LED伏安特性及应用
LED伏安特性(V-I)测试 - 大连民族大学
实验记录
电路原理图：
实验步骤
• 将待测白光LED接入胶木模块的插孔（注意正负极不要接反，LED长脚
接模块的“+”孔），将胶木模块固定在转台导轨上，模块另一端的插 头插到控制面板“LED/LD驱动”部分的“正向电压”端口。“电压测 量”的正负端分别接到电压表的“20V+”和“-”端，电压表量程选择 20V。“电流测量”的正负端分别接到电流表的“200mA+”和“-”端， 电流表量程选择200mA。打开驱动电路开关，顺时针缓慢调节“电压 调节”旋钮，记录电流表和电压表的数据。
反向压降； 对LED的极限参数有明确的概念，正确、安全的使用LED； 通过电学特性的测量，认识LED的发光机理。
实验要求：
• • •
了解发光二极管的基本原理。熟悉能量带隙和发光波长 的关系。 掌握发光二极管的基本应用电路。 掌握发光二极管的伏安特性测试方法。利用可调电源， 电流表，电压表，电阻等元件搭建伏安特性测试实验装 置。通过自行设计完成如下的LED正反向伏安特性测试 电路。
• 将旋钮逆时针旋至极限位置，将LED接入反向端口，“电流测量+”更
换到电流表的“200uA+”，电流表量程选择200uA，再调节电压读出对 应的反向电流、电压，记录数据。
• 换红光LED，重复步骤1。我们提供的流显示，而这么高的电压对LED有破坏作用，所以 我们不具体测量红光LED反向V-I特性。但从中我们也可以认识到红光 LED与白光LED反向特性的差异。 • 实验完成后将各装置、各器件恢复至初始状态。
ledled伏安特性伏安特性vvii测试测试大连民族学院物理与材料工程学院大连民族学院物理与材料工程学院实验目的实验目的?了解led的电学特性包括正向电流正向压降反向电流反向压降
LED灯的应用分析
LED灯的应用分析LED灯的应用分析20世纪５０年代，英国科学家在实验里发明了第一个ＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）发光二极管，在其后的年代里，每隔十年，ＬＥＤ技术就有一个新的突破，科学技术的力量将ＬＥＤ推上一个新的舞台。
把它从实验室推到仪表指示灯，又从指示灯跨到照明领域，其发展速度之快是空前绝后的，灼灼逼人的姿态大有取代常规照明的气势。
ＬＥＤ为什么颇受照明界青睐，得到如此关注？其主要原因是它特有的优点所致－节能、高效、环保、寿命长、适用性好等。
但是，任何事物都是一分为二的，ＬＥＤ具有无比的优点，也是有不足之处，实践是检验ＬＥＤ性能的标准。
近年来，竣工了很多ＬＥＤ照明工程，在工程应用上发现一些问题，主要问题如下：（1）照明回路中，ＬＥＤ灯数量多，不易合闸。
（2）照明线路较长，ＬＥＤ灯发光不稳定，有频闪现象。
（3）灯具寿命标称１０万小时这种说法不妥。
既然发现了问题，就要解决问题，解决问题，就要找出问题的原因。
要弄清以上问题的原因，首先要了解ＬＥＤ的特性，下面针对以上问题进行分析。
1 ＬＥＤ具有半导体二极管的特征ＬＥＤ实际上是发光二极管，它是半导体二极管的一种。
ＬＥＤ是由Ｐ型半导体和Ｎ型半导体晶体组成，它们之间形成一个ＰＮ结。
当给ＬＥＤ加上正向电压后，从Ｐ区注入到Ｎ区的空穴和由Ｎ区注入到Ｐ区的电子，在ＰＮ结附近分别与Ｎ区的电子和Ｐ区的空穴复合，复核过程中，电子释放能量，在数μｍ范围内激发出荧光，把电能转换成了光能。
电子和空穴复合时释放出能量，释放出能量的多少，决定了ＬＥＤ发光的波长，能量释放越多，光的波长越短，不同的波长呈现出不同的颜色。
1.1 ＬＥＤ具有半导体二极管的伏安特性（１）正向特性在ＬＥＤ灯ＰＮ结上加上正向直流电压Ｖｆ，电压由０Ｖ逐步增大，即电压０＜Ｖｆ＜Ｖｓ时，正向电压小于触发电流，即外电场电动势不足以克服ＰＮ结的内电动势时，正向电流为零，不发光。
当Ｖｆ≥Ｖｓ时，外电场电场增大，内电场电场相对减弱，产生正向电流Ｉｆ，电流随着电压升高而增大，其电流极限参数范围内流过ＬＥＤ的电流越大，它的发光亮度越高。
半导体发光二极管测试国标(精)
基于LED各个应用领域的实际需求，LED的测试需要包含多方面的内容，包括：电特性、光特性、开关特性、颜色特性、热学特性、可靠性等。
1、电特性LED是一个由半导体无机材料构成的单极性PN结二极管，它是半导体PN结二极管中的一种，其电压-电流之间的关系称为伏安特性。
由图1可知，LED电特性参数包括正向电流、正向电压、反向电流和反向电压，LED必须在合适的电流电压驱动下才能正常工作。
通过LED电特性的测试可以获得LED的最大允许正向电压、正向电流及反向电压、电流，此外也可以测定LED的最佳工作电功率。
