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红外发光二极管
阅读:15610时间:2010-12-20 10:32:16

  红外灯发光体是由红外发光二极管(LED)矩阵组合而成。它是由红外辐射效率高的材料制成的PN结,再外加正向偏压向PN结注入电流,从而激发出红外光。光谱功率分布为中心波长830nm -- 950nm,半峰带宽约40nm左右,它是窄带分布,是普通CCD黑白摄像机可感受的光谱范围。其的优点是可以完全无红暴,或仅有微弱红暴;另外,红外发光二极管还具有寿命长的特点。常用的红外发光二极管有SE303·PH303。

结构

  红外发光二极管的封装通常采用的是环氧树脂,能看到管内的结构,同时也能提高发光效率。管径有φ3mm、φ5mm,两种,常用的是φ5mm的。

  红外发光二极管有两根引脚,其较长的一根为正极,短的一根为负极。

  红外发光二极管的外形有顶射式、侧射式,结构如图。

红外发光二极管的结构

特性

  1.电流—电压特性

  红外发光二极管其电气的电路符号及特性曲线,如图1所示。阳极(P极)电压加正,阴极(N极)电压加负,此时二极管所加之电压为正向电压,同时亦产生正向电流,提供了红外发光二极管发射出光束的能量,其发光的条件与一般的发光二极管(LED)一样,只是红外线为不可见光。

  一般而言砷化镓的红外线发光二极体约须1V,而镓质的红色发光二极管切入电压约须1.8V;绿色发光二极管切入电压约须2.0V左右。当加入之电压超过切入电压之后,电流便急速上升,而周围温度对二极管的切入电压影响亦很大,当温度较高时,将使其切入电压数值降低,反之,切入电压降低。

  红外线发光二极管工作在反向电压时,只有微小的漏电流,但反向电压超过崩溃电压时,便立即产生大量的电流,将使元件烧毁,一般红外线二极管反向耐压之值约为3~6V,在使用时尽量避免有此一情形发生。

红外发光二极管


  图1 红外发光二极管的特性

  2.热损

  红外线发光二极管的热损失,是因元件所外加的电压VF,产生的电流IF累积而来的,除了一小部份能量做为光的发射外,大部份形成热能而散发,所散发的热能即所谓的损失。元件的功率损耗,在值的60%以下范围内,元件使用上会很安全,功率的损其值与周围温度亦有关系。

  3.发射束电流特性

  一般可见光的发光二极管其输出光的强度是以光度表示之,而不可见光如红外线发光二极管其输出光的能量大小,是以发射束Fe表示,其单位为瓦特。发射束的意义是单位时间内,所能发射、搬移光的能量的多寡。

  红外线发光二极管的发射束大体上也是随电流比例而定,如图2所示,为发射束与正向电流的特性曲线。同时,发射束亦受周围温度影响,温度下降时,发射束反而增强;温度上升时,则下降(正向电流一般都有一固定值),然而因热损失之故,元件上的温度便形增加,如此发光效率就会受到影响而降低。

发射束-正向电流特性(GL-514)


  图2 发射束-正向电流特性(GL-514)

  4.发光频谱:

  发光二极管所发射的光波长,常因其所用的材料而异。图3所表示是各种发光二极管的发光频谱。砷化镓的红外线发光二极管,其峰值发光波长为940~950 nm,而人不能看到的光波长,大概就在900 nm以上,这也就是红外线的光我们人眼所不能看到的原因。

  图中虚线部分,是Si质光电晶体的相对分光感度,光电晶体的感光范围很大,其范围由500nm到1100nm,而其感光峰值约在800nm左右,所以光电晶体除了平常用来做可见光线侦测外,也常用来做红外线接收器。但使用光电晶体当红外线接收器时,须注意其它光线的干扰,为排除干扰可以在接收器的放大部份加入一带通滤波器,以让红外线发光二极管发射出来光线的频率通过,如此可以减少很多不必要的干扰。

发光二极管的发光频谱


  图3 发光二极管的发光频谱

  5.方向特性

  红外线发光二极管的发射强度因发射方向而异。方向的特性如图4,图的发射强度是以值为基准,方向角度即为发射强度的相对值。当方向角度为零度时,其放射强度定义为100%,当方向角度越大时,其放射强度相对的减少,发射强度如由光轴取其方向角度一半时,其值即为峰值的一半,此角度称为方向半值角,此角度越小即代表元件之指向性越灵敏。

  一般使用红外线发光二极管均附有透镜,使其指向性更灵敏,而图4(a)的曲线就是附有透镜的情况,方向半值角大约在± 7°。另外每一种编号的红外线发光二极管其幅射角度亦有所不同,图4 (b)所示之曲线为另一种编号之元件,方向半值角大约在± 50°,详细之幅射角度之比较,可参阅表1。

发光元件的方向特性


  图4 发光元件的方向特性

  6.距离特性

  红外线发光二极管的幅射强度,依光轴上的距离而变,亦随受光元件的不同而变。图5是受光元件的入射光量变化和距离的特性。基本上光量度是随距离的平方成反比,且和受光元件特性不同有关。

相对发射输出与距离特性


  图5 相对发射输出与距离特性

  7.响应特性

  响应特性所指的是,红外线发光二极管加入电流后,至发光的时间,一般红外线发光二极管的响应时间是随其制作方法不同而异。现在最快的是液体成长型红外线发光二极管,其响应速度约在1~3uS ,亦即在适当调节下,其使用频率约在300KHz 以下。

  8.包装与外型

  红外线发光二极管的包装种类分为三种,透镜消除型、陶瓷型及树脂分子型,其包装构造,如图6所示,若在使用环境上,用途上要求严格的话,应使用陶瓷型的。红外线发光二极管的外型,如图所示。

红外发光二极管的包装

控制

  发射红外线去控制相应的受控装置时,其控制的距离与发射功率成正比。为了增加红外线的控制距离,红外发光二极管工作于脉冲状态,因为脉动光(调制光)的有效传送距离与脉冲的峰值电流成正比,只需尽量提高峰值Ip,就能增加红外光的发射距离。提高Ip 的方法,是减小脉冲占空比,即压缩脉冲的宽度т,一些彩电红外遥控器,其红外发光管的工作脉冲中空比约为1/4~1/3;一些电气产品红外遥控器,其占空比是1/10。减小冲占空比还可使小功率红外发光二极管的发射距离大大增加。常见的红外发光二极管,其功率分为小功率(1mW~10mW)、中功率(20mW~50mW)和大功率(50mW~100mW以上)三大类。要使红外发光二极管产生调制光,只需在驱动管上加上一定频率的脉冲电压。

  用红外发光二极管发射红外线去控制受控装置时,受控装置中均有相应的红外光一电转换元件,如红外按收二极管,光电三极管等。实用中已有红外发射和接收配对的二极管。

检测

  A、判别红外发光二极管的引脚极性正、负电极。红外线发光二极管有两个引脚,通常长引脚为正极,短引脚为负极。因红外线发光二极管呈透明状,所以管壳内的电极清晰可见,内部电极较宽较大的一个为负极,而较窄且小的一个为正极。

  B、将万用表置于R×1k挡,测量红外发光二极管的正、反向电阻,通常,正向电阻应在30k左右,反向电阻要在500k以上,这样的管子才可正常使用。要求反向电阻越大越好。

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