[嵌入式] 发光二极管的光电效应

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步兵justdo
2015-3-24 17:56:15 显示全部楼层

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本帖最后由 justdo 于 2015-3-30 17:37 编辑

首先大家都知道,LED有一个最明显的特性就是电致发光效应,说白了就是给LED通电,它就会发光
但是不要忘了,LED本质上还是一个半导体二极管,有一个PN结
我记得书上说过,PN结有一个很有意思的特性,就是很容易受到光线的“干扰”
即当太阳光或其他光照射半导体的PN结时,就会在PN结的两边出现电压,前辈们给它起了个名字叫做光生伏打效应
于是,光敏二极管、光敏三极管的出现替代了笨重娇气的光电管,
更有甚者,把二极管做成片状追求光生伏打效应的最大化,叫做太阳能电池

既然LED能把电能转化成为光能,那么能不能也把光能转化成为电能呢?
为了测试不同LED的光伏效应,对不同种类LED进行了粗略的测试

测试条件:2015年3月,天气:晴;时间:13:00;地点: 朝南阳光充足的房间
分别于阳光直射下和室内环境进行测试,看看不同种类LED的光伏效应如何

首先是最普通的红色5mmLED
室内环境下有33.1mV光生电压产生


                               
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这是放在窗口阳光直射下,输出暴涨,达到775mV


                               
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普通5mm黄色LED,室内环境光生电压54mV


                               
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阳光直射下光生电压1.465V


                               
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普通5mm绿色LED,室内环境光生电压26mV


                               
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阳光直射下光生电压1453mV


                               
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最后来一个BOSS的,5W白光LED,内部是4颗核心两并两串
阳光直射下能够产生4.61V的光生电压!


                               
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上面看了这么多,那么是不是LED就可以当太阳能电池用了呢?
答案是否定的,太阳能电池追求的是尽可能高的光-电转换效率,输出较大的功率
LED在这一点上是远远赶不上的,以刚才那颗在阳光直射下产生4.61V光生电压的5WLED来说
产生的电流只有区区1mA不到。
伟大领袖毛主席教导我们说:一切事物无不具有两重性,既然LED不能做太阳能电池,那做个光敏穿感器还是可以的

正好想到光控路灯,这种灯天亮就灭,天黑就亮
其原理往往是利用光敏元件去控制照明电路
而现在有这样一种元件,这种叫做发光二极管的元件通电会发光,遇光会发电
那换一种方式,能不能让这个元件在照明的同时又能兼容光敏传感器,自己控制自己呢?
伟大领袖毛主席继续教导我们说:任何新生事物的成长都是要经过艰难曲折的
目标很简单:1、有光就灭,没光就亮
                    2、LED既做光-电元件,又做电-光元件

经过反复试验,终于设计出了自我控制的LED电路
说干就干,开始制作
电路采用2颗非常常见的集成电路NE555和LM311
还有少量电阻、电容等
这次用洞洞板进行电路的搭建,懒得画板腐蚀了


                               
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插上LED试试,LED采用插座,这样可以测试不同种类的LED


                               
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基本完工


                               
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最终做好的成品,可调电阻用于调整电路灵敏度


                               
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电路设计采用5V供电,正好充满电的4.8V镍氢电池组输出大约5.5V
用在这里非常合适


                               
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出乎意料,测试一次成功
这是昨天晚上测试的情况
在环境黑暗条件下,LED自动点亮了


                               
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而用手电筒照射LED,自动熄灭了


                               
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上午再次进行测试,
地点:北京 朝南的房间内;天气:阴;
首先是高亮绿色LED,在白天时LED不发光