图 1 LED伏安特性曲线LED电特性的测试一般利用相应的恒流恒压源供电下利用电压电流表进行测试。
2、光特性类似于其它光源，LED光特性的测试主要包括光通量和发光效率、辐射通量和辐射效率、光强和光强分布特性和光谱参数等。
（1）光通量和光效有两种方法可以用于光通量的测试，积分球法和变角光度计法。
变角光度计法是测试光通量的最精确的方法，但是由于其耗时较长，所以一般采用积分球法测试光通量。
如图2所示，现有的积分球法测LED光通量中有两种测试结构，一种是将被测LED放置在球心，另外一种是放在球壁。
_h:^E8(_ d图 2 积分球法测LED光通量此外，由于积分球法测试光通量时光源对光的自吸收会对测试结果造成影响，因此，往往引入辅助灯，如图3所示。
图3 辅助灯法消除自吸收影响在测得光通量之后，配合电参数测试仪可以测得LED的发光效率。
而辐射通量和辐射效率的测试方法类似于光通量和发光效率的测试。
（2）光强和光强分布特性图4 LED光强测试中的问题如图4所示，点光源光强在空间各方向均匀分布，在不同距离处用不同接收孔径的探测器接收得到的测试结果都不会改变，但是LED由于其光强分布的不一致使得测试结果随测试距离和探测器孔径变化。
因此，CIE-127提出了两种推荐测试条件使得各个LED在同一条件下进行光强测试与评价，目前CIE-127条件已经被各LED制造商和检测机构引用。
LED的特性参数
LED参数与特性LED（发光二极管）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、时间特性以及热学特性。
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。
如图：(1) 正向死区：（图oa或oa′段）a点对于V0 为开启电压，当V＜Va，外加电场尚克服不少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。
1.2 C-V特性鉴于LED的芯片有9³9mil (250³250um)，10³10mil，11³11mil (280³280um)，12³12mil(300³300um)，故pn结面积大小不一，使其结电容（零偏压）C≈n+pf左右。
C-V特性呈二次函数关系（如图2）。
由1MHZ交流信号用C-V特性测试仪测得。
1.3 最大允许功耗PF m当流过LED的电流为IF、管压降为UF则功率消耗为P=UF³IFLED工作时，外加偏压、偏流一定促使载流子复合发出光，还有一部分变为热，使结温升高。
LED工作原理、特性及应用
LED工作原理、特性及应用（一）LED发光原理发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。
因此它具有一般P-N 结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。
此外，在一定条件下，它还具有发光特性。
在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。
进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光，如图1所示。
假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。
除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。
发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。
由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近PN结面数μm以内产生。
理论和实践证明，光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽度Ｅg有关，即λ≈1240/Eg（mm）,式中Eg的单位为电子伏特（eV）。
若能产生可见光（波长在380nm紫光～780nm红光），半导体材料的Eg应在3.26～1.63eV之间。
比红光波长长的光为红外光。
现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍。
（二）LED的特性1．极限参数的意义（1）允许功耗Pm:允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。
超过此值，LED发热、损坏。
