利用虚拟仪器测量发光二极管的伏安特性

1、利用虚拟仪器测量发光二极管的伏安特性【引言】物理量的测量离不开仪器和测试手段，大学物理实验中主要是通过对长度、时间(频率)、质量、温度、电压等直接测量量的获得，去推测其它物理量的值，比如：光波长、声 速、扬氏模量、霍尔系数、热导率、核质比等，而现代的传感技术和电路技术使物理量的测 量更加便捷、准确。因此，传感器知识和智能化测量处理数据方法的学习是大学物理实验 中一项重要内容。20多年前，美国国家仪器公司(National Instruments)提出"软件即是仪器"的虚拟仪器概念，从而引发了传统仪器领域的一场重大变革，使得计算机和网络技术得以长驱直入仪器领域。虚拟仪器就是在

2、计算机基础上利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用、并具有可视化界面的自动化测量仪器。【实验目的】1. 了解虚拟仪器极其应用2 测量发光二极管的伏安特性；3学习从实验曲线获取相关信息的方法。【实验原理】满足欧姆定律 U=RI的电阻，若加在其两端的电压 U与通过电阻的电流I成线性关系， 这种电阻叫线性电阻。但是很多器件的电压与电流不满足线性关系，这种电阻叫非线性电阻。非线性元件的阻值用微分电阻表示，定义为d U R(1)d I它表示电压随电流的变化率， 又叫动态电阻 或特性电阻。这个定义是电阻的普遍定义。非线性电阻伏安特性总是与一定的物理过程相联系，如发热、

3、发光、能级跃迁等。江崎玲於奈等人因研究与隧道二极管负电阻有关的遂穿现象而获得1973年的诺贝尔物理学奖。电阻性元件的特性可用其端电压U与通过它的电流I之间的函数关系来表示，这种U与I的关系称为电阻的伏安关系。如果将这种关系表示在U-I平面上，则称为伏安特性曲线。要测量各非线性元件的伏安特性曲线,定要了解各非线性元件的特性，才能选择正确的实验方法，合适的监测电路，得出正确的实验结论。常用的非线性元件有:检波二极管、整流二极管、稳压二极管和发光二极管伏安特性曲线, 安特性曲线如图1所示。这些二极管都具有单向导电作用，伏图1二极管的伏安特性曲线发光二极管由半导体发光材料制成，工作在第1象限。要发光的

4、波长与材料的禁带宽度E对应。根据量子力学原理 E =eV =h：可知，对于可见光，开启电压 V约在23V。当加在发光二极管两端的电压小于开启电压时，发光二极管不会发光， 也没有电流流过。 电压一旦超过开启电压， 电流急剧上升，二极管处于导通状态并发光，此时电流与电压呈线性关系，直线与电压坐标的交点可以认为是开启电压。CH2CH1图1发光二极管的测量电路【实验仪器】1 非线性元件：发光二极管（5种颜色）。2 .电源与仪表：直流稳压电源（020V ）、直流恒流电源（0 2mA , 0 20mA ），数字万用表（2只），计算机和LabCorder软件。【实验内容及操作步骤】实验电路如图2所示，采用通道1或通道2分别测量通 过发光二极管的电压和电流，使用 LabCorder采集数据，并 在电脑上实时显示数据。【实验数据及后处理】本次实验要求至少测量 5个发光二极管（如红光、蓝光、 绿光等，