1、摘要.1關鍵詞.2一 引言.2二 實驗原理.32.1 發光二極管的基本工作原理.32.2 伏安特性.5三 實驗部分.63.1 實驗裝置.63.2 實驗內容.63.2.1 發光二極管伏安特性的測量.73.2.2. 開啟電壓法測波長由開啟電壓.73.2.3 注意事項.83.3 實驗數據記錄與處理.83.4 實驗結論.14四 結束語.15五 實驗心得.16參考文獻.17致謝.18摘要摘要本文主要測量紅光，白光，藍光，綠光和黃光五種發光二極管的正向伏安特性可使我們深入理解發光二極管的發光原理、特性及其測量方法。通常以電壓為橫坐標、電流為縱坐標，畫出該元件電流和電壓的關系曲線，稱為該元件的伏安特性曲線。

2、AbstractAbstractIn this paper, measure the red, white, blue, green and yellow, five light-emitting diode forward voltage characteristics allows us to understand the light-emitting diode light-emitting principle, characteristics and measurement methods. Usually abscissa voltage, current vertical axis

3、, draw the curve of the components of current and voltage, known as the volt-ampere characteristic curve of the component.關鍵詞關鍵詞發光二極管 伏安特性 電流源法KeywordKeywordLight-emitting diodes Volt-ampere characteristic Current source method一一 引言引言發光二極管（）是基于注入式電致發光原理制成的,發光二極管和白熾燈相比,具有工作電壓低、功耗小、體積小、重量輕、小型化、易于和集成電路

4、相匹配、驅動簡單、壽命長、耐沖擊、性能穩定、響應速度快、單色性較好、價格便宜等一系列優點,因此在很多領域,它都可獲得廣泛應用。它的應用涉及很多領域，從日常照明到尖端科技都有應用。隨著應用范圍的擴大,研究發光二極管的特性也變得越來越重要,本實驗中,主要測量紅光，白光，藍光，綠光和黃光五種發光二極管的正向伏安特性。二二 實驗原理實驗原理2.12.1 發光二極管的基本工作原理發光二極管的基本工作原理發光二極管是由2族化合物半導體制成的,其核心為 PN 結,由固體物理理論知,當 P 型半導體和 N 型半導體緊貼時(實際是在一塊半導體的不同區域分別摻以受主型和施主型雜質所形成的)由于 P 區和 N 區各

5、自有不同的費米能級因此, P 區與 N 區剛接觸時必處于一非平衡狀態如圖 1 所示。此時,在 P 區和 N 區界面兩側附近空間的載流子各自向對方擴散,電子與空穴的擴散均破壞結兩邊的電中性,從而使 N 區邊界出現由正離子與空穴形成的正電荷積累,在 P 區邊界出現由負離子與電子形成的負電荷積累,結兩邊的異號電荷形成由 N 區指向 P 區的內建電場 UD,內建電場對載流子的庫侖力的作用阻止了擴散的進行,當擴散作用形成的由 P 區指向 N 區的擴散電流與電場形成的反向漂移電流相等時, PN 結處于平衡態,P 區與 N 區的費米能級重合,即 PN 結具有統一的費米能級 EF 如圖 2 所示。當在 PN

6、結施加正向偏壓時,外加電壓 U 將抵消和減弱內建電場,此時多數載流子將容易通過 PN 結進入對方區域而成為少數載流子,當進入 P 區的電子與 P 區的空穴復合,進入 N 區的空穴和 N 區的電子復合時,將以發光的形式輻射出多余的能量。電子和空穴的復合可在不同能級間進行,視材料能級不同,相應地發出不同波長的光如圖 3 所示。圖 1P 區、N 區能帶圖圖 2PN 結平衡能帶圖圖 3PN 結電致發光原理圖2.22.2 伏安特性伏安特性根據歐姆定律，電阻 R、電壓 U、電流 I,有如下關系： RU I （1）由電壓表和電流表的示值 U 和 I 計算可得到待測元件 Rx 的阻值。但非線性元件的 R 是一

