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1、宁夏大学物理创新实验论文题 目: 发光二极管伏安特性的研究指导教师: 赵艳秋学 院： 物理电气信息学院班 级： 物理学（师范）二班学 号： 姓 名: 张志伟【摘要】给一个元件通以直流电，用电压表测出元件两端的电压，用电流表测出通过元器件的电流。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。这种研究元件特性的方法称为伏安法。伏安特性曲线为直线的元件称为线性元件，如电阻；伏安特性曲线为非直线的元件称为非线性元件， 如二极管、三极管等。伏安法的主要用途是测量研究线性和非线性元件的电特性。 【Abstract】give an element is conn
2、ected to DC voltage meter measuring element, with both ends of the voltage, current meter can detect through components of the current. Usually in voltage as abscissa, current as the ordinate, draw the element current and voltage relationship curve, referred to as the components of the volt-ampere c
3、haracteristic curve. The study of characteristics of the element method called voltammetry. The volt-ampere characteristic curve for linear element is called a linear components, such as resistor; the volt-ampere characteristic curve for non linear element known as a nonlinear element, such as a dio
4、de, triode. voltammetry is mainly used for measurement of the electrical properties of linear and nonlinear components【关键词】 发光二级管 伏安特性【Key words】 two light-emitting tube volt-ampere characteristic目录介45三实验仪器.5四实验原理.5五实验内容.8.9七实验数据记录及处理.10八结论.15九对二极管实验的拓展与创新.15十参考文献.16一对发光二极管及其伏安特性的简介 对发光二极管的简介发光二极管（l
5、ight emission diode LED）现已广泛应用于户外显示屏、交通灯、汽车灯及电子设备和工业设备指示灯等方面,因其具有体积小、功耗低、寿命长、反映速度快、适合量产等诸多优点；同时，发光二极管也符合节能、环保的绿色照明光源。目前它已进入功能性照明领域，正在逐步进入普通照明领域，以替代白炽灯和荧光灯。它是继白炽灯、荧光灯、高强度气体放电灯（HID后的第四代新光源。对其物理参数的测量和研究是具有重大的经济效益和社会意义。对发光二级管伏安特性的简介给一个元件通以直流电，用电压表测出元件两端的电压，用电流表测出通过元器件的电流。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
6、，称为该元件的伏安特性曲线。这种研究元件特性的方法称为伏安法。伏安特性曲线为直线的元件称为线性元件，如电阻；伏安特性曲线为非直线的元件称为非线性元件， 如二极管、三极管等。伏安法的主要用途是测量研究线性和非线性元件的电特性。二 实验目的通过实验测量发光二极管的伏安特性，掌握非线性元件伏安特性的测量方法、基本电路、误差计算，能够给出所测量元件的特性参数（如导通电压，饱和电流等）。三实验仪器直流恒流电源( 02mA. 020mA.) ，数字万用表（两只），导线若干四实验原理发光二极管是由III-V族化合物如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaASP（磷砷化镓）等半导体材料制成的，其核心是PN
7、结。因此它具有一般PN结的伏安特性，即正向导通、反向截止、击穿特性。LED的表示符号如图6（a），其主要是它具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域形成少数载流子，此时进入P区的电子和P区的空穴复合，进入N区的空穴和N区的电子复合，并以发光的形式辐射出多余的能量，这就是LED工作的基本原理，如图6（b）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，但每次释放的能量不大，不能形成可见光。发光