（2）最大正向直流电流IFm：允许加的最大的正向直流电流。
超过此值可损坏二极管。
（3）最大反向电压VRm：所允许加的最大反向电压。
超过此值，发光二极管可能被击穿损坏。
（4）工作环境topm:发光二极管可正常工作的环境温度范围。
低于或高于此温度范围，发光二极管将不能正常工作，效率大大降低。
2．电参数的意义（1）光谱分布和峰值波长：某一个发光二极管所发之光并非单一波长，其波长大体按图2所示。
光电实验二LED光源的伏安特性 (1)
实验二 LED光源的伏安特性实验日期：2017年9月22日姓名：徐风学号：201508403146 成绩：一、实验目的1. 掌握LED光源的伏安特性；2. 掌握测量伏安特性的方法；3.通过LED的伏安特性曲线，学会如何使用LED作为探测光源。
二、实验仪器1. GDS-VI型光电综合实验平台主机系统；2. LED光源三个；3.夹持装置、LED光源装置各一个。
三、实验原理发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，它的电学特性和半导体PN结类似。
LED的主要电学参量包括阈值电压、反向饱和电流等，主要的电学特性是伏安特性。
图1 LED的伏安特性特性曲线如图 1所示为LED 的伏安特性特性曲线。
OA 段：正向死区，正向电流极小，电压小于阈值电压时，LED 不发光。
AB 段：正向工作区，工作电流与外加电压呈指数关系，即 qV kT I =Is(e-1)（1）式中I S 为反向饱和电流。
当正向电压大于V B 时LED 被烧坏。
OC 段：反向死区，几乎没有电流流过。
CD 段：反向击穿区，当反向电压大于V C 时，LED 被击穿。
四、实验步聚1. 按图2的电路连接。
图2 LED 供电及电流测量电路2.打开实验平台的电源开关，调节R 使流经LED 的电流产生变化，读取不同电流下的LED 两端电压值，并记录至下表；3. 将LED 换成其他颜色，重复上述测量。
（分别测红、蓝、白、绿至少3种LED 光源）五、实验数据分析处理1.实验原始数据：+5V2. LED的伏安特性曲线；3.结论：正向电压比较小时，正向电流几乎为零，当正向电压超过一定值时，正向电流开始快速增长。
LED的性能指标和测试
一、LED的电学指标1、LED的正向电流IF1）正向电流与电压间的关系：当正向电压小于3V时，LED正向电流很小，此时LED不发光，但正向电压等于和大于3V时，正向电流迅速增加，LED发光。
额定工作电流的大小与LED 的额定功率大小有关；2）正向电流与温度间的关系：温度小于30度时，正向电流几乎不随温度变化，一旦温度超过30度，则正向电流随温度的升高而降低，发光强度和发光效率都将随温度的升高而降低，于是对于大功率LED的散热问题尤为重要；3）正向电流与发光强度的关系：发光强度随正向电流的增大而增加，另外发光强度与结晶材料及用以控制n、p层的杂质有关。
2、LED正向电压VF正向工作电压：规格书等参数表所标示的工作电压是在给定的正向电流下得到的，一般在IF=20mA时测得。
3、LED电压与相关电性参数的关系1）VF-IF曲线（伏安特性曲线）：在正向电压小于某一值时，电流极小，LED不发光。
当电压超过某一值后，正向电流随着电压迅速增加而发光。
2）正向电压与温度间的关系：在外界温度升高时，内阻变小，VF将会下降；3）热阻的概念：a.热阻Rth的定义：在热平衡条件下，导热介质在两个规定点处的温度差，及热源、周围环境之间的温差（T1-T2）与产生这两点温度差的耗散功率（P）之比，单位是oC/W或K/W；b.LED的热阻；c.LED的热阻模型d.LED器件热阻的测量；4、反向电压和电流的单位和大小1）反向电压VR单位为V，正常VR设定值：5V（也有的管大于100V）。
在反向施加高电压会导致组件受损，因此操作时须留意反向电压的极限值；2）反向电流IR单位为uA，正常IR读值范围：在VR=5V条件下，反向电流小于5uA，要求严格的高档产品其反向电流值规定小于1uA。
5、电学参数测量二、LED光学特性参数1、发光角度：指发光强度值为轴向强度值一半的方向与发光轴向（法向）的夹角，成为半值角，半值角的2倍称为视角（或称为半功率角）。
LED介绍
LED 简介但由于各种规格不同的LED 电源的性能和转换效率各不相同,所以选择合适、高效的LED 专用电源,才能真正展露出LED 光源高效能的特性.因为低效率的LED 电源本身就需要消耗大量电能,所以在给LED 供电的过程中就无法凸显LED 的节能特点.总之,LED 电源在LED 工作中的稳定性、节能性、寿命长短,具备重要的作用。
