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1、1,一、红外发射管基础知识,二、应用中的问题及原因分析,内容,2,红外发射管基础知识,光是一种电磁波，它的波长区间从几个纳米（1nm=10-9m）到1毫米（mm）左右。人眼可见的只是其中一部分，我们称其为可见光，可见光的波长范围为380nm780nm，可见光波长由长到短分为红、橙、黄、绿、青、兰、紫光，波长比紫光短的称为紫外光，波长比红光长的称为红外光。,红外发射二级管由红外辐射效率高的材料（常用砷铝化镓GaAlAs）制成PN结，外加正向偏压向PN结注入电流激发红外光。光谱功率分布为中心波长830950nm，半峰带宽约40nm左右，它是窄带分布，为普通CCD黑白摄像机可感受的范围。,严格地讲，
2、术语LED应该仅应用于发射可见光的二极管；发射近红外辐射的二极管叫红外发光二极管（IRED,Infrared Emitting Diode）；发射峰值波长在可见光短波限附近，由部份紫外辐射的二极管称为紫外发光二极管；但是习惯上把上述三种半导体二极管统称为发光二极管。,3,基本原理 LED晶片的元素為III-V族化合半導體（周期表）,4,材料的排列模式:Si,原子內各層的穩定電子數:2,8,8,.個,矽的外層電子 數為4個電子,5,N-type的排列模式:Si+As,在Si的排列中放入As,則將多出一個電子,在結構上是為帶負電(Negative),故定義為N-type.,6,P-type的排列模
3、式:Si+B,在Si的排列中放入B,在結構上將少一個電子,可視為帶正電(Positive)的空域,稱為電洞(hole),定義為P-type.,7,LED的符號,P層與N層之接合狀況,8,LED之通電狀況,P極接正電,N極接負電,則LED發光;反之,則不發光,9,红外LED的分类,按外尺寸分类：3、5、8、10、食人鱼、大功率等；按角度分类：9度、15度、30度、45度、60度、80度等；按功率分类：小功率、大功率。,10,红外LED的五大物料與五大製程,LED示意图,11,晶片,晶片是LED的核心部分，也就是发光的光源，红外发射管也是一样，亮度及电性的好坏主要取决于晶片。,发射管晶片的材质是砷
4、化镓（GaAs）或者砷铝化镓（GaAlAs）所组成。,发射管晶片的分类,目前发射管晶片分类主要按波长及晶片尺寸大小来区分。一、按波长分：830nm、850nm、880nm、940nm等。二、按晶片尺寸分：10mil、12mil、14mil、16mil、20mil、24mil、40mil等。,提示：mil是尺寸单位，千分之一英寸。,1mil=0.0254mm,12,支架,支架的材质一般为铁材，表面镀银。有时为了提高支架的散热性，也采用铜材。支架一般分为碗杯型、平头型 和特殊型。碗杯型利用凹镜原理，主要用于聚光型LED，角度小；且碗杯的大小、深浅都会影响发光角度。,13,银胶（Silver Epo
5、xy）：我们通过加热银胶使之固化，达到把晶片粘固在支架上的目的，便于焊线作业。且银胶还起到导电的作用。银胶的主要成份是：银粉、环氧树脂、固化剂、稀释剂。要低温储存，高温固化（150/2H）。,银胶,金线,金线（Gold Wire）：金线是用99.99%的工业用金拉丝而成的，其直径为0.9-1.2mil（1mil=0.0254mm）。其主要作用是连接晶片与支架，且起导电作用。,14,环氧树脂（Epoxy）：LED封装用的胶体是一种环氧树脂胶，它是一种双组分胶。主剂是A胶，是环氧树脂，固化剂是B胶，是酸酐类物质。它的透光性、流动性良好。封装胶体的颜色是通过加入色胶（色素）来改变的。色胶主要是由环氧
