發(fā)射管基礎(chǔ)知識(shí)1

發(fā)射管基礎(chǔ)知識(shí)1第1頁/共29頁2

基本原理

LED晶片的元素為III-V族化合半導(dǎo)體（周期表）第2頁/共29頁3

材料的排列模式:Si原子內(nèi)各層的穩(wěn)定電子數(shù):2,8,8,…..個(gè)矽的外層電子數(shù)為4個(gè)電子第3頁/共29頁4

N-type的排列模式:Si+As在Si的排列中放入As,則將多出一個(gè)電子,在結(jié)構(gòu)上是為帶負(fù)電(Negative),故定義為N-type.第4頁/共29頁5

P-type的排列模式:Si+B在Si的排列中放入B,在結(jié)構(gòu)上將少一個(gè)電子,可視為帶正電(Positive)的空域,稱為電洞(hole),定義為P-type.第5頁/共29頁6

LED的符號(hào)

P層與N層之接合狀況第6頁/共29頁7

LED之通電狀況P極接正電,N極接負(fù)電,則LED發(fā)光;反之,則不發(fā)光第7頁/共29頁8紅外LED的分類按外尺寸分類：φ3、φ5、φ8、φ10、食人魚、大功率等；按角度分類：9度、15度、30度、45度、60度、80度等；按功率分類：小功率、大功率。第8頁/共29頁9

紅外LED的五大物料與五大製程LED示意圖第9頁/共29頁10

晶片

晶片是LED的核心部分，也就是發(fā)光的光源，紅外發(fā)射管也是一樣，亮度及電性的好壞主要取決于晶片。

發(fā)射管晶片的材質(zhì)是砷化鎵（GaAs）或者砷鋁化鎵（GaAlAs）所組成。發(fā)射管晶片的分類

目前發(fā)射管晶片分類主要按波長及晶片尺寸大小來區(qū)分。一、按波長分：830nm、850nm、880nm、940nm等。二、按晶片尺寸分：10mil、12mil、14mil、16mil、20mil、24mil、40mil等。提示：mil是尺寸單位，千分之一英寸。1mil=0.0254mm第10頁/共29頁11支架

支架的材質(zhì)一般為鐵材，表面鍍銀。有時(shí)為了提高支架的散熱性，也采用銅材。支架一般分為碗杯型、平頭型和特殊型。碗杯型利用凹鏡原理，主要用于聚光型LED，角度??；且碗杯的大小、深淺都會(huì)影響發(fā)光角度。第11頁/共29頁12

銀膠（SilverEpoxy）：我們通過加熱銀膠使之固化，達(dá)到把晶片粘固在支架上的目的，便于焊線作業(yè)。且銀膠還起到導(dǎo)電的作用。銀膠的主要成份是：銀粉、環(huán)氧樹脂、固化劑、稀釋劑。要低溫儲(chǔ)存，高溫固化（150℃/2H）。銀膠金線

金線（GoldWire）：金線是用99.99%的工業(yè)用金拉絲而成的，其直徑為0.9-1.2mil（1mil=0.0254mm）。其主要作用是連接晶片與支架，且起導(dǎo)電作用。第12頁/共29頁13

環(huán)氧樹脂（Epoxy）：LED封裝用的膠體是一種環(huán)氧樹脂膠，它是一種雙組分膠。主劑是A膠，是環(huán)氧樹脂，固化劑是B膠，是酸酐類物質(zhì)。它的透光性、流動(dòng)性良好。封裝膠體的顏色是通過加入色膠（色素）來改變的。色膠主要是由環(huán)氧樹脂和各種熱安定性的染料調(diào)配而成的。擴(kuò)散劑是由料度分布極為均勻之高光擴(kuò)散性填充料（SiO2）和環(huán)氧樹脂所組成，它的功能是使晶片發(fā)出的光在樹脂內(nèi)均勻的擴(kuò)散，使LED發(fā)出柔和一致的光度，同時(shí)會(huì)降低LED的亮度。環(huán)氧樹脂

模條（Mould）：其實(shí)就使用環(huán)氧樹脂成型的模具，也就是說LED的外觀尺寸就取決于模條的尺寸。模條第13頁/共29頁14發(fā)射管的主要參數(shù)極限參數(shù)的意義1、允許功耗Pm：指允許加于LED兩端正向電壓與流過它的電流之積的最大值。超過此值會(huì)造成LED發(fā)熱以及損壞。2、最大瞬間電流IFP：允許加到LED上的最大瞬間電流。只允許脈沖電流使用，且不能長時(shí)間點(diǎn)亮。

