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結的光電器件。它具備pn結結型器件的電學特性：I-V特性、C-V特性和光學特性：光譜響應特性、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的電學特性，其光學特性會在后面的實驗中介紹。

1. 實驗目的

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

2. 實驗器材

① 光電技術應用開發(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. 基礎知識

1、LED電學特性

1.1  I-V特性  表征LED芯片pn結制備性能主要參數(shù)。LED的I-V特性具有非線性、整流性質、單向導電性，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IR為反向漏電流。當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的插孔內（正極），短腳插入黑色螺釘一側的插孔內（負極）。將延長接圈擰到裝置上，將接圈上的定位塊旋轉到合適位置，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（負極）插孔引出電極，而紅色引出線為靠近白螺釘一側（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磁的光學臺面上。              

（2）測量正向死區(qū)電壓

     如圖1.32-2搭建測量電路，將低壓可調旋鈕逆時針旋到底，然后打開平臺電源開關，調節(jié)低壓可調旋鈕，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)，當電壓升高到恰好使LED發(fā)光時停止旋轉旋鈕，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)在直角坐標系中找到相應的點，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，將低壓可調旋鈕逆時針旋到底，然后打開平臺電源開關，調節(jié)低壓可調旋鈕，使LED兩端電壓逐漸升高，同時觀察流過LED的電流變化，當電壓升高到恰好使LED發(fā)光時停止旋轉旋鈕，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)調整低壓可調旋鈕，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)在直角坐標系中找到相應的點，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. 關機與結束

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

②  將實驗平臺的電源關掉，再將所用的配件放回配件箱；

③  將實驗所用儀器收拾好，再請指導教師檢查，批準后離開實驗室。