                               
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用手遮挡,立刻亮了


                               
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其次是草帽白光LED


                               
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还有之前测试的黄色LED


                               
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这是红色高亮LED


                               
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测试还有很多,就不传上来了
红的、黄的、绿的、蓝的、白的这些管子都能很好的工作
甚至红外管和紫外管也可以实现自控!(用相机拍)
当然,由于不同颜色的LED采用的半导体材料不同,因此它们的光伏特性也是不一样的
就像上面测试,同样在直射阳光下,红色LED和黄色LED输出电压就不一样
还有就是从测试表现看,LED的光伏特性曲线似乎很陡峭,而且对弱光的敏感度很低
表现最好的应该是高亮红光LED,弱光下敏感度较其余高
蓝色、白色最差,必须要很强光线照射才能关闭
还有就是草帽管灵敏度比较低,估计是因为没有透镜的缘故
而普通5mmLED因为有透镜,因此对直射光线灵敏度都较好,但对漫反射光线灵敏度就较差了


                               
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自我控制的LED照明灯原理图



下面上电路图

                               
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图中间部分,NE555和100K电阻及0.1uF电容组成了单稳态电路
该电路处于稳态是3脚输出低电平,LED不发光
当被2脚输入的低电位触发时,3脚输出高电平,LED发光

图左半部分,LM311组成的电压比较器,电位器的作用是为了调整LM311反向输入端的基准电压
同相输入端负责检测LED上产生的光生电压

系统上电时,LED不发光,此时LM311会将LED上的光生电压和基准电压比较
当环境较暗时,LED端光生电压较低,当低于基准电压时,LM311的7脚输出低电平
触发NE555,NE555进入暂态,LED发光,此时LED两端电压为工作电压,绝对高于基准电压
LM311输出高电平,不会继续触发
待暂态结束,NE555翻转,LED熄灭,此时LED端电压为光生电压,LM311继续比较,
如果光生电压低于基准电压,则输出低电平继续点亮LED
反之如果环境较亮,光生电压高于基准电压,LM311不会触发NE555,LED也就不会点亮
实际工作中,单稳态电路的暂态时间为t=1.1RC=1.1×100K×0.1u=0.011s,LED实际上是一直在闪烁
但是由于人眼的余晖效应,所以看起来LED是一直亮着的

PS:细心的兄弟一定会发现,这个电路的工作原理和白菜白光T12烙铁的工作原理是一样的
    白菜T12的电路稍稍改动些参数也可以做成自控LED


有兄弟说可以用红外接收管当作太阳能电池来用
这个理论倒是头一次听说,那就试一下
一颗5mm红外光敏二极管
在正午阳光直射下,只有1mV电压产生

                               
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还有就是有人说LED既然有光伏效应,那么能产生多大电流呢?
这是那颗5W白光LED,正午阳光直射下
可以产生4.54V电压

                               
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但是电流不行啊,只有几个uA

                               
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普通高亮绿色LED可以产生1.57V电压

                               
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但是电流一样小的可怜

                               
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黄色的也好不到哪去


                               
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所以,用LED做太阳能电池就别想了,在照明的同时,业余兼职光敏二极管还是可以的
转自:数码之家bbs.mydigit.cn/read.php?tid=1184818&page=1


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英雄非攻
2016-3-26 18:02:59 显示全部楼层
楼主666能够按自己的思路坚持做出来!厉害!~~

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顾问szq136597810
2016-3-27 13:48:22 显示全部楼层
这个电路能带起来多少白光led?

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梯队队员teslapolaris
2021-2-23 18:20:56 显示全部楼层
为什么图片都看不到

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步兵justdo
 楼主| 2015-3-30 17:38:25 显示全部楼层
自己顶,,,
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顾问tyutyun
2016-1-22 22:03:35 显示全部楼层
6666,楼主厉害

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步兵sdhjqhjq1
2016-3-25 13:06:27 显示全部楼层
腻害腻害~ 可以 可以~

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哨兵桂电-李达来
2016-3-27 18:37:16 显示全部楼层
哇哦,好厉害

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英雄非攻
2016-5-3 15:40:52 显示全部楼层
大神!本渣渣学习了!

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英雄李嘉嘉
2016-5-3 16:33:33 显示全部楼层
可以哦   

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英雄Valkyrja
2016-5-4 21:34:11 显示全部楼层
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