LED特性參數(shù)、伏安特性測(cè)量實(shí)驗(yàn)

LED是利用化合物材料制成pn結(jié)的光電器件。它具備pn結(jié)結(jié)型器件的電學(xué)特性：I-V特性、C-V特性和光學(xué)特性：光譜響應(yīng)特性、發(fā)光光強(qiáng)指向特性、時(shí)間特性以及熱血特性。本實(shí)驗(yàn)主要介紹LED的電學(xué)特性，其光學(xué)特性會(huì)在后面的實(shí)驗(yàn)中介紹。

1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>

通過(guò)本實(shí)驗(yàn)，了解掌握LED的電學(xué)特性參數(shù)及其測(cè)量方法，為應(yīng)用LED奠定基礎(chǔ)。

2. 實(shí)驗(yàn)器材

① 光電技術(shù)應(yīng)用開(kāi)發(fā)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái) 1臺(tái)；

② 紅色、綠色、藍(lán)色、白色LED各一只；

③ LED光源實(shí)驗(yàn)裝置1個(gè)；

④ 連接線若干；

3. 基礎(chǔ)知識(shí)

1、LED電學(xué)特性

1.1  I-V特性  表征LED芯片pn結(jié)制備性能主要參數(shù)。LED的I-V特性具有非線性、整流性質(zhì)、單向?qū)щ娦?，即外加正偏壓表現(xiàn)低接觸電阻，反之為高接觸電阻。  

（1）正向死區(qū)：（圖oa或oa′段）a點(diǎn)對(duì)于V0 為開(kāi)啟電壓，當(dāng)V＜Va，外加電場(chǎng)尚克服不了因載流子擴(kuò)散而形成勢(shì)壘電場(chǎng)，此時(shí)R很大；開(kāi)啟電壓對(duì)于不同LED其值不同，GaAs為1V，紅色GaAsP為1.2V，GaP為1.8V，GaN為2.5V。

（2）正向工作區(qū)：電流IF與外加電壓呈指數(shù)關(guān)系

IF = IS (e qVF/KT –1)   -------------------------IS 為反向飽和電流 。

V＞0時(shí)，V＞VF的正向工作區(qū)IF 隨VF指數(shù)上升   IF = IS e qVF/KT    

（3）反向死區(qū) ：V＜0時(shí)pn結(jié)加反偏壓

V= - VR 時(shí)，反向漏電流IR（V= -5V）時(shí)，GaP為0V，GaN為10uA。

（4）反向擊穿區(qū) V＜- VR ，VR 稱為反向擊穿電壓；VR 電壓對(duì)應(yīng)IR為反向漏電流。當(dāng)反向偏壓一直增加使V＜- VR時(shí)，則出現(xiàn)IR突然增加而出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象。由于所用化合物材料種類不同，各種LED的反向擊穿電壓VR也不同。

4.實(shí)驗(yàn)步驟

（1）元件組裝

將LED發(fā)光二極管（白色）牢固地安插在LED光源裝置上，二極管的長(zhǎng)腳插入白色螺釘一側(cè)的插孔內(nèi)（正極），短腳插入黑色螺釘一側(cè)的插孔內(nèi)（負(fù)極）。將延長(zhǎng)接圈擰到裝置上，將接圈上的定位塊旋轉(zhuǎn)到合適位置，使得LED固定不動(dòng)且與裝置同軸，即完成LED光源裝置的安裝。光源裝置后面黑色引出線為黑螺釘一側(cè)（負(fù)極）插孔引出電極，而紅色引出線為靠近白螺釘一側(cè)（正極）插孔引出電極。將光源裝置用支撐桿安裝在磁性表座上，再用磁性表座將光源裝置固定在導(dǎo)磁的光學(xué)臺(tái)面上。              

（2）測(cè)量正向死區(qū)電壓

     如圖1.32-2搭建測(cè)量電路，將低壓可調(diào)旋鈕逆時(shí)針旋到底，然后打開(kāi)平臺(tái)電源開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)低壓可調(diào)旋鈕，使LED兩端電壓逐漸升高，同時(shí)觀察流過(guò)LED的電流，并記錄當(dāng)前的電壓值和電流值，填入表1.32-1中，多測(cè)幾組數(shù)據(jù)，當(dāng)電壓升高到恰好使LED發(fā)光時(shí)停止旋轉(zhuǎn)旋鈕，觀察電壓表和電流表讀數(shù)并記錄在表1.32-1中，此時(shí)的電壓為LED正向死區(qū)電壓，將表中的數(shù)據(jù)在直角坐標(biāo)系中找到相應(yīng)的點(diǎn)，畫(huà)出LED的正向死區(qū)電壓的曲線。然后，更換不同顏色的LED，重復(fù)上述操作，測(cè)量不同顏色LED的正向死區(qū)電壓，記錄在表1.32-1中并畫(huà)出曲線，比較不同顏色的LED正向死區(qū)電壓是否相同，分析原因。同學(xué)們還可以自行找到不同的LED進(jìn)行測(cè)量。

                                  表1.32-1

（3）正向工作區(qū)

     如圖1.32-2搭建測(cè)量電路，將低壓可調(diào)旋鈕逆時(shí)針旋到底，然后打開(kāi)平臺(tái)電源開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)低壓可調(diào)旋鈕，使LED兩端電壓逐漸升高，同時(shí)觀察流過(guò)LED的電流變化，當(dāng)電壓升高到恰好使LED發(fā)光時(shí)停止旋轉(zhuǎn)旋鈕，觀察電壓表和電流表讀數(shù)并記錄在表1.32-2中，此時(shí)的電壓為LED正向死區(qū)電壓，繼續(xù)調(diào)整低壓可調(diào)旋鈕，觀察電壓表和電流表的變化，直到LED電流到達(dá)30mA（LED的額定電流為30mA）時(shí)停止調(diào)節(jié)，多測(cè)幾組數(shù)據(jù)，填入表1.32-2中，將表中的數(shù)據(jù)在直角坐標(biāo)系中找到相應(yīng)的點(diǎn)，畫(huà)出LED的正向工作區(qū)的曲線。然后，更換不同顏色的LED，重復(fù)上述操作，測(cè)量并畫(huà)出不同顏色LED的正向工作區(qū)曲線，比較不同顏色的LED正向工作區(qū)是否相同，分析原因。同學(xué)們還可以自行找到不同的LED進(jìn)行測(cè)量。LED正向死區(qū)曲線和正向工作區(qū)曲線和在一起，就是LED的伏安特性曲線。

                                  表1.32-2

 5. 關(guān)機(jī)與結(jié)束

①  將所測(cè)的數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果保存好，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的合理性，如不合理，則應(yīng)重新補(bǔ)作上述實(shí)驗(yàn)；若合理，可以進(jìn)行關(guān)機(jī)；

②  將實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的電源關(guān)掉，再將所用的配件放回配件箱；

③  將實(shí)驗(yàn)所用儀器收拾好，再請(qǐng)指導(dǎo)教師檢查，批準(zhǔn)后離開(kāi)實(shí)驗(yàn)室。