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4.1  發光二頓管(LED)
    發光二極管LED(Light-Emitting Diode)是由電能轉換為光能的一種半導體器件。其結
構示意圖如圖4.1  -1所示。其主要制造材料是磷砷化鎵(GaAsP)、磷化鎵(GaP)、氮化
鎵( GaN)和砷化鎵(GaAs)的混合晶體。在某些半導體中自由電子與空穴復合時，將產
生光的輻射，而且不同的半導體材料；。其輻射光的顏色也不同。例如，磷砷化鎵（GaAsP）
發紅光，磷化鎵( GaP)友綠光，氮化鎵(GaN)發藍光，而砷化鎵(GaAs)發出不可見
的紅外線等。圖4.1 -2所示曲線為不同材料的光譜特性。
    發光二極管的輻射功率近似與導通電流成正比，并且隨半導體結溫的上升而下降。它的
響應時間很短。發光二極管在正向偏置電壓下工作。
輻射光PN結
圖4.1  -1發光二極管的結構
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    波長/nm
圖4.1 -2輻射光與材料的關系
下篇數字電子技術基礎145
    1．LED的工作原理
    在正向偏置電壓作用下，將使N型半導體中的多數載流子——電子向P區滲透，而P
型半導體中的多數載流子——空穴向N區滲透。進入這兩個區域的載流子同時又要復合，
并釋放出能量，這一能量將轉化成光能形式釋放出來。光的輻射首先在PN結形成，然后穿
越很薄的P區(約1.5 ym)向外輻射光能。為了限制發光二極管的工作電流，可以串聯一
個限流電阻。不同的發光二極管，其導通門限電壓也不同，約在1. 35—2.5 v之間。發光二
極管的反向擊穿電壓約在3—6 V之間。圖4.1 -3所示為發光二極管的電路符號及其伏安特
性曲線。
    在采用交流電壓驅動時，為了使發光二極管承受的反向電壓不超過最大允許值，可以將
一個硅二極管與發光二極管串聯起來，或者將兩個發光二極管并聯起來使用。
┏━━━━━━┳━┓
┃    /F/mA1  ┃  ┃
┃    50      ┃  ┃
┃    25      ┃  ┃
┗━━━━━━┻━┛
-6  -4   -2   0    2    4     U/V
        (b)
圖4.1 -3發光二極管的電路符號和伏安特性曲線
    2．LED顯示器
    發光二極管可以用作光源發生器、顯示器或信號
燈和刻度顯示。這里只對LED作為顯示器的應用作一
簡單介紹。
    將多個LED相互組合起來，可以組成一個顯示區
域，按不同的控制，各LED可以分別發光以顯示出不
同的符號（字毋、數字、特殊符號等）。圖4.1 -4  (a)
所示為一塊5 x7的LED顯示器，圖中顯示的是字母
“A”。
    如果只需要顯示數字，則可以采用分段顯示器，
常用的分段顯示器為7段數碼顯示器，如圖
4.1 -4 (b)所示。
圖4.1 -4 LED顯示器
(a)5x7 LED顯示器；
(b)7段LED數碼管
  總之，LED顯示器具有使用壽命長、讀出角度大
（約為1500）、體積小、輝度高和視差小等優點，廣泛應用于指示燈、顯示器、光源等場合。
146電子技術基礎
4.2  陰頓射線管( CRT)
    顯像管是實現電光轉換、形成光學圖像的一種電真空器件。它靠管內電子槍所形成的聚
焦電子束轟擊熒光屏而形成明亮可見的圖像。
    顯像管與實驗室中用于顯示信號波形的示波管一樣，都是由陰極發射電子流，并由電子
槍將陰極所發射的電子流聚焦成射線狀的電子束，因此常稱為陰極射線管，一般用陰極射線
管的英文縮寫CRT (Cathode Ray Tube)來表示。由于其管內電子是聚焦成束的，所以又稱
為電子束管。
    陰極射線管出現至今已有約百年的歷史，在雷達、電視、波形顯示等方面得到了廣泛
應用。
4. 2.1顯像管的基本結構
    顯像管有多種類型，其外形尺寸、內部結構各不相同，但顯像管都包括管殼、電子槍、
熒光屏和偏轉系統等幾個基本組成部分，如圖4.2 -1所示。
圖4.2 -1 CRT的結構和電路符號
1．管殼
顯像管的管殼用玻璃制成，包括管底（屏面）、錐體、管頸和芯柱四部分。整個管殼是
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密封的，管內可保持所必須的真空度。玻殼具有足夠的強度和抗爆性。
    玻殼各部分，尤其是屏面的形狀和曲率經過特殊的設計。屏面玻璃具有良好的透明度。
　
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