LED 的伏安特性LED 是一种可发光的二极管，除了具有发光特性外，还具有普通半导体整流二极管的特性。
LED 的伏安特性曲线可以划分为正向特性区、反向特性区和反向击穿区LED 伏安特性曲线OA 段：正向死区 V A 为开启LED 发光的电压。
比如红色（黄色）LED 的开启电压一般为0.2~0.25V 。
AB 段：工作区在这一区段，一般是随着电压增加电流也跟着增加，发光亮度也跟着增大。
但在这个区段内要特别注意，如果不加任何保护，当正向电压增加到一定值后，那么LED 的正向电压会减小，而正向电流会加大。
如果没有保护电路，会因电流增大而烧坏发光二极管。
OC 段：反向死区 LED 加反向电压是不发光的（不工作），但有反向电流。
这个反向电流很小，一般在几μA 之内CD 段：反向击穿区 LED 的反向电压一般不要超过10V ，最大不得超过15V ，否则就会出现反向击穿，导致LED 报废LED的基本工作条件（1）输入直流电压不低于LED正向压降；（2）采用直流电流或单向脉冲电流驱动；（3）对LED电流加以限制，以防止LED损坏；（4）由于LED电流与其光通量之间的非线性关系，LED应该在光效比较高的电流值下工作；（5）优良的散热设计。
LED的基本工作条件（1）输入直流电压不低于LED正向压降；（2）采用直流电流或单向脉冲电流驱动；（3）对LED电流加以限制，以防止LED损坏；（4）由于LED电流与其光通量之间的非线性关系，LED应该在光效比较高的电流值下工作；（5）优良的散热设计。
为什么LED要使用恒流源？LED的伏安特性并不是固定的，是随着温度而变化的，所以在恒压供电时，LED电流随温度变化而变化，因为LED的伏安特性具有负温度系数的特点。
10LED电学特性_程立文
二、LED的电学指标
• 1、正向电压 VF：LED正向电流在20mA时的 正向电压。 • 2、正向电流 IF：对于小功率LED，目前全世 界一致定为20mA，这是小功率LED的正常 工作电流。但目前出现了大功率LED的芯片， 所以IF就要根据芯片的规格来确定正向工作 电流
二、LED的电学指标
• 3、反向漏电流IR：按LED以前的常规规定， 指反向电压在5V时的反向漏电流。如上面 所说，随着发光二极管性能的提高，反向 漏电流会越来越小，但大功率LED芯片尚未 明确规定。 • 4、工作时的耗散功率PD：即正向电流乘以 正向电压。 • 5、开启电压UON
• 特别注意，如果不加任何保护，当正向电 压增加到一定值后，发光二极管的正向电 压增加会减小，而正向电流增加会加大， 会因电流增大而烧坏发光二极管。
一、LED的电流-电压特性图
1、OC段：反向死区
• 发光二极管加反向电压是不发光的，但有 反向电流。这个反向电流通常很小，一般 在几µ A之内。
– 1990~1995年，为10μA – 1995~2000年，为5µA – 目前一般是，为3µ A以下，但基本上是0µ A
一、LED的电流-电压特性图
1、CD段：反向击穿区
• 发光二极管的反向电压一般不要超过10V， 最大不得超过15V。超过这个电压，就会出 现反向击穿，导致LED报废。
一、LED的电流-电压特性图
同一品牌和不同品牌LED伏安特性
一、LED的电流-电压特性图
不同温度下的LED伏安特性
一、LED的电流-电压特性图
LED产品参数实例
AOD 8mm 大功率LED标准品参数明细
LED极限参数实例
五、测量方法——杭州市创惠仪器有限公司
发光二极管的伏安特曲线
发光二极管的伏安特曲线发光二极管（LED）是一种半导体器件，其伏安特（V-I）曲线是描述其电流与电压之间关系的曲线。
由于LED的特殊结构和材料，它的V-I曲线具有许多独特的特征。
本文将介绍发光二极管的V-I曲线、其特点以及如何使用它。
1. 发光二极管的基本结构和原理一个标准的LED由一个n型半导体和一个p型半导体组成。
其中n型半导体中的电子和p型半导体中的空穴在结界面处相遇并结合成激子（复合电子或复合空穴）。
这种复合释放出能量，一部分通过声子散射转化为热能，另一部分则以光子形式辐射出来，从而实现发光。
电流在LED中的流动通过注入电子和空穴实现，n型半导体中自由电子的密度比p型半导体中的空穴密度高，当在两个半导体之间加上外电压时，电子和空穴将被注入LED中，并在结界面处发生复合。
在LED正向偏压下，大量的电子与空穴在结界面内相遇，形成复合激子，并进一步形成光子并导致LED的发光。
LED的V-I曲线具有许多独特的特征。
下面是一些可能与LED V-I曲线有关的特点：（1）具有正向启动电压在LED正向偏置时，必须达到一定的电压才能促使电子和空穴结合，并产生光子。
