LED特性參數(shù),、伏安特性測量實驗

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)光光強指向特性,、時間特性以及熱血特性,。本實驗主要介紹LED的電學(xué)特性,，其光學(xué)特性會在后面的實驗中介紹。

1. 實驗?zāi)康?/span>

通過本實驗,，了解掌握LED的電學(xué)特性參數(shù)及其測量方法,，為應(yīng)用LED奠定基礎(chǔ),。

2. 實驗器材

① 光電技術(shù)應(yīng)用開發(fā)綜合實驗平臺 1臺；

② 紅色,、綠色,、藍色、白色LED各一只,；

③ LED光源實驗裝置1個,；

④ 連接線若干；

3. 基礎(chǔ)知識

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點對于V0 為開啟電壓,，當(dāng)V＜Va，外加電場尚克服不了因載流子擴散而形成勢壘電場,，此時R很大；開啟電壓對于不同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,，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pn結(jié)加反偏壓

V= - VR 時,，反向漏電流IR（V= -5V）時，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 電壓對應(yīng)IR為反向漏電流,。當(dāng)反向偏壓一直增加使V＜- VR時，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.實驗步驟

（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)（負極）,。將延長接圈擰到裝置上，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)臺面上,。              

（2）測量正向死區(qū)電壓

     如圖1.32-2搭建測量電路,，將低壓可調(diào)旋鈕逆時針旋到底，然后打開平臺電源開關(guān),，調(diào)節(jié)低壓可調(diào)旋鈕,，使LED兩端電壓逐漸升高，同時觀察流過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，多測幾組數(shù)據(jù),，當(dāng)電壓升高到恰好使LED發(fā)光時停止旋轉(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,，畫出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，測量不同顏色LED的正向死區(qū)電壓,，記錄在表1.32-1中并畫出曲線,，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進行測量,。

                                  表1.32-1

（3）正向工作區(qū)

     如圖1.32-2搭建測量電路，將低壓可調(diào)旋鈕逆時針旋到底,，然后打開平臺電源開關(guān),，調(diào)節(jié)低壓可調(diào)旋鈕，使LED兩端電壓逐漸升高,，同時觀察流過LED的電流變化,，當(dāng)電壓升高到恰好使LED發(fā)光時停止旋轉(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30mA（LED的額定電流為30mA）時停止調(diào)節(jié),，多測幾組數(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,，畫出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,，測量并畫出不同顏色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進行測量。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)機與結(jié)束

①  將所測的數(shù)據(jù)及實驗結(jié)果保存好，分析實驗結(jié)果的合理性,，如不合理,，則應(yīng)重新補作上述實驗；若合理,，可以進行關(guān)機,；

②  將實驗平臺的電源關(guān)掉，再將所用的配件放回配件箱,；

③  將實驗所用儀器收拾好，再請指導(dǎo)教師檢查,，批準(zhǔn)后離開實驗室,。