原创 LED 光电效应3篇文章

 2008-5-28 18:39  3714 11 11 分类: 工程师职场

自我控制的神秘LED

技术分类：电源技术 模拟设计 | 2006-08-01
Howard Myers, Greensboro, NC

　　自从30多年前LED发明以来，其发光效率稳步上升，增加转换效率是在两个方向上实现的。某些高亮度、高效率LED表现出有显著的光伏作用，如惠普的HLMP-EG30-NR000就是一款封装在透明外壳中的红光发射器。图1中的电路显示如何利用LED的光伏特性。在使用相同元件情况下，本电路用老式红光LED也能工作，但光输出量较低。本设计实例的电路描述一个可以自我控制的LED，除自身特性外无需任何光传感器辅助，即可确定自己是开还是关。当对LED挡光时，它会接通，而光照它时，它会关断。该电路的主要元器件包括LED D₁运算放大器IC₁，单稳IC_2A，以及控制通过LED电流的晶体管开关Q₁。

　　当被挡光时，LED不产生光伏电流。当有适度光照时（例如在办公室或实验室），会在4.7MΩ负载电阻器上产生50 mV~100 mV电压。比较器运放IC₁将LED产生的电压与一个约50 mV的阈值基准电压作比较。变更连接IC₁管脚2上分压器的电阻器R₁与R₂阻值就可以改变电路的灵敏度阈值。

　　当环境光减弱时，LED产生较低电压，当电压低于50 mV阈值时，运放的输出变低，触发单稳IC_2A。单稳使晶体

管Q₁导通一个间隔时间，LED发光约3 ms ，直到单稳的输出变低为止。在黑暗的室内，这个周期以200 Hz速率重复，LED也按短周期而重复闪烁。在高刷新速率下，LED看起来是连续发光的。

　　在日光状态下，电路的电流源主要包括驱动基准偏置网络的电流：3.6V/162 kΩ=22mA。白天和夜晚模式下，LED发光时消耗数毫安电流，1Ahr的一节电池就可以为电路供电数个月。增加R₁和R₂值还可以降低电流。由于该电路在光照良好的环境中时断时续地消耗低电流，因此一节1Ahr锂电池的使用寿命应接近于它的存储寿命。

检测环境光及控制照明的微控制器单管脚

技术分类：嵌入式系统 | 2007-01-10
Loren Passmore，Berkeley, CA

　　以前的一个设计实例（参考文献1）采用一只LED作为换能器，以测量环境光强度并提供照明。本设计实例的原理与之相同，但只有一只LED、二只电阻器、一只IC和一只0.1mF的旁路电容器。该电路用于提供环境光的反馈时，它无需更多元件。虽然图1中的电路只需要少量元件，但它仍有相当好的灵活性，因为微处理器软件控制着LED的亮度，以及它与环境光强之间的关系。对于夜间光照应用，一个模式是可在环境光线减弱时点亮LED。反之，对于便携设备LCD背光的节电调整应用，第二种模式是会在环境光强度增加时点亮LED。

　　表1是本设计实例的样本代码，它可以下载，在两种模式下均能为LED的亮度提供64级PWM（脉冲宽度调制）强度控制。在使用时，微处理器的一个多功能脚用数百毫秒的PWM波形驱动LED。在波形的最末周期后，软件将微处理器脚切换至输入模式，并将LED连接到微处理器的内部16位S -ΔADC。环境光照在LED上产生电压，ADC测量这个电压，微处理器为后面的一系列照明周期计算出PWM波形参数。由于周期速率具有很高的重复频率，因此消除了LED上任何可看清的闪烁。

　　表中，当软件与环境光强度确定LED应

关闭一个延伸间隔时，CPU会进入低功耗状态达250 ms。在这个睡眠模式期间和同时实现ADC转换的数百微秒内，电路只消耗大约20mA，因此非常适合用于电池供电的系统。

　　在启动时，微处理器储存一个LED产生的初始电压，并用此值换算PWM电平。将LED遮挡或将电路移至一个暗区，就会立即增加LED的亮度，它由表中64个PWM电平以小梯步控制。MSP430F2013的ADC输入阻抗约为200 kΩ。当驱动这个阻抗时，占用0805表面封装印脚的LED只产生数十秒的毫伏电压。但是，MSP430F2013 的16位ADC有足够的分辨率解析LED电压，以保证正常室内光照强度下的良好性能。

　　另外，MSP430F2013含有一个四级PGA（可编程增益放大器），它可提供1、4、8和16 的增益，进一步放大LED微小的输出电压。该电路还使用了微处理器的片上低频时钟振荡器，无需外接晶振就能低功耗运行。最终电路只有六只元件，包括一枚电池。值得注意的是，代码可以在德州仪器公司的eZ430演示板上执行，无需作硬件修改，因为该板上含有一只连接到端口 P1.0的LED。

参考文献
1. Myers, Howard, "Stealth-mode LED controls itself," EDN, May 25, 2006, pg 98.

LED的光电效应小实验

江苏史广生

近期，受到《自我控制的神秘LED》、《线性传感器与光敏三极管的区别》两篇文章的启发，笔者特意制作了一个好玩的"游戏"。

上面文章提到，把LED用作光敏器件，同时又利用LED进行光线输出。刚看到文章，我觉得有点"不可思议"，因为，我的脑海里，LED就是会发光的二极管。于是自己验证了一下，结果表明，LED的确可以用作光敏输出器件。看来思维定势束缚了我们的大脑进行发散性思考和开拓创新的能力。

初步测试中，使用一颗φ5mm高亮白光LED，在40W日光灯的照射下，可以输出3mY左右的电压。当LED距离日光灯只有10cm时，输出的电压升高到了70mV。使用3W大功率白光LED近距离照射，可以得到超过200mV的输出电压。

这个测试做完之后，突然觉得自己最初的"不可思议"有点可笑。毕竟光电效应是半导体器件的特性之一，多数半导体产品都具有这个能力。

测量条件：阴雨天，室内，有日光灯。

实验结果见附表，不仅在一定光照条件下，LED可以输出电压，而且效果还出人意料。尤其是透明封装的红色和棕色LED效果较好。

说明：由于测试条件、测试环境、测试工具的不同，以及所测的LED的功率大小、直径大小、封装材料、以及发光的材料、不同厂家的生产工艺、产品等级等差别，会造成实验数据的不同。以上数据仅供参考，只是用来定量分析验证LED的光电效应的确存在。当然，它能否代替光敏输出器件，还有待工程实践。这个小"游戏"的结果和陶瓷压电片的特点类似。