这个电压被称为LED的正向启动电压。
通常，正向启动电压在1.8V到3.0V之间，并且取决于LED的颜色和材料。
（2）电流的线性响应一般情况下，LED的V-I曲线是近似于线性的。
这意味着，LED的电流响应近似于输入电压或电流，因此可以将LED视为一个具有线性响应的电阻。
（3）具有温度依赖性LED的发光效率和正向启动电压通常随温度升高而下降。
这是因为随着温度升高，复合激子和电子空穴的散射强烈程度增加，从而减少能够发射出光子的数量。
（4）有反向电导当电压增加到LED负向偏置时，反向电流是非常小的，通常在几毫安以下。
但是，当反向偏压接近LED的破坏电压时，反向电流会急剧增加，这可能会导致LED破坏。
3. 使用发光二极管的V-I曲线LED的V-I曲线是非常有用的，可用于设计和控制电路中的LED。
发光二极管(LED)与LD
方向性很好，光束的发散角只有 (球面度)。而半导体激光器的方向 性要差得多。
LD的主要特性
在光纤通讯与光纤传感技术中，激光器方向 性的好坏影响到它与光纤耦合的效率。单模光纤 芯径小，数值孔径小，此项指标更为重要。
LD的主要特性
4.光谱特性 由于半导体的导带，价带都有一 定的宽度，所以复合发光的光子有较 宽的能量范围，因而产导体激光器的 发射光谱比固体激光器和气体激光器 要宽。 半导体激光器的光谱随激励电流 而变化，当激励电流低于阈值电流时， 发出的光是荧光。这时的光谱很宽， 其宽度常达百分之几微米。如图 (a) 所示。当电流增大到阈值时，发出的 光谱突然变窄，谱线中心强度急剧增 加。这表明出现了激光。其光谱为 分布如图 (b)所示。由此可见知 光谱变窄，单色性增强是半导体激光 器达到阈值时的一个特征，因而可通 过激光器光谱的测量来确定阈值电流。
半导体激光器（LD）
半导体激光器，也称激光二极管（Laser Diode，LD），是一种光学振荡器。 产生激光要满足以下条件：
一、粒子数反转；
二、要有谐振腔，能起到光反馈作用，形成
激光振荡；形成形式多样，最简单的是法布 里——帕罗谐振腔。 三、产生激光还必须满足阈值条件，也就是 增益要大于总的损耗。
g 1/ 2L ln 1 R1R2
LD的主要特性
半导体激光器是半导体二极管，它具有 半导体二极管的一般特性，还具有激光器所 具有的光频特性 。
正向电流 （mA）
1、伏安特性
半导体激光的伏安特性与一般 半导体二极管相同，具有单向导电 性。其伏安特性曲线如图所示。由 于工作时加正向偏压，所以其结电 阻很小。其正向电阻值主要由材料 的体积电阻和引线的接触电阻来决 定。这些电阻虽然很小，但由于工 作电流很大，其作用不能忽略。
LED伏安特性测试及合成实验提要
实验提要实验课题及任务《LED特性测试及应用》实验课题任务是，给定直流稳压电源、三原色LED灯珠、电阻元件、微安表、电压表、导线、铬铁等，根据自己的电路图，利用微安表、电压表和自制实验器材，测量灯珠的电压。
利用不同颜色光的LED，测出其I－V特性。
并且根据其曲线，找出不同颜色光LED 的开启电压，从而计算出LED灯的波长。
利用三色LED，拍摄红+蓝、红+绿、蓝+绿，红+绿+蓝混色后的效果。
学生根据自己所学知识，设计出《LED特性测试及应用》的整体方案，内容包括：(写出实验原理和理论计算公式；选择测量仪器；研究测量方法；写出实验内容和步骤。
)然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果。
按书写科学论文的要求写出完整的实验报告。
设计要求⑴通过查找资料，了解LED发光原理，封装结构，白光LED的原理。
⑵根据LED参数，设计如何测定不同颜色LED的方案，画出连接线路图，并且设计好数据记录表格。
⑶利用三色LED，拍摄红+蓝、红+绿、蓝+绿，红+绿+蓝混色后的效果。
⑷根据实验原理写出实验内容，设计出实验步骤，要具有可操作性。
实验结果用标准形式表达.实验仪器的选择及提示⑴直流稳压电源、三原色LED灯珠⑵微安表、电压表、导线⑶铬铁⑷可以自制实验器材，如纸筒，也可以借助现有实验室的条件。
实验所用公式及物理量符号提示⑴方程:⑵h 为普朗克常数思考题⑴可否使用迈克尔逊干涉仪测定LED波长。
评分参考(10分)⑴通过观察实验现象，找出实验规律，1.5分；⑵正确的写出实验原理和计算公式，2分；⑶正确的选用仪器和测量方法，1分；⑷写出实验内容及步骤，2分；⑸制作实验器材和实验室条件的合理应用，1分；⑹写出完整的实验报告，2.5分；(其中实验数据处理，1分、实验结果，0.5分，整体结构，1分)学时分配实验验收， 4学时，在实验室内完成；提交整体设计方案时间学生自选题后2～3周内完成实验整体设计方案并提交。