6、树脂和各种热安定性的染料调配而成的。扩散剂是由料度分布极为均匀之高光扩散性填充料（SiO2）和环氧树脂所组成，它的功能是使晶片发出的光在树脂内均匀的扩散，使LED发出柔和一致的光度，同时会降低LED的亮度。,环氧树脂,模条（Mould）：其实就使用环氧树脂成型的模具，也就是说LED的外观尺寸就取决于模条的尺寸。,模条,15,发射管的主要参数,极限参数的意义,1、允许功耗Pm：指允许加于LED两端正向电压与流过它的电流之积的最大值。超过此值会造成LED发热以及损坏。2、最大瞬间电流IFP：允许加到LED上的最大瞬间电流。只允许脉冲电流使用，且不能长时间点亮。3、最大正向电流IFM：允许加到LED
7、上的最大正向电流。使用时超过此值会损坏LED。目前我司对不同尺寸晶片此电流定为：12mil的50mA、14mil的60mA、16mil的80mA、20mil的120mA、40mil的450mA。4、最大反向电压VRm：允许加到LED上的最大反向电压。使用时超过此值可能会击穿LED。5、工作温度topm：指LED可正常工作的环境温度范围（-25-+70）。低于或高于此此温度范围，LED将不能正常工作，效率会大大降低。,16,光电特性参数,1、光谙分布和峰值波长：某一个LED所发的光并非是单一波长的，如发射管850nm的波长如图所示,p Peak Wavelength峰值波長主要是量測設備針對每一
8、波長量測光強度後所得的最高強度的波長 d Dominant Wavelength主要是量測設備針對每一波長量測光強度*視感度係數後所得的最高強度的波長 半頻寬值 為最高強度50%時的寬度,17,电流与波长的关系,在不同电流的情况下，发射管的波长是会不一样的，一般是电流越大波长也越高。,18,红外发光二极管的发射功率用辐照度W/m2表示。一般来说，其红外辐射功率与正向工作电流成正比，但在接近正向电流的最大额定值时，器件的温度因电流的热耗而上升，使光发射功率下降。红外二极管电流过小，将影响其辐射功率的发挥，但工作电流过大将影响其寿命，甚至使红外二极管烧毁。,2、发射功率及与电流的关系：,19,3、
9、发射角度1/2：在发光（或辐射）强度分布图形中，发光（或辐射）强度大于最大强度一半构成的角度。,晶片相同的兩顆发射管,21/2愈大則Iv愈小；支架插入胶体越深表示角度就越大；影响发射管角度的还有支架碗杯大小深浅、模条的R角大小及晶片的大小高低等。,20,4、V-I特性：在正向电压小于某一值（叫阈值）时，电流极小，不发光。只有当电压超过某一值后，正向电流随电压迅速增加而发光。因为二极管的特性，反向是截止的，所以使用时极性插反是不会发光的。,当电压越过正向阈值电压（不同的晶片此值是不一样的）电流开始流动，而且是一很陡直的曲线，表明其工作电流对工作电压十分敏感。因此要求工作电压准确、稳定，否则影响辐
10、射功率的发挥及其可靠性。辐射功率随环境温度的升高(包括其本身的发热所产生的环境温度升高)会使其辐射功率下降。红外灯特别是远距离红外灯，热耗是设计和选择时应注意的问题。,21,5、环境温度对发射管的影响：,电压与温度的关系：在温度升高的情况下，发射管的电压VF相对的会有所下降。,22,发射功率与温度的关系：在温度上升的情况，发射功率同样也会有所下降的。,23,发射管的串联电路：即把发射管的正极连接负极几颗串接起来的电路，一般在使用时加限流电阻。,U=（U1+U2+U3+U4+U5+U6）+I*R I=U-（U1+U2+U3+U4+U5+U6）/R,例如：客户使用电源电压为DC12V，发射管的电压
