文档介绍：LED特性测量实验
LED特性测量实验
LED特性测量实验
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【实验目的】
1、了解 LED的发光机理、光学特性与电学特性，并掌握其测试方法。
2、设计简单的测试装置，并对发光二极管进行 V－I 特性曲线、 P— I 特性曲线的测量。
【实验装置 】：
LED(白光和黄绿光 )，精密数显直流稳流稳压电源，积分球（ Φ＝30cm ），多功能光度计，光功率计，直尺，万用表，导线、支架等。
【实验原理 】
1、 发光二极管的发光原理
发光二极管的核心部分是由
p 型半导体和 n 型半导体组成的芯片。 p 型半导体和 n 型半导体
在相互接触的时候，由于两者的功函数或者说是费米能级的不同，
p 区中的空穴就会流向 n
区，而 n 区中的电子也会扩散到
p 区中去，同时产生内建电势差，产生耗尽层，当载流子
的扩散运动和漂移运动平衡时候
pn 结就达到平衡状态， 如图 3 所示。pn 结正向偏置的时候，
内建电势差变小， 势垒的高度变小， 以载流子的扩散运动为主，
电子和空穴就会更容易克服
势垒分别流向 p 区和 n 区。在 p－n 结耗尽层处，电子和空穴相遇，复合，电子由高能级跃
迁到低能级， 电子将多余的能量以发射光子的形式释放出来，
产生电致发光现象。 这就是发
光二极管的发光理论。
图3 图4
2、 发光二极管的主要特性
（1） 光通量
LED特性测量实验
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LED光源发射的辐射波长为 λ的单色光， 在人眼观察方向上的辐射强度和人眼瞳孔对它所张
的立体角的乘积，称为光通量 ΦV（单位是流明 lm），具体是指 LED向整个空间在单位时间
内发射的能引起人眼视觉的辐射通量。
光通量的测量以明视觉条件作为测量条件， 测量光通量必须要把 LED 发射的光辐射能量
收集起来，可以用积分球来收集光能。 测量的探测器应具有 CIE 标准光度观测者光谱效率函
数的光谱响应。 LED器件发射的光辐射经积分球壁的多次反射，使整个球壁上的照度均匀分
布，可用一置于球壁上的探测器来测量这个光通量成比例的光的照度。 基于实验室提供的资
料，由积分原理， 积分球内任一没有光直接照明的点的光照度为：E
R2
。其中
4
1
为光源的光照度， R 为积分球的半径，
为积分球内壁的反射率。所以测量得到球壁上任
一点的光照度就可以求得光源的光通量了。
2） 发光强度
发光强度表示在指定方向上光源发光的强弱。若某个光源在法线方向上，辐射强度为
(1/683) W/sr（即一单位立体角度内光通量为 1 流明时），则称其发光强度为 1 坎德拉 (candela)，
符号为 cd。
要求光源是一个点光源， 或者要求光源的尺寸和探测器的面积与离光探测器的距离相比
足够小 (这种要求被称为远场条件 )。一般使用 CIE 推荐的“平均发光强度”的概念：照射在
离 LED一定距离处的光探测器上的通量，与探测器构成的立体角的比值。
CIE对近场条件下的 LED 测量，有两个推荐的标准条件： CIE标准条件 A 和 B。两个条件
都要求所用的探测器有一个面积为 1cm2 的圆入射孔径， LED面向探测器放置， 并且保证 LED
的机械轴通过探测器的孔径中心。本实验中使用的是亮度比较低的 LED，所以使用条件 B，
使 LED顶端到探测器的距离为 100mm 。
（3） 发光效率
光源发出的光通量除以所消耗的功率（单位是
lm/w ）。它是衡量光源节能的重要指标。
其计算关系式定义为 :
V
V
其中 I F ， VF 分别是发光二极管的正向电流和正向电压。
IFVF
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（4） V－I 特性
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由于在耗尽层中的载流子复合有一定的几率， 在正向电压小于阈值电压时， 耗尽层中的
载流子很少，复合几率也比较低，正向电流极小，