8、的复合量相对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，所以发光仅在靠近PN结面数m以内产生。理论和实践证明，光的峰值波长与发光区域的半导体禁带宽度Eg有关，即1240/Eg(nm) 式中Eg=e*UD、，单位为电子伏特（eV）。若能产生的可见光波长在380nm(紫光)780nm(红光），半导体材料的Eg应在3.261.63 eV之间。比红光波长长的光为红外光。目前已有红外、红、黄、绿、白、蓝光等发光二极管。发光二极管的主要参数：最大正向电流IFm：允许加的最大正向直流电流，超过此值LED损坏。正向工作电流IF：指发光二极管正常发光时的正向电流值，在实际使用中应根据
9、亮度需要选择IF在0.6*IFm以下。正向工作电压VF:参数表中给出的工作电压是在给定的正向电流下测得的，一般是在IF=20mA时测得的，VF在1.43V。最大反向电压VRm：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。允许功耗Pm: 允许加在发光二极管两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。超过此值发光二极管发热损坏。伏安特性：发光二极管的电压与电流的关系可用图表示。图5 发光二极管的伏安特性曲线光谱分布和峰值波长：某一个发光二极管所发的光并不是单一波长，其波长大体按图6所示。由图可见该发光二极管所发之光中某一波长0的光强最大，该波长为峰值波长。光谱半宽度：它表示发光二极管的
10、光谱纯度，是指图6中1/2峰值光强所对应两波长之间隔。故在实验中根据福伏安特性曲线和实验中的观察（红外除外）找到的开启电压，并根据公式：eU hc/ ，计算出五个二极管发出光的波长，其中h为普朗克常数，c为光速，为光的波长。 实验电路图在本实验中，电流可由直流恒流源中的电流读数直接知道，电压表用万用表替代，且由于是恒流源，可以去掉保护电阻，这样会更方便地实验。五实验内容如图将一个发光二极管（红、黄、绿、蓝、白五种发光二极管其中的一个）连接到伏安特性测量电路中。电流从最小开始调节，观察电压表的电压，在 0mA时每隔0.02记录一组数据，在0.11mA 时每隔0.1记录一组数据，在115mA (电
11、流最大不能超过20mA，否则发光二极管可能烧坏)。要求数据点不得少于20个，在作图纸上描出伏安特性曲线。更换一个发光二极管重复上述实验，得出该发光二极管的正向伏安特性。分别根据红、黄、绿、蓝,白三种发光二极管的导通电压估算出它们的波长六.实验注意事项在接线的过程中，注意不要将各个元件的正负向接反。由于本实验需要连接线较多，在实验中应注意正确连接线路，且在使用时不可用力过猛。接线时,开关要处于开的状态。测量时，电压和电流从最小开始，实验点应均匀分布在实验曲线上。七实验数据记录及处理 黄光 电压（V)电流（mA）1.76 1.55 1.77 1.63 1.77 1.66 1.78 1.67 1.7
12、9 1.68 1.79 1.69 1.80 1.69 1.84 1.70 1.88 1.70 1.90 1.71 1.92 1.71 1.93 1.74 1.95 1.75 1.96 由图可以看出，开启电压为1.85V,由：eU hc/ 可得hc/ eU带入数据得585nm绿光电压（V)电流（mA）0.5020 0.0020 0.6020 0.0320 0.7020 0.0420 0.8020 0.0520 0.9020 0.0620 1.002 0.0720 2.40 3.000 0.0820 5.002 0.0920 7.002 0.1020 2.60 9.002 0.2020 11.00
13、2 0.0320 13.002 0.4020 15.002 由图知，开启电压为2.25V,由 eU hc/ 可得hc/ eU带入数据得525nm蓝光电压（V)电流（mA）2.39 1.48 2.43 1.80 2.46 1.90 2.49 1.96 2.51 2.01 2.54 2.05 2.56 2.08 2.62 2.13 2.70 2.16 2.77 2.19 2.82 2.22 2.87 2.33 2.96 2.36 3.01 由图知，开启电压为2.55V,由 eU hc/ 可得hc/ eU带入数据得470nm红光电压（V)电流（mA）1.72 1.42 1.73 1.54 1.74 1.57 1.75 1.59 1.76 1.60 1.76 1.61 1.77 1.62 1.84 1.63 1.88 1.64 1.92 1.6
