，以热

能的形式散出去了。而发光二极管常采用蓝宝石、氮化镓、砷化镓、碳化硅等，这些材料 在电子与空穴复合时释放的是可见光。

2。2 LED 电学特性

LED 也是 PN 型半导体，具备相似的电学特性，而伏安特性是流过 PN 结的电流随施加 于其上的电压变化的特性，是非线性的单向导电特性。如图 2。2 所示[1]：

从图中可以看出只有当电压超过一定的数值即阈值电压 VTH （开启电压）后，电流才 随电压的增加而呈指数性增长，有如下关系：

I  =I (eqVF /nkT   1) （2-2）

式中： Is 为反向饱和电流，q 为电子电荷量，n 为常数（1~2）， k  1。3810 J/K 是玻

尔兹曼常数， VF  是 LED 的正向电压。

而当施加反向电压时，只有少量的反向电流流过 PN 结，基本与横轴重合。当反向 电压继续增加到一定数值时，反向电流会急剧增大，将出现反向击穿现象。

综上，LED 与普通的二极管的电学特性并无大异，只是它能够发光而且正向电压稍 大了些。

2。3 LED 连接形式 2。3。1 整体串联形式

①简单串联形式

一般简单的串联连接形式如图 2。3 所示，串联连接方式要求 LED 驱动电路输出较高的 驱动电压。由于 LED 是电流型器件，可以保证各自的发光强度相一致。然而，当其中一个 LED 发生开路故障时，将造成整个 LED 灯串的熄灭，影响了使用的可靠性。

②带反向并联齐纳二极管的串联形式

为了解决简单串联中可靠性问题，可以在每个 LED 两端都反向并联一个齐纳二极管， 如图 2。4 所示。在 LED 正常工作时，由于齐纳二极管 VD1 ～ VDn 不导通，电流主要流过 LED1 ～ LEDn ；当 LED 串中有损坏的 LED 所造成灯串开路时，由于 VD1 ～ VDn 导通，除了