LED发光效率
光电特性综合实验 系统 万用表 直流数字毫安表 直流数字电压表 可变电阻器 LED
3.测量原理图
图1-15 LED的P–I曲线测量电路
4.实训内容与步骤
（1）将待测红光LED接入胶木模块的插孔，模块另一端的插头插到控制面板 “LED/LD驱动”部分的“正向电压”端口，将胶木模块固定在转台导轨上
“电压测量”的正负端分别接到电压表的“20V+”和“-”端，电压表量程选择20
从测量的角度看，光通量的测试一般采 用积分求法。在测得光通量之后，配合 电参数测试仪可以测得LED的发光效率。 而辐射通量和辐射效率的测试方法类似 于光通量和发光效率的测试。光强分布 由探测器测试，光谱功率特性可由光谱 功率分布表示。
3.LED的发光效率分析
影响发光效率主要因素有内部量子效率与光提取效率。 内部量子效率与组件本身特性如组件材料能带、 缺陷、杂质及组件 外延组成及结构等相关。
“电流测量”的正负端分别接到电流表的“200mA+” 和“-”端，电流表量程选 择200mA。 将探测器固定在二维支架上，移动导轨上支架，使探测器离转台最近， 移动转台导轨上的胶木模块，使LED尽量靠近探测器探测器。
探测器信号输出的红色插头插入控制面板“3”孔 ，黑色插头插入“2”孔，“4”“5” 之间插入10K 电阻。
数 1 1
量
可调直流稳压电源 万用表
2
3 4 5 6 7 8
直流数字毫安表
直流数字电压表 可变电阻器 发光二极管 发光二极管 电阻器
自选
自选 1KΩ /1W Ф 5，红色 Ф 5，白色 680Ω
1
1 1 1 1 1
3.实训内容与步骤
（1）正向特性曲线的测量
图1-12 正向特性曲线测量电路
(完整版)实验3半导体二极管伏安特性的研究
实验3 半导体二极管伏安特性的研究世界上的物质种类繁多，但就其导电性能来说，大体上可分为导体、绝缘体和半导体三类。
某些物质，如硅、锗等，它们的导电性能介于导体和绝缘体之间，被称为半导体。
半导体之所以引起人们极大的兴趣，原因并不在于它具有一定的导电能力，而在于它具有许多独特的性质。
同一块半导体材料，它的导电能力在不同的条件下会有非常大的差别，比如，在很纯的半导体中掺入微量的其他杂质，它的导电性能将有成千上万倍地增加，并且可以根据掺入杂质的多少来控制半导体的导电性能。
人们正是利用半导体的这种独特的性质做出了各种各样的半导体器件。
本实验通过对常用的半导体器件—二极管特性的研究，了解PN结的特性、结构和工作原理，并测量二极管的部分参数。
【实验目的】1、了解PN结产生的机理和它的作用。
2、学习测量二极管伏安特性曲线的方法。
3、通过实验，加深对二极管单向导电特性的理解。
【仪器用具】HG61303型数字直流稳压电源、GDM-8145型数字万用表、滑线变阻器、FBZX21型电阻箱、C31-V型电压表、C31-A型电流表、FB715型物理设计性实验装置、可调电阻及导线若干、普通二极管、发光二极管、稳压二极管等【实验原理】1.电学元件的伏安特性在某一电学元件两端加上直流电压，在元件内就会有电流通过，通过元件的电流与其两端电压之间的关系称为电学元件的伏安特性。
一般以电压为横坐标，电流为纵坐标作出元件的电压-电流关系曲线，称为该元件的伏安特性曲线。
对于碳膜电阻、金属膜电阻、线绕电阻等电学元件，在通常情况下，通过元件的电流与加在元件两端的电压成正比，即其伏安特性曲线为一通过原点的直线，这类元件称为线性元件，如图3-1的直线a。
至于半导体二极管、稳压管、三极管、光敏电阻、热敏电阻等元件，通过元件的电流与加在元件两端的电压不成线性关系变化，其伏安特性为一曲线，这类元件称为非线性元件，如图3-1的曲线b、c。
伏安法的主要用途是测量研究非线性元件的特性。
（完整版）发光二极管及热敏电阻的伏安特性研究
（完整版）发光二极管及热敏电阻的伏安特性研究非线性电阻特性研究(一)【实验目的】（1）了解并掌握基本电学仪器的使用。
（2）学习电学实验规程，掌握回路接线方法。
（3）学习测量条件的选择及系统误差的修正。
（4）探究发光二极管和热敏电阻在常温下的伏安特性曲线。
【实验仪器】发光二极管（BT102）热敏电阻（根据实验室情况选择）滑动变阻器（0~100 Ω）定值电阻（400Ω）毫安表（0~50mA）微安表(0~50μA) 电压表（0~3v 0~6v）电源（10v）导线等【实验原理】（1）当一个元件两端加上电压，元件内有电流通过时，电压与电流之比称为该元件的电阻R（R=U/I）。
若一个元件两端的电压与通过它的电流成比例，则伏安特性曲线为一条直线，这类元件称为线性元件。