3、最大正向電流IFM：允許加到LED上的最大正向電流。使用時(shí)超過此值會(huì)損壞LED。

目前我司對(duì)不同尺寸晶片此電流定為：12mil的50mA、14mil的60mA、16mil的80mA、20mil的120mA、40mil的450mA。4、最大反向電壓VRm：允許加到LED上的最大反向電壓。使用時(shí)超過此值可能會(huì)擊穿LED。

5、工作溫度topm：指LED可正常工作的環(huán)境溫度范圍（-25℃-+70℃）。低于或高于此此溫度范圍，LED將不能正常工作，效率會(huì)大大降低。

第14頁/共29頁15光電特性參數(shù)1、光諳分布和峰值波長：某一個(gè)LED所發(fā)的光并非是單一波長的，如發(fā)射管850nm的波長如圖所示

λpPeakWavelength峰值波長主要是量測(cè)設(shè)備針對(duì)每一波長量測(cè)光強(qiáng)度後所得的最高強(qiáng)度的波長

λdDominantWavelength主要是量測(cè)設(shè)備針對(duì)每一波長量測(cè)光強(qiáng)度*視感度係數(shù)後所得的最高強(qiáng)度的波長

△λ半頻寬值為最高強(qiáng)度50%時(shí)的寬度第15頁/共29頁16電流與波長的關(guān)系

在不同電流的情況下，發(fā)射管的波長是會(huì)不一樣的，一般是電流越大波長也越高。第16頁/共29頁17

紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率用輻照度μW/m2表示。一般來說，其紅外輻射功率與正向工作電流成正比，但在接近正向電流的最大額定值時(shí)，器件的溫度因電流的熱耗而上升，使光發(fā)射功率下降。紅外二極管電流過小，將影響其輻射功率的發(fā)揮，但工作電流過大將影響其壽命，甚至使紅外二極管燒毀。

2、發(fā)射功率及與電流的關(guān)系：第17頁/共29頁183、發(fā)射角度θ1/2：在發(fā)光（或輻射）強(qiáng)度分布圖形中，發(fā)光（或輻射）強(qiáng)度大于最大強(qiáng)度一半構(gòu)成的角度。

晶片相同的兩顆發(fā)射管,2θ1/2愈大則Iv愈?。恢Ъ懿迦肽z體越深表示角度就越大；影響發(fā)射管角度的還有支架碗杯大小深淺、模條的R角大小及晶片的大小高低等。第18頁/共29頁194、V-I特性：在正向電壓小于某一值（叫閾值）時(shí)，電流極小，不發(fā)光。只有當(dāng)電壓超過某一值后，正向電流隨電壓迅速增加而發(fā)光。因?yàn)槎O管的特性，反向是截止的，所以使用時(shí)極性插反是不會(huì)發(fā)光的。

當(dāng)電壓越過正向閾值電壓（不同的晶片此值是不一樣的）電流開始流動(dòng)，而且是一很陡直的曲線，表明其工作電流對(duì)工作電壓十分敏感。因此要求工作電壓準(zhǔn)確、穩(wěn)定，否則影響輻射功率的發(fā)揮及其可靠性。輻射功率隨環(huán)境溫度的升高(包括其本身的發(fā)熱所產(chǎn)生的環(huán)境溫度升高)會(huì)使其輻射功率下降。紅外燈特別是遠(yuǎn)距離紅外燈，熱耗是設(shè)計(jì)和選擇時(shí)應(yīng)注意的問題。

第19頁/共29頁205、環(huán)境溫度對(duì)發(fā)射管的影響：電壓與溫度的關(guān)系：在溫度升高的情況下，發(fā)射管的電壓VF相對(duì)的會(huì)有所下降。第20頁/共29頁21發(fā)射功率與溫度的關(guān)系：在溫度上升的情況，發(fā)射功率同樣也會(huì)有所下降的。第21頁/共29頁22發(fā)射管的串聯(lián)電路：即把發(fā)射管的正極連接負(fù)極幾顆串接起來的電路，一般在使用時(shí)加限流電阻。U=（U1+U2+U3+U4+U5+U6）+I*RI=｛U-（U1+U2+U3+U4+U5+U6）｝/R例如：客戶使用電源電壓為DC12V，發(fā)射管的電壓VF=1.5V（IF=50mA），并且6顆相同電壓發(fā)射管串聯(lián)使用，若客戶使用電流也是50mA。問限流電阻用多大？

R=U-（U1+U2+U3+U4+U5+U6）/I=12-（1.5*6）/0.05=60Ω

對(duì)此，只能是大概的算一下，客戶實(shí)際使用時(shí)電流是會(huì)有一定誤差的，因?yàn)榘l(fā)射管本身的電壓會(huì)有一個(gè)范圍的。6、紅外發(fā)射管的串并聯(lián)使用第22頁/共29頁23發(fā)射管的并聯(lián)電路：即把發(fā)射管的正極連接到一起負(fù)極連接到一起，且?guī)最w并排連接起來的電路，一般在使用時(shí)加限流電阻。I=I1+I2+I3+I4I1=｛U-（發(fā)射管的電壓）｝/RI2、I3、I4與I1同樣計(jì)算