11、VF=1.5V（IF=50mA），并且6颗相同电压发射管串联使用，若客户使用电流也是50mA。问限流电阻用多大？R=U-（U1+U2+U3+U4+U5+U6）/I=12-（1.5*6）/0.05=60 对此，只能是大概的算一下，客户实际使用时电流是会有一定误差的，因为发射管本身的电压会有一个范围的。,6、红外发射管的串并联使用,24,发射管的并联电路：即把发射管的正极连接到一起负极连接到一起，且几颗并排连接起来的电路，一般在使用时加限流电阻。,I=I1+I2+I3+I4 I1=U-（发射管的电压）/R I2、I3、I4与I1同样计算,并联电路的电压是相同的，总电流是各支流的电流总和。而串联电路
12、是电流相同，总电压是各元件电压的总和。,25,发射管的串并联混和电路：正常发射管在应用时就是用的既有串联又有并联的电路。,I总=I1+I2+I3+I4,I1=（U-控制电路损耗电压-此组发射管电压总和）/R1,I2、I3、I4与I1同样计算,26,与客户交往中所碰到的问题：,1、夜视效果不好或照射距离不够：造成此现象的原因很多，如：A、红外灯对摄像机、镜头、防护罩和供电系统配套性；B、发射管的角度大小，角度大就功率小，相对距离就要短，角度小功率会大，若与镜头配套不好又会形成明显的手电筒现象（即只看到中间亮边上没有亮度）；C、使用电流的大小，电流越大相对来说功率会越高也会照得越远，但电流太大会损
13、坏发射管的，对此看客户使用什么样的电流再决定送什么的产品给客户（晶片尺寸越大相对来说电流也可以用得越大，功率也会越高。对此若是同样电流的话，晶片大不一定功率会更大的，也就是说用越大的晶片一定要用更大电流才可以发挥其功效）；D、发射管本身功率确实比别人的低。,27,2、客户使用时反映电流偏大或偏小：若是电流偏大的话，是发射管本身的电压偏低，对此只是相对，比如说客户设计时是按1.5电压设计的电流是50mA，若发射管的电压是1.4的时候，电流肯定就要越过50mA。若是电流太小，则反之。针对此问题可以作以下的计算，以便各位能够更好的理解：,如图电路，如果发射管的VF=1.5,按前面所算限流电阻为60,
14、为了方便计算我们把发射管也转换成电阻来计算。,如果发射管的VF=1.5V(IF=50mA=0.05A),其电阻R=U/I=1.5/0.05=30,其电流计算如下：I=U/R总=12/（60+30*6）=0.05(A)=50mA 如果发射管的VF=1.4V(IF=50mA=0.05A),由于限流电阻是按VF=1.5V计算的,即要把此电压转换成1.5V，根据发射管的伏安特性曲线,此发射管在VF=1.5V时其IF会在80mA左右。其电阻R=U/I=1.5/0.08=18.75。其电流计算如下：I=U/R总=12/（60+18.75*6）=0.07(A)=70mA 因为发射管本身的伏安曲线比较陡直，即
15、电压稍变化电流变化就很大。对此客户能够使用定电流话,就没有什么问题,一般都是定电压使用的,对此可以通过改变限流电阻的方式来调整电流的大小。对此一定要与客户沟通，我司发射管的电压会存在一定范围的，请其在使用时要注意电压的等级，不要混和使用。,28,3、发射管烧坏或电压上升：此现象一般是电流过大所损坏，造成电流过大的原因有：A、客户本身设计时电流就已经过大，对此在送样时一定要提醒客户的使用电流范围；B、发射管本身的电压偏低，对此只是相对，比如说客户设计时是按1.5-1.6V电压设计的电流是50mA，若发射管的电压是1.4-1.5V的时候，电流肯定就要越过50mA；C、客户使用的电源不稳定，而造成电源电压偏高，致使发射管电流过大而损坏。,4、客户反映发射管亮度不一致：此现象主要是波长不一样所致，波长越低视觉上会红色就越亮，波长越高就越暗。对此我司已对波长进行分光，若客户那边还有此现象，有两种可能：A、分光本身有混料或分光机有问题；B、客户使用时混用（两种波长的产品用在一起）。造成亮度不一致的原因还有：使用电流不一样、支架碗杯的颜色不一样，对此是由于的反光度造成视觉上感觉不一样。,29,谢谢！再见,