若元件两端的电压与通过它的电流不成比例，则伏安特性曲线不再是直线，而是一条曲线，这类元件称为非线性元件。
一般金属导体的电阻是线性电阻，它与外加电压的大小和方向无关，其伏安特性是一条直线（见图b）。
从图上看出，直线通过一、三象限。
它表明，当调换电阻两端电压的极性时，电流也换向，而电阻始终为一定值，等于直线斜率的倒数。
常用的晶体二极管是非线性电阻，其电阻值不仅与外加电压的大小有关，而且还与方向有关。
LED是英文light emitting diode（发光二极管）的缩写，它属于固态光源，其基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用（如图一）。
常规的发光二极管芯片的结构如图二所示，主要分为衬底，外延层（图2中的N型氮化镓，铝镓铟磷有源区和P型氮化镓），透明接触层，P型与N型电极、钝化层几部分。
图3 发光二极管的工作原理n p电场eΔVpnnpδhνhν⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕○－○－○－○－○－○－○－○－○－○－○－○－○－○－⊕⊕⊕＋＋＋－－－（a）（b）（c）电子的电势能电子的势能δ’发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。
物理师范论文——发光二极管伏安特性的研究
摘要 (2)关键词 (2)一引言 (3)二实验原理 (4)2.1发光二极管的基本工作原理 (4)2.2伏安特性 (5)三实验部分 (7)3.1实验装置 (7)3.2实验内容 (7)3.2.1发光二极管伏安特性的测量 (7)3.2.2. 开启电压法测波长由开启电压 (7)3.2.3注意事项 (8)3.3实验数据记录与处理 (8)3.4实验结论 (14)四结束语 (15)五实验心得 (16)参考文献 (17)致谢 (18)摘要本文主要测量红光，白光，蓝光，绿光和黄光五种发光二极管的正向伏安特性可使我们深入理解发光二极管的发光原理、特性及其测量方法。
通常以电压为横坐标、电流为纵坐标，画出该元件电流和电压的关系曲线，称为该元件的伏安特性曲线。
AbstractIn this paper, measure the red, white, blue, green and yellow, five light-emitting diode forward voltage characteristics allows us to understand the light-emitting diode light-emitting principle, characteristics and measurement methods. Usually abscissa voltage, current vertical axis, draw the curve of the components of current and voltage, known as the volt-ampere characteristic curve of the component.关键词发光二极管伏安特性电流源法KeywordLight-emitting diodes Volt-ampere characteristic Current source method一引言发光二极管（ＬＥＤ）是基于注入式电致发光原理制成的,发光二极管和白炽灯相比,具有工作电压低、功耗小、体积小、重量轻、小型化、易于和集成电路相匹配、驱动简单、寿命长、耐冲击、性能稳定、响应速度快、单色性较好、价格便宜等一系列优点,因此在很多领域,它都可获得广泛应用。
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5－5
LED 伏安特性及应用
四、LED 伏安特性的应用
1. 举例说明
2 只小功率黄光的 VF 为 0.1V，当它们直接并联时，以较高的 VF 点亮时，高 VF 的电流是 20mA，另一 只 LED 的电流将达到 34.7mA。两只 LED 的亮度将产生极大的差异。
2 只 1 瓦级的白光 LED 直接并联，它们的 VF 差为 0.14V，当以较高的 VF 来点亮时，高 VF 的电流是 350mA，另一只的电流将达到 461mA。两只 LED 的亮度将产生极大的差异。
曲线斜率 mA / 0.1V
8 10 7.3 11.8 7.3 16.7 3.4 4.8 2.6 3.3
4.4
109.4 109.4 109.4
94 70 66
