實驗一 發(fā)光二極管特性測試實驗

1、發(fā)光二極管特性測試實驗一、實驗背景介紹（一）發(fā)光二極管的工作原理發(fā)光二極管是半導體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能；常簡寫為LED （light-emitting diode）。由鎵（Ga）與砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二極管，當電子與 空穴復合時能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光二極管。在電路及儀器中作為指示燈， 或者組成文字或數(shù)字顯示。它是半導體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能；發(fā)光二極管 與普通二極管一樣是由一個PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦?。當給發(fā)光二極管加上正向電壓 后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與 N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復合，

2、產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導體材料中電子和空穴所處 的能量狀態(tài)不同。當電子和空穴復合時釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出 的光的波長越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。磷砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵 二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光。其工作原理圖如下：電子空穴, P型電流流過結(jié)合部（二）發(fā)光二極管的特性參數(shù)殳為一個測試條件和常亮時，任體見特性圖。論，通常標準勞通常為20mA被 管的各項性能參目一個標準電流設(shè)定不同的值用以測試IF特性： |_1.以正常的壽命0 30mA，瞬間（20ms）可增至100mA。特性及工作溫度均會受到影句，它是正常工作時IF增大時LAMP的顏色、亮的一

3、個先決條件，IF值增大：壽命縮短、VF值增大、波長偏低、溫度上升、亮度增大、 角度不變，與相關(guān)參數(shù)間的關(guān)系見曲線圖;VF1.VR （ LAMP的反向崩潰電壓）由于LAMP是二極管具有單向?qū)щ娞匦?，反向通電時反向電流為0，而反向電壓 高到一定程度時會把二極管擊穿，剛好能把二極管擊穿的電壓稱為反向崩潰電壓，可以用 “ VR ”來表示。VR特性：VR是衡量P/N結(jié)反向耐壓特性，當然VR延高趕好；VR值較低在電路中使用時經(jīng)常會有反向脈沖電流經(jīng)過，容易擊穿變壞;VR又通常被設(shè)定一定的安全值來測試反向電流（IF值），一般設(shè)為5V ；紅、黃、黃綠等四元晶片反向電壓可做到20 40V，藍、純綠、紫色等晶片反向

4、電壓只能做到5V以上。2.IR （反向加電壓時流過的電流）二極管的反向電流為0，但加上反向電壓時如果用較精密的電流表測量還是有很小的 電流，只不過它不會影響電源或電路所以經(jīng)常忽略不記，認為是0。IR特性：IR是反映二極管的反向特性，IR值 太大說明P/N結(jié)特性不好，快被擊穿；IR 值太小或為0說明二極管的反向很好；通常IR值較大時 VR值相對會 小，IR值較小時VR值相對會大；IR的大小與晶片本身和封裝制程均有關(guān) 系，制程主要體現(xiàn)在銀膠過多或側(cè)面沾膠， 雙線材料焊線時焊偏，靜電亦會造成反向擊 穿，使IR增大。3.IV （ LAMP的光照強度，一般稱為LAMP的亮度）指LAMP有流過電流時的光強

5、，單位一般用毫燭光（mcd ）來衡量，由于一批晶片 做出的LAMP光強均不相同，封裝廠商會將其按不同的等級分類，分為低、中、高等多個 等級，而LAMP的價格也與其亮度大小有關(guān)系。同一亮度LAMP順向電流趕大，亮度趕 高。亮度還跟角度有關(guān)系，同樣物料角度趕大亮度趕，角度趕小，亮度趕高，所以要求亮度 的同時要考慮到角度的大小。4.W/D （主波長，單位是nm，納米）LAMP正常工作時的顏色特性，顏色特性具體見LAMP介紹中的顏色分類，通常用 W/D來衡量顏色的變化特性，在電流和溫度不同的情況下主波長測試值均不相同的，封裝廠商會按相同的條件將W/D按不同的等級分類。e （半功視角，單位是“度”）發(fā)光