并聯(lián)電路的電壓是相同的，總電流是各支流的電流總和。而串聯(lián)電路是電流相同，總電壓是各元件電壓的總和。第23頁/共29頁24發(fā)射管的串并聯(lián)混和電路：正常發(fā)射管在應(yīng)用時(shí)就是用的既有串聯(lián)又有并聯(lián)的電路。I總=I1+I2+I3+I4I1=（U-控制電路損耗電壓-此組發(fā)射管電壓總和）/R1I2、I3、I4與I1同樣計(jì)算第24頁/共29頁25與客戶交往中所碰到的問題：1、夜視效果不好或照射距離不夠：造成此現(xiàn)象的原因很多，如：A、紅外燈對(duì)攝像機(jī)、鏡頭、防護(hù)罩和供電系統(tǒng)配套性；B、發(fā)射管的角度大小，角度大就功率小，相對(duì)距離就要短，角度小功率會(huì)大，若與鏡頭配套不好又會(huì)形成明顯的手電筒現(xiàn)象（即只看到中間亮邊上沒有亮度）；C、使用電流的大小，電流越大相對(duì)來說功率會(huì)越高也會(huì)照得越遠(yuǎn)，但電流太大會(huì)損壞發(fā)射管的，對(duì)此看客戶使用什么樣的電流再?zèng)Q定送什么的產(chǎn)品給客戶（晶片尺寸越大相對(duì)來說電流也可以用得越大，功率也會(huì)越高。對(duì)此若是同樣電流的話，晶片大不一定功率會(huì)更大的，也就是說用越大的晶片一定要用更大電流才可以發(fā)揮其功效）；D、發(fā)射管本身功率確實(shí)比別人的低。第25頁/共29頁262、客戶使用時(shí)反映電流偏大或偏?。喝羰请娏髌蟮脑?，是發(fā)射管本身的電壓偏低，對(duì)此只是相對(duì)，比如說客戶設(shè)計(jì)時(shí)是按1.5電壓設(shè)計(jì)的電流是50mA，若發(fā)射管的電壓是1.4的時(shí)候，電流肯定就要越過50mA。若是電流太小，則反之。針對(duì)此問題可以作以下的計(jì)算，以便各位能夠更好的理解：如圖電路，如果發(fā)射管的VF=1.5,按前面所算限流電阻為60Ω,為了方便計(jì)算我們把發(fā)射管也轉(zhuǎn)換成電阻來計(jì)算。

如果發(fā)射管的VF=1.5V(IF=50mA=0.05A),其電阻R=U/I=1.5/0.05=30Ω,其電流計(jì)算如下：I=U/R總=12/（60+30*6）=0.05(A)=50mA

如果發(fā)射管的VF=1.4V(IF=50mA=0.05A),由于限流電阻是按VF=1.5V計(jì)算的,即要把此電壓轉(zhuǎn)換成1.5V，根據(jù)發(fā)射管的伏安特性曲線,此發(fā)射管在VF=1.5V時(shí)其IF會(huì)在80mA左右。其電阻R=U/I=1.5/0.08=18.75Ω。其電流計(jì)算如下：I=U/R總=12/（60+18.75*6）=0.07(A)=70mA

因?yàn)榘l(fā)射管本身的伏安曲線比較陡直，即電壓稍變化電流變化就很大。對(duì)此客戶能夠使用定電流話,就沒有什么問題,一般都是定電壓使用的,對(duì)此可以通過改變限流電阻的方式來調(diào)整電流的大小。對(duì)此一定要與客戶溝通，我司發(fā)射管的電壓會(huì)存在一定范圍的，請(qǐng)其在使用時(shí)要注意電壓的等級(jí)，不要混和使用。第26頁/共29頁273、發(fā)射管燒壞或電壓上升：此現(xiàn)象一般是電流過大所損壞，造成電流過大的原因有：A、客戶本身設(shè)計(jì)時(shí)電流就已經(jīng)過大，對(duì)此在送樣時(shí)一定要提醒客戶的使用電流范圍；B、發(fā)射管本身的電壓偏低，對(duì)此只是相對(duì)，比如說客戶設(shè)計(jì)時(shí)是按1.5-1.6V電壓設(shè)計(jì)的電流是50mA，若發(fā)射管的電壓是1.4-1.5V的時(shí)候，電流肯定就要越過50mA；C、客戶使用