2005-05-20：发光二极管
在按“用途”分的类别中，“稳压”、“箝位”和“限幅”都已经了解了，上回讨论的用二极管组成“与”和“或”逻辑电路，相当于把二极管当作开关，算是“开关管”吧。那就还剩下“检波”、“续流”、“变容”和“发光”管了。这里边只有“发光管”比较好理解，似乎也挺好玩的，我想今天要讨论的东西可能就是这个了。
我：“来了？今天要讨论‘发光二极管’了？”
师：“未卜先知啊？你怎么知道今天要说这个？”
我：“猜的，感觉这东西应该挺好玩的。”
师：“但我们不从 ‘发光’ 开始讨论。还记得你把
我：“哪壶不开提哪壶，你竟捡这让人惭愧的说。”
师：“惭愧什么啊？
我：“你怎么不早说呢？让人家白惭愧了好几天！”
师：“你不是已经提到过了，当我们把能量注入
我：“这是太阳能电池？也是 ‘光电效应’ 原理？”
师：“我可没想给你讲电阳能电池，还记得 1N4148 的封装吗？插装的那个？”
我：“就那个 PDF 上写的‘DO–35’？那不也是‘轴向引线’封装吗？”
师：“‘DO–35’是一个‘玻璃管’，
其实那个 LL-34 封装也是个玻璃管，只是没引线而已。
我：“还是用玻璃管啊？那叫二极 ‘管’ 倒是恰如其份了。”
师：“那层保护漆有可能脱露。”
我：“懂了，
师：“也不好说就不能 ‘单向导电’ 了，反正它的性能要变的。所以使用玻璃壳的二极管要留点神，透光的不行。好了我们该说说能‘发光’的了。”
光电池是否就是一个简单的
结？这个问题我并未研究过。这里只需了解普通二极管的 结不能暴露在光照之下，其原因是否因为 结变为一个光电池也待商榷。总之以上讨论不够严谨，只是提出了一个原则。
师：“制造
我：“用这种材料做的
师：“那是我听到的传闻，我没证实过。发光二极管的
我：“还有啥其它特性？”
师：“首先它正向导通需要接较高的电压，通常最低也在
我：“一节电池不足以让它发光是吗？”
师：“对，一节电池没戏。其次它反向击穿电压很低，最低的
以上所给反向击穿电压数值范围从何而来我已经不记得了，具体的参数还要以厂家的 Datasheet 为准。
我：“这么低啊？是齐纳击穿吗？”
师：“应该跟齐纳击穿没什么关系了。”
我：“还以为能当稳压管用。还有什么特别之处吗？”
师：“重要的电参数就这么两个。我们下面讨论一些看得见摸得着的内容。收图。”
上图来自 “电子爱好者” 网站 转载的一篇发表于《无线电》杂志上的文章，作者是张晓东先生。
师：“这些都是发光二极管，怎么样？猜下我们要讨论些什么？”
我：“‘颜色’多样，‘形状’各异。OK？”
师：“对，其它二极管都有个‘型号’，比如 ‘1N4148’，发光管也有型号，但是很少有人把发光管的型号挂在嘴边。”
我：“那我们怎么买发光二极管啊？”
师：“你到电子市场去问卖发光管的：‘我买
我：“
师：“是 3 毫米直径，你倒没说是 3 米直径。直径都用毫米。”
我：“这个‘高亮度’是怎么个意思？”
师：“发光管的亮度跟流过的电流有关，电流越大发的光越强，当然也就越费电。”
我：“高亮度是指这个管子允许流过很大电流从而发出强光？”
师：“不是，高亮度是指这个管子 ‘不需要’ 流过很大电流就能发出比较强的光。”
我：“那应该算是 ‘省电’，干嘛要说成 ‘高亮度’呢？”
师：“发光管有‘普亮’、‘高亮’和‘超高亮’的。‘普亮’就是‘普通亮度’的意思。”
师：“普亮、高亮其实是让它们流过相同的电流，然后比较亮度后得出的结论而已。”
我：“你给的图颜色全吗？”
师：“不全，红色绿色黄色是极常见的，很早就研制成功了。近些年研制成功的是蓝光和白光的。”
我：“蓝光很时尚啊，记得 NOKIA 最早出了一个屏幕能发蓝光的手机，后来很多东西都用蓝光了。”
师：“但是目前蓝光的管子稳定性稍差一点，相对红绿黄这种成熟的产品来说。”
我从何处得知蓝色发光管的稳定性稍差？不好意思我不记得了。
我：“发白光的管子干什么用的？难道是当灯泡照亮儿用？”