6、管LAMP發(fā)光強度為一半時所對應的角度。角 度的大小與晶片體積的大小、支架碗杯的角度、杯 深、模粒的球面直徑、卡點等有關(guān)系。角度趕大照出的光圈趕大，反之趕小。LAMP的特性參數(shù)關(guān)系曲線如右：（三）發(fā)光二極管的分類1、 按發(fā)光管發(fā)光顏色分 按發(fā)光管發(fā)光顏色分，可分成紅色、橙色、綠色（又細分黃綠、 標準綠和純綠）、藍光等另外，有的發(fā)光二極管中包含二種或三種顏色的芯片。根據(jù)發(fā)光 二極管出光處摻或不摻散射劑、有色還是無色，上述各種顏色的發(fā)光二極管還可分成有色透 明、無色透明、有色散射和無色散射四種類型。散射型發(fā)光二極管和達于做指示燈用。2、按發(fā)光管出光面特征分 按發(fā)光管出光面特征分圓燈、方燈、矩形、面

7、發(fā)光管、側(cè)向管、 表面安裝用微型管等。圓形燈按直徑分為p2mm p4.4mm、p5mm p8mm p10mm及p20mm 等。國外通常把p3mm的發(fā)光二極管記作T-1；把p5mm的記作T-1 （3/4）；把p4.4mm的 記作T-1（1/4）。由半值角大小可以估計圓形發(fā)光強度角分布情況。從發(fā)光強度角分布圖來 分有三類：（1）高指向性。一般為尖頭環(huán)氧封裝，或是帶金屬反射腔封裝，且不加散射劑。 半值角為520或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或與光檢出器聯(lián)用以 組成自動檢測系統(tǒng)。（2）標準型。通常作指示燈用，其半值角為2045。（3）散射型。這 是視角較大的指示燈，半值角為4590。或

8、更大，散射劑的量較大。3、按發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)分按發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)分有全環(huán)氧包封、金屬底座環(huán)氧封裝、陶瓷 底座環(huán)氧封裝及玻璃封裝等結(jié)構(gòu)。4、按發(fā)光強度和工作電流分 按發(fā)光強度和工作電流分有普通亮度的 LED （發(fā)光強度 100mcd）；把發(fā)光強度在10100mcd間的叫高亮度發(fā)光二極管。一般LED的工作電流在十 幾mA至幾十mA，而低電流LED的工作電流在2mA以下（亮度與普通發(fā)光管相同）。除 上述分類方法外，還有按芯片材料分類及按功能分類的方法。二、發(fā)光二極管實驗內(nèi)容（一）實驗目的1、測定發(fā)光二極管的伏安特性2、測定發(fā)光二極管的光電特性3、測定發(fā)光二極管的發(fā)散角（二）實驗器材穩(wěn)壓電源、發(fā)光二極

9、管、電阻、電鍵、光強計各一個，萬用表兩個，導線若干。（三）實驗步驟1、測定發(fā)光二極管的伏安特性發(fā)光二極管的伏安特性是指發(fā)光二極管兩端電壓與通過電流之間的關(guān)系。實驗前先判斷發(fā)光二極管的正負極性，并了解使用萬用表測量電壓和電流的方法。按下圖連 接好電路開始試驗，測量數(shù)據(jù)時，電源電壓由小變大，測量發(fā)光二極管兩端的電壓及流過的電流，記錄數(shù)據(jù)。123456電源電壓（V）1.4822.5033.54發(fā)光二極管兩端電壓（V）1.451.631.661.681.71.7電流（mA）0.030.1230.3010.470.6510.8282、測定發(fā)光二極管的光電特性發(fā)光二極管的光電特性是指發(fā)光二極管通過電流與發(fā)

10、出光強之間的關(guān)系。按下圖連接好電路，光強計使用時，先打開電源，觀察光強計示數(shù)的變化，選擇合適的量程， 再用手遮住探頭，進行調(diào)零。光強顯示器接收器12345發(fā)光二極管兩端電壓（V）1.661.701.721.751.80電 流（mA）0.2890.731.1311.944.67發(fā)光強度0.060.130.20.340.783、測定發(fā)光二極管的發(fā)散角發(fā)光二極管的發(fā)散角測量工作原理如圖所示若發(fā)散角。較小，則有：e tane =d/l,(式中d=x2-x1為半值強度的距離；L為光強探測頭 與發(fā)光二極管之間的距離)L=9.2cm實驗裝置示意圖如下，在橫向一維方向移動光強計探測頭，記錄探測頭位置與光強示數(shù)，畫 出發(fā)光二極管的一維光強分布圖確定d接收器光強顯示器L=9.2cm1234567探測頭 位置 (mm)37394143454749光強示 數(shù)0.2870.3630.46