说明： 1. 斜率表明：LED 的正向电压每变化 0.1V，电流变化的幅度。 2. 表中所列的斜率，是将当电流大到一定值后近似看作直线。 3. 对于未列出的小电流状况，是因为较小电流时，曲线是非线性的，没有统一的、可以近似的斜率。 4. 表中的数据是某芯片的测试值，不同的芯片及封装工艺会造成数据有些差异。
VF 差必须以 0.05V 以下分档。 2.3 大功率 LED，不要直接并联使用。也不要通过串联电阻来并联，否则电阻损耗太大。若用串联电
阻分压，电阻的功率较大，价格、体积都不是好的选择。
2.4 若通过细分 VF 来直接并联，一般封装厂家的机台分辨率为 0.05V（再小是否可行及成本是否会增 加？），这样还可能会带来几十 mA 的电流差异。若 LED 损坏，损失的结果，还不如当初增加使 用适当的控制电路。
1－1
绿光、蓝光、白光
LED 伏安特性及应用
蓝光 LED 4～10 mA： 2.6 mA / 0.1V 10 mA 以上：3.3 mA / 0.1V 绿光 LED 4～10 mA： 3.4 mA / 0.1V 10 mA 以上：4.8 mA / 0.1V
白光 LED 4mA 以上：4.4 mA / 0.1V
2－2
二．大功率 1 瓦级 LED 的正向伏安特性曲线
红光、琥珀光、黄光
LED 伏安特性及应用
1 瓦红光 LED 100 mA 以上：109.4 mA / 0.1V
1 瓦琥珀 LED 100 mA 以上：109.4 mA / 0.1V
1 瓦黄光 LED 100 mA 以上：109.4 mA / 0.1V
LED 类型
红光
琥珀光
黄光
绿光
蓝光
白光 1 瓦红光 1 瓦琥珀光 1 瓦黄光 1 瓦绿光 1 瓦蓝光 1 瓦白光
条件
2～10 mA 10 mA 以上
2～10 mA 10 mA 以上 2～10 mA 10 mA 以上 4～10 mA 10 mA 以上 4～10 mA 10 mA 以上
4mA 以上
100 mA 以上 100 mA 以上 100 mA 以上 100 mA 以上 200 mA 以上 200mA 以上
3－3
LED 伏安特性及应用
绿光、蓝光、白光
1 瓦绿光 LED 100 mA 以上：94 mA / 0.1V
1 瓦蓝光 LED 200 mA 以上：70 mA / 0.1V
1 瓦白光 LED 200 mA 以上：66 mA / 0.1V
4－4
三、LED 的伏安特性汇总表
LED 伏安特性及应用
LED 伏安特性曲线斜率趋势汇总表
对于有并联的 LED 电路，尽量采用多路输出的恒流电源来给每个并联支路供电，如图 4.3 所 示。一般不要用只有一个输出端的电源来给有并联的 LED 电路供电，如图 4.4 所示。这样容易产 生亮不均，或使某一支路的 LED 加速损坏。
恒
恒流源
流
或
源.4
7－7
2.5 由于 VF 的差异，LED 直接并联、或即使每支路有串联电阻下使用，也容易产生亮度不均现象。
6－6
LED 伏安特性及应用
3. 对使用 LED 的建议
3.1 尽量采用串联的方式使用 LED。 LED 串联，工作时各 LED 的电流相等，亮度一致性可以和厂家测试保持一致。同时，串联使
用，可以是整个电路的电流相对并联最小，对驱动电路的设计和可靠性有利。 3.2 并联使用时，每支路串联的电阻要足够大，否则将不能起到均流的目的。 3.3 尽量采用恒流电源给 LED 供电。
LED 伏安特性及应用
夏俊峰 2008.06
LED 伏安特性及应用
以下数据为一些 LED 产品的实测值，不同厂家的芯片、不同的封装厂封装及封装工艺都会造成曲线 有些差异。所以，数据只是表明一种变化的趋势。
由于 LED 绝大多数使用是正向方式，所以本文只考虑 LED 的正向伏安特性。
一．高亮度小功率 LED 的正向伏安特性曲线
小功率黄光
瓦白光
： 500mV/div Y： 2 mA/div
：500mV/div Y：50 mA/div
图 4.1
图 4.2
2. LED 应用注意事项
根据 LED 的正向伏安特性，使用 LED 时要注意： 2.1 小功率 LED，不宜直接并联使用。一定要并联使用时，每一支路一定要加适当的电阻。 2.2 小功率 LED，在很小的电流下（3mA 以下）使用时，在严格细分 VF 的情况下，可以直接并联。
红光、琥珀光、黄光
琥珀光 LED 2～10 mA： 7.27 10 mA 以上：11.8
mA / 0.1V mA / 0.1V
红光 LED 2～10 mA： 8 10 mA 以上：10
mA / 0.1V mA / 0.1V
黄光 LED 2～10 mA： 7.27 10 mA 以上：16.7
mA / 0.1V mA / 0.1V