师：“还真是当灯泡用，有些新型的手电就是用白光的发光管代替灯泡的。”
我：“那这么说我同学那个头灯就是发光二极管的了，他说是 LED 头灯。”
师：“发光二极管的英文‘Lighting Emit Diode’，字头缩写当然是‘LED’啦。”
我：“我看到有方形的发光管，常见的就是圆的和方的吧？”
师：“肯定是圆的和方的最常见，那些怪异形状的是针对特殊需求做的。”
我：“这个发光二极管是不是常用作 ‘指示灯’？我看我电脑的插销板上有一个，ADSL 猫上也有 4 个，U 盘上有一个。”
师：“是常用作指示灯，但白光的一般不会当指示灯用。LED 和灯泡相比有相当大的优势。”
我：“它不怎么发热对吗？我刚摸了下插板上的LED。如果是灯泡的话肯定是发热的。”
师：“发热少是优势之一。LED 省电，就算是 ‘普亮’ 的管子也只需 10 几个
我：“LED 还不会‘憋’，它没灯丝不会烧断，对不对？”
师：“你应该说‘LED 寿命长’，显得专业一点。但正向电流太大它还是会烧的。”
我：“这个咱懂，加个限流电阻呗。”
师：“对啊，就是这个图（figure0086）。说说限流电阻该取多大？”
我：“发光二极管的电路图符号就是这样啊？”
师：“对，二极管的符号再加俩指向外的箭头表示发光。”
LED 正向电压在
以上，这个“以上”有点别扭，要不就取成 ，在 和 之间，这样电阻两端的电压是 ，剩下就要看有多大电流流过电阻了。C# 刚提到‘普亮’的管子流过 10 几个 的电流就能发出很亮的光来，要不就把电流取成 吧，好算。
我：“我假设这个 LED 是 ‘普亮’ 的，流过
师：“思路很清晰，注意电阻要取‘标称值’。”
我：“这还要思路呢，取标称值 330 欧姆。这时电流略小于
师：“这么一点亮度上的差异人的眼睛根本分辨不出的。”
我：“您老眼昏花的当然分不出，我可是火眼金睛啊。”
师：“LED 两端电压取
我：“范围比较宽？是说正向压降随正向电流增大而上升？”
师：“这个规律是有的，但我现在想说的不是这个。而是不同颜色的 LED 正向导通所需的电压不一样。”
师：“你可以记住一些经验性的东西：红色黄色的 LED 正向导通电压大约在
黄色 LED 的正向导通电压为
，这个我不大确定，有待证实。
我：“跟颜色相关？那这怎么做计算啊？还得去 Datasheet 上查吗？”
师：“其实是跟 ‘材料’ 有关系，不过不用搞太精确，怎么简单怎么来吧。比如把正向电压取为
师：“下面我们继续谈 LED 的串联和并联。”
我：“这串和并还没完了！就没有更新鲜一点的东西可说了吗？”
师：“先看看这个图，两个 LED 并联，你有什么看法？（figure0087）”
我：“这要用来‘限幅’吗？”
师：“我想让它‘发光’啊，限哪门子幅？”
我：“不论怎么接电，总有一个管子能发光。我不想再弄这些小儿科的东西了。”
师：“这两个 LED一个红一个绿，而且它们装在一个管壳内。这有点意思了吧？”
注意也有一红一黄组合的。
我：“你是说一个 LED 内部有两个芯，接电方向不同颜色也不同？”
师：“对，这是一种双色的 LED。再来这个图看看。（figure0088）”
我：“这个也是双色的？”
师：“这个是三色的。如果红的和绿的同时点亮，那会混合成一种橙色光。”
注意当红光和绿光的强弱比例可以调节时，此种管子所发出的混合光也可以有不同的色彩变化。
我：“对了，这两个芯可以同时亮的。”
师：“接在一起的电极叫 ‘公共端’，如果是阴极，那就叫‘共阴’；是阳极就叫‘共阳’，请问限流电阻应该怎么接？”
我：“这个蒙不了我了，在没相连的两个电极上各接一个限流电阻。哈哈。”
师：“正确答案：如果只想让它发红光或绿光，那么只需在公共端接一个限流电阻；需要发三色光时最好分别为红绿 LED 各接一个限流电阻。哈哈哈。（figure0089）”
我：“I 服了 U！我又没想全面。”
