LED特性参数、伏安特性测量实验

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。

1. 实验目的

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。

2. 实验器材

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；

3. 基础知识

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。

4.实验步骤

（1）元件组装

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。              

（2）测量正向死区电压

     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

（3）正向工作区

     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

 5. 关机与结束

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。