LED是利用化合物材料制成pn结的光电器件。它具备pn结结型器件的电学特性:I-V特性、C-V特性和光学特性:光谱响应特性、发光光强指向特性、时间特性以及热血特性。本实验主要介绍LED的电学特性,其光学特性会在后面的实验中介绍。
通过本实验,了解掌握LED的电学特性参数及其测量方法,为应用LED奠定基础。
① 光电技术应用开发综合实验平台 1台;
② 红色、绿色、蓝色、白色LED各一只;
③ LED光源实验装置1个;
④ 连接线若干;
1、LED电学特性
1.1 I-V特性 表征LED芯片pn结制备性能主要参数。LED的I-V特性具有非线性、整流性质、单向导电性,即外加正偏压表现低接触电阻,反之为高接触电阻。
(1)正向死区:(图oa或oa′段)a点对于V0 为开启电压,当V<Va,外加电场尚克服不了因载流子扩散而形成势垒电场,此时R很大;开启电压对于不同LED其值不同,GaAs为1V,红色GaAsP为1.2V,GaP为1.8V,GaN为2.5V。
(2)正向工作区:电流IF与外加电压呈指数关系
IF = IS (e qVF/KT –1) -------------------------IS 为反向饱和电流 。
V>0时,V>VF的正向工作区IF 随VF指数上升 IF = IS e qVF/KT
(3)反向死区 :V<0时pn结加反偏压
V= - VR 时,反向漏电流IR(V= -5V)时,GaP为0V,GaN为10uA。
(4)反向击穿区 V<- VR ,VR 称为反向击穿电压;VR 电压对应IR为反向漏电流。当反向偏压一直增加使V<- VR时,则出现IR突然增加而出现击穿现象。由于所用化合物材料种类不同,各种LED的反向击穿电压VR也不同。
将LED发光二极管(白色)牢固地安插在LED光源装置上,二极管的长脚插入白色螺钉一侧的插孔内(正极),短脚插入黑色螺钉一侧的插孔内(负极)。将延长接圈拧到装置上,将接圈上的定位块旋转到合适位置,使得LED固定不动且与装置同轴,即完成LED光源装置的安装。光源装置后面黑色引出线为黑螺钉一侧(负极)插孔引出电极,而红色引出线为靠近白螺钉一侧(正极)插孔引出电极。将光源装置用支撑杆安装在磁性表座上,再用磁性表座将光源装置固定在导磁的光学台面上。
如图1.32-2搭建测量电路,将低压可调旋钮逆时针旋到底,然后打开平台电源开关,调节低压可调旋钮,使LED两端电压逐渐升高,同时观察流过LED的电流,并记录当前的电压值和电流值,填入表1.32-1中,多测几组数据,当电压升高到恰好使LED发光时停止旋转旋钮,观察电压表和电流表读数并记录在表1.32-1中,此时的电压为LED正向死区电压,将表中的数据在直角坐标系中找到相应的点,画出LED的正向死区电压的曲线。然后,更换不同颜色的LED,重复上述操作,测量不同颜色LED的正向死区电压,记录在表1.32-1中并画出曲线,比较不同颜色的LED正向死区电压是否相同,分析原因。同学们还可以自行找到不同的LED进行测量。
表1.32-1
电流/电压 | ||||||
白色LED | ||||||
红色LED | ||||||
绿色LED | ||||||
蓝色LED |
如图1.32-2搭建测量电路,将低压可调旋钮逆时针旋到底,然后打开平台电源开关,调节低压可调旋钮,使LED两端电压逐渐升高,同时观察流过LED的电流变化,当电压升高到恰好使LED发光时停止旋转旋钮,观察电压表和电流表读数并记录在表1.32-2中,此时的电压为LED正向死区电压,继续调整低压可调旋钮,观察电压表和电流表的变化,直到LED电流到达30mA(LED的额定电流为30mA)时停止调节,多测几组数据,填入表1.32-2中,将表中的数据在直角坐标系中找到相应的点,画出LED的正向工作区的曲线。然后,更换不同颜色的LED,重复上述操作,测量并画出不同颜色LED的正向工作区曲线,比较不同颜色的LED正向工作区是否相同,分析原因。同学们还可以自行找到不同的LED进行测量。LED正向死区曲线和正向工作区曲线和在一起,就是LED的伏安特性曲线。
表1.32-2
电流 /电压 | ||||||
白色LED | ||||||
红色LED | ||||||
绿色LED | ||||||
蓝色LED |
① 将所测的数据及实验结果保存好,分析实验结果的合理性,如不合理,则应重新补作上述实验;若合理,可以进行关机;
② 将实验平台的电源关掉,再将所用的配件放回配件箱;
③ 将实验所用仪器收拾好,再请指导教师检查,批准后离开实验室。
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