师：“所以说不要总认为这些东西都很简单，心浮气躁没什么好处。再看看这个。（figure0090）”
我：“不会吧？还有 8 色的管子？”
师：“你拍拍脑袋想一想再说！两个芯放一壳里已经能发 3 色了，8 个芯怎么会是 8 色呢？”
我：“还真算不清楚了，这应该算几色？”
师：“LED 现在只有红绿黄蓝白最常见，谁没事弄 8 种颜色凑一个管子里啊？这个东西不看颜色要看形状了。”
我：“不懂？不是圆的么？”
师：“8 个 LED 里有 1 个圆的（dp），7 个方的（a – g），排列成这个样子。（figure0091）”
我：“这个我见过，电梯上那个显示楼层数字的就是这个东西。”
师：“这个叫 ‘LED 数码管’，因为是用 7 个 LED组成 10 个阿拉伯数字的笔画，也叫‘七段数码管’。”
我：“那个圆的 dp 怎么不算在内啊？它当成小数点用吧？”
师：“对，那个圆的是小数点。再发你一个图片，看看这些数码管的样子。”
我：“有大有小，有多有少。”
师：“这个东西常按‘字高’和‘位数’分类，我们以后用 0.3 英寸和 0.56 英寸字高的。而颜色以红和绿最常见，其它颜色也有，但不那么常用了。”
我：“是那个 8 字的高度？怎么会用英寸呢？怪怪的。”
师：“这都是西方世界泊来的，人家先玩这个，标准当然是人家定的。”
我：“图片中下部是多个字一体的吧？”
师：“对，中间那个带‘冒号’的，专为显示时间设计的。”
我：“这也分‘共阴’和‘共阳’？”
师：“当然分，这还有必要问吗？给你的图上（figure0090）画的是‘共阳’的。”
我：“问一下嘛，不是很自信啊。嘿嘿。”
师：“实际上每个数码管引出 10 个脚，其中有两个是公共端 com，在管壳内部相连。”
市面上数码管种类繁杂，引出脚并没有固定的规则，这里对引脚的介绍是最常见的。在图（figure0091）中，引脚 3 和 8 就是公共端 com。
师：“现在你设想一下这 7 个 LED 都能组成什么符号？”
我：“不是 10 个数字吗？还有别的？”
师：“你说大写字母 A 能不能显示？”
我：“把 ‘8’ 的下面一横灭了，算是个 ‘A’ 吧？没有尖儿。”
师：“有点抽像哈？那么大写字母 B 呢？”
我：“那不就是‘8’吗？和‘8’分不开。”
师：“所以只能显示小写字母‘b’对吧？。”
我：“小写的 b 和数字‘6’分不开。”
师：“是‘6’的话可以把最上面一横点亮，这就行了。”
我：“你还真能对付，这个 8 字的管显示不了多少字母吧。”
师：“以下（figure0092）是它能显示的数字和字母，想出更多的字母，要用‘米’字管。”
我：“就是用 8 个方 LED 摆成‘米’字？4 个直 的 4 个斜的？”
师：“还要再加 8 个 LED 摆成一个框把‘米’框住。”
我：“真够累的。这得引出多少条腿啊。”
师：“多引出几条腿没什么啊，能显示更丰富的文字符号才是重要的。”
我：“这些文字符号太刻板。我看公交车箱里那个显示屏多少还像点样，显示的汉字一笔一画的颇有古风。”
师：“那个是‘点阵’屏，每个 LED 是屏上的一个圆点，一串圆点亮起来就是一条线，它能显示比较复杂的东东，比如汉字。”
我：“那么多 LED 也有一个‘公共端’吗？好像有几十个 LED，得引出多少个脚啊？”
师：“怎么会是几十个？上千个吧？”
我：“8 行 8 列，这是 64 个 LED 组成的，得引出65 个脚来？”
师：“这么一块每边长只有 30 毫米，你想想公交车上那个屏得用多少 LED。”
此器件也是有不同封装尺寸的，边长并不一定。
师：“这东西引出脚不是很多，看看这些 LED 是怎么接的就知道了。收图。（figure0093）”
上图并未画出完整的 64 个 LED，仅用于示意原理。
我：“这算是共什么极啊？竖着看 LED 的阳极接一起，可横着看是 LED 阴极接一起啊？”
师：“就是这么接的。干嘛非要分出共阴还是共阳呢？你知道它是怎么接的不就行了吗？”
