实验一 发光二极管特性测试实验

1、发光二极管特性测试实验一、实验背景介绍（一）发光二极管的工作原理发光二极管是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为LED （light-emitting diode）。由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与 空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯， 或者组成文字或数字显示。它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；发光二极管 与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压 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结附近数微米内分别与 N区的电子和P区的空穴复合，

2、产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处 的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出 的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓 二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。其工作原理图如下：电子空穴, P型电流流过结合部（二）发光二极管的特性参数殳为一个测试条件和常亮时，任体见特性图。论，通常标准劳通常为20mA被 管的各项性能参目一个标准电流设定不同的值用以测试IF特性： |_1.以正常的寿命0 30mA，瞬间（20ms）可增至100mA。特性及工作温度均会受到影句，它是正常工作时IF增大时LAMP的颜色、亮的一

3、个先决条件，IF值增大：寿命缩短、VF值增大、波长偏低、温度上升、亮度增大、 角度不变，与相关参数间的关系见曲线图;VF1.VR （ LAMP的反向崩溃电压）由于LAMP是二极管具有单向导电特性，反向通电时反向电流为0，而反向电压 高到一定程度时会把二极管击穿，刚好能把二极管击穿的电压称为反向崩溃电压，可以用 “ VR ”来表示。VR特性：VR是衡量P/N结反向耐压特性，当然VR延高赶好；VR值较低在电路中使用时经常会有反向脉冲电流经过，容易击穿变坏;VR又通常被设定一定的安全值来测试反向电流（IF值），一般设为5V ；红、黄、黄绿等四元晶片反向电压可做到20 40V，蓝、纯绿、紫色等晶片反向

4、电压只能做到5V以上。2.IR （反向加电压时流过的电流）二极管的反向电流为0，但加上反向电压时如果用较精密的电流表测量还是有很小的 电流，只不过它不会影响电源或电路所以经常忽略不记，认为是0。IR特性：IR是反映二极管的反向特性，IR值 太大说明P/N结特性不好，快被击穿；IR 值太小或为0说明二极管的反向很好；通常IR值较大时 VR值相对会 小，IR值较小时VR值相对会大；IR的大小与晶片本身和封装制程均有关 系，制程主要体现在银胶过多或侧面沾胶， 双线材料焊线时焊偏，静电亦会造成反向击 穿，使IR增大。3.IV （ LAMP的光照强度，一般称为LAMP的亮度）指LAMP有流过电流时的光强

5、，单位一般用毫烛光（mcd ）来衡量，由于一批晶片 做出的LAMP光强均不相同，封装厂商会将其按不同的等级分类，分为低、中、高等多个 等级，而LAMP的价格也与其亮度大小有关系。同一亮度LAMP顺向电流赶大，亮度赶 高。亮度还跟角度有关系，同样物料角度赶大亮度赶，角度赶小，亮度赶高，所以要求亮度 的同时要考虑到角度的大小。4.W/D （主波长，单位是nm，纳米）LAMP正常工作时的颜色特性，颜色特性具体见LAMP介绍中的颜色分类，通常用 W/D来衡量颜色的变化特性，在电流和温度不同的情况下主波长测试值均不相同的，封装厂商会按相同的条件将W/D按不同的等级分类。e （半功视角，单位是“度”）发光

6、管LAMP发光强度为一半时所对应的角度。角 度的大小与晶片体积的大小、支架碗杯的角度、杯 深、模粒的球面直径、卡点等有关系。角度赶大照出的光圈赶大，反之赶小。LAMP的特性参数关系曲线如右：（三）发光二极管的分类1、 按发光管发光颜色分 按发光管发光颜色分，可分成红色、橙色、绿色（又细分黄绿、 标准绿和纯绿）、蓝光等另外，有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。根据发光 二极管出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色，上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透 明、无色透明、有色散射和无色散射四种类型。散射型发光二极管和达于做指示灯用。2、按发光管出光面特征分 按发光管出光面特征分圆灯、方灯、矩形、面

7、发光管、侧向管、 表面安装用微型管等。圆形灯按直径分为p2mm p4.4mm、p5mm p8mm p10mm及p20mm 等。国外通常把p3mm的发光二极管记作T-1；把p5mm的记作T-1 （3/4）；把p4.4mm的 记作T-1（1/4）。由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况。从发光强度角分布图来 分有三类：（1）高指向性。一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔封装，且不加散射剂。 半值角为520或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或与光检出器联用以 组成自动检测系统。（2）标准型。通常作指示灯用，其半值角为2045。（3）散射型。这 是视角较大的指示灯，半值角为4590。或

8、更大，散射剂的量较大。3、按发光二极管的结构分按发光二极管的结构分有全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷 底座环氧封装及玻璃封装等结构。4、按发光强度和工作电流分 按发光强度和工作电流分有普通亮度的 LED （发光强度 100mcd）；把发光强度在10100mcd间的叫高亮度发光二极管。一般LED的工作电流在十 几mA至几十mA，而低电流LED的工作电流在2mA以下（亮度与普通发光管相同）。除 上述分类方法外，还有按芯片材料分类及按功能分类的方法。二、发光二极管实验内容（一）实验目的1、测定发光二极管的伏安特性2、测定发光二极管的光电特性3、测定发光二极管的发散角（二）实验器材稳压电源、发光二极

9、管、电阻、电键、光强计各一个，万用表两个，导线若干。（三）实验步骤1、测定发光二极管的伏安特性发光二极管的伏安特性是指发光二极管两端电压与通过电流之间的关系。实验前先判断发光二极管的正负极性，并了解使用万用表测量电压和电流的方法。按下图连 接好电路开始试验，测量数据时，电源电压由小变大，测量发光二极管两端的电压及流过的电流，记录数据。123456电源电压（V）1.4822.5033.54发光二极管两端电压（V）1.451.631.661.681.71.7电流（mA）0.030.1230.3010.470.6510.8282、测定发光二极管的光电特性发光二极管的光电特性是指发光二极管通过电流与发

10、出光强之间的关系。按下图连接好电路，光强计使用时，先打开电源，观察光强计示数的变化，选择合适的量程， 再用手遮住探头，进行调零。光强显示器接收器12345发光二极管两端电压（V）1.661.701.721.751.80电 流（mA）0.2890.731.1311.944.67发光强度0.060.130.20.340.783、测定发光二极管的发散角发光二极管的发散角测量工作原理如图所示若发散角。较小，则有：e tane =d/l,(式中d=x2-x1为半值强度的距离；L为光强探测头 与发光二极管之间的距离)L=9.2cm实验装置示意图如下，在横向一维方向移动光强计探测头，记录探测头位置与光强示数，画 出发光二极管的一维光强分布图确定d接收器光强显示器L=9.2cm1234567探测头 位置 (mm)37394143454749光强示 数0.2870.3630.46