有些人还是把此种点阵管分成 “共阴” 和 “共阳”，不知道他们依据什么而分。
师：“给留个作业：这个 LED 点阵管上，如果显示出大写字母 A，应该让哪些 LED 亮起来？行线和列线上的电压该怎么加？”
我：“啥是‘行线’啥是‘列线’啊？”
研究了一下数码管这 7 个段位的组合，我认为它不只能显示 16 个十六进制数字，至少还能多显示 6 个字母，如图（figure0094）所示。除了小写字母“t”有些牵强之外，其它几个字母还挺像那么回事的。这里的小写字母 “q” 和数字 “9” 也易混，就像小写字母 “b” 和数字 “6”一样。
这个数码管在使用时也要限制每段 LED 的电流吧？这又要加限流电阻了，而且很显然，每个段都要加一个限流电阻，而不能在公共端 com 上加一个，这好像挺壮观啊，8 个电阻在电路板上排成排。这还只是一颗数码管，我要做个电子钟的话，“时分秒”加一起要 6 个数码管，那可就是 48 个限流电阻了，总感觉有点别扭啊？
而对于 LED 点阵，细想一下“行线”与“列线”并没有什么难理解的，横着是行竖着是列而已。所以对于图（figure0093）来说，3 根红线是“行线”，4 根绿线是“列线”。每一颗 LED 都是接在“行线”与“列线”的交汇点上，相点亮某个 LED，比如左上角第 1 颗，要把它阴极所接的行线设为 0，阳极所接的“列线”设为 1即可。
而大写字母 A，我觉得它是如图（figure0095-a）那样显示出来的，如果行线为阴极列线为阳极，可见最顶端的 LED 要亮起来的话，要求左数第 4 列为 1，上数第 1 行为 0，图（figure0095-b）中的黑色线指出了电流路径。
问题在于第 2 行的两个 LED，如果它们要亮起来，上数第 2 行必须是 0，第 3 和第 5 列需设为 1，可参考图（figure0095-b）中的绿色线。显然第 2 行的第 3 和第 5 个 LED 肯定会亮，而这两个红色 LED 之间夹着的那个灰色的 LED，它亮不亮呢？它会亮的，因为为了点亮它头上的那一颗 LED，我们已经把左数第 4 列设为 1 了。也可以说，黑色的竖线与绿色的横线交点处的 LED 也是亮的，那么绿色竖线与黑色横线交点处的 LED 呢？第 1 行第 3 和第 5 列的两个，我也涂了灰色，它们会亮吗？
由此看来我们虽然知道如何点亮一颗 LED，但对于如何控制全部 LED，让该亮的亮不该亮的灭掉，这还是个问题啊。如何是好呢？
本节补充说明
发光二极管的颜色还是挺复杂的，单就绿色而言，还可细分为“翠绿”、“黄绿”等细类，一般来说我们不需要细致到这种程度。另外，有可以发射红外线的 LED，生活中广泛使用的各种家电的“遥控器”，如电视机和空调，都是依靠红外线 LED 发出控制信号的。目前还有发射紫外线的 LED，这个我们以后用不到。发射激光的 LED 我们也用不到，你只需知道你电脑的光驱和你的便携 CD 机中都应用了激光 LED 即可。
其实发白光的 LED 是由蓝光 LED 改造的，它发出的光本质上是蓝光，由于其管壳中增加了特殊的荧光材料，此种材料在蓝光的激发下发出黄光，再与蓝光混合，最后呈现出白光。当然我说的只是白光 LED 中的一类，据称利用此类 LED 做环境照明，其中的蓝光成份会对人的视力有不良的影响，但我没有找到过业内对此问题的确切结论。现在很多液晶屏使用白光 LED 做“背光”，我想大家还是不要长时间的对着电脑或手机屏幕看。读完下面一点内容就去休息一下吧。
必须注意到一点，普通二极管的
我们以后会使用两种不同封装的 LED 数码管，在图（figure0091）中展示的是是字高 0.56 寸的，其管脚排列顺序标在（figure0091）右边的原理图符号中。字高 0.3 寸的小型数码管如图（figure0096）所示，7 个段的 命名（a – dp）与图（figure0091）相同，但管脚排列有 差别，注意其中引脚 1 和 6 是公共端 com。