7、個變量，因此分析它的阻值必須指出其工作電壓（或電流） 。非線性元件的電阻有兩種方法表示，一種稱為靜態電阻（或稱為直流電阻） ，用DR表示；另一種稱為動態電阻用Dr表示，它等于工作點附近的電壓改變量與電流改變量之比。動態電阻可通過伏安曲線求出，如圖 4 所示，圖中 Q 點的靜態電阻DQQRUI,動態電阻DrdU dI。 圖 4 非線性元件的伏安特性曲線測量伏安特性時，受電壓表、電流表內阻接入影響會引入一定的系統誤差，由于數字式電壓表內阻很高、數字式電流表內阻很小 ，在測量低、中值電阻時引入系統誤差很小，一般可忽略不計三三 實驗部分實驗部分3.13.1 實驗裝置實驗裝置1.發光二級管：紅光，白光，

8、藍光，綠光，黃光2.電源與儀表：直流恒流電源（02mA，020mA） ，數字萬用表（2 只）3.導線3.23.2 實驗內容實驗內容3.2.13.2.1 發光二極管伏安特性的測量發光二極管伏安特性的測量測量電路如圖 5 所示，即采用恒流源法。發光二極管最大正向電流 I=3V，實驗點不少于 15 個。根據伏安特性曲線和實驗中的觀察找到開啟電壓，并計算 5個發光二極管發出光的波長。 （詳細見 3.2.2）圖 5.伏安特性測量電路3.2.2.3.2.2. 開啟電壓法測波長由開啟電壓開啟電壓法測波長由開啟電壓及關系式，(/)（其中為普朗克常數，是光在空氣中光速，近似為真空中光速。 ） ，有發射的光波的波

9、長為= hc/eU （2）開啟電壓可以由圖 6 中的直線與橫軸的交點給出.圖 6.發光二極管正向伏安特性曲線（例圖）3.2.33.2.3 注意事項注意事項在接線的過程中，注意不要將各個元件的正負向接反。由于本實驗需要連接線較多，在實驗中應注意正確連接線路，且在使用時不可用力過猛。接線時,開關要處于開的狀態。測量時，電壓和電流從最小開始，實驗點應均勻分布在實驗曲線上。3.33.3 實驗數據記錄與處理實驗數據記錄與處理黃光發光二極管 黃光二極管的伏安特性曲線02468101214160.001.002.003.00電壓(v)電流(mA)系列 1由圖可以看出，開啟電壓為 1.85V,由：eU hc/

10、 可得 hc/ eU 帶入數據得585nm電壓（V)電流（mA）1.76 0.4024 1.55 0.00241.77 0.50241.63 0.01241.77 0.60241.66 0.02241.78 0.70241.67 0.03241.79 0.80241.68 0.04241.79 0.90241.69 0.05241.80 1.00241.69 0.06241.84 3.0241.70 0.07241.88 5.0241.70 0.08241.90 7.0241.71 0.09241.92 9.0241.71 0.10241.93 11.0241.74 0.20241.95 13

11、.0241.75 0.30241.96 15.024綠光發光二極管綠光二極管的伏安特性曲線圖0.00002.00004.00006.00008.000010.000012.000014.000016.00000123電壓(v)電流(mA)系列1 由圖知，開啟電壓為 2.25V,由 eU hc/ 可得 hc/ eU 帶入數據得 525nm電壓（V)電流（mA）2.220.5020 1.670.0020 2.240.6020 2.010.0320 2.250.7020 2.030.0420 2.260.8020 2.050.0520 2.270.9020 2.070.0620 2.281.002

12、2.080.0720 2.40 3.000 2.090.0820 2.485.002 2.10.0920 2.547.002 2.110.1020 2.60 9.002 2.150.2020 2.6511.002 2.180.0320 2.6913.002 2.210.4020 2.7315.002 藍光發光二極管藍光的二極管伏安特性曲線圖02468101214160.001.002.003.004.00電壓(v)電流(mA)系列1由圖知，開啟電壓為 2.55V,由 eU hc/ 可得 hc/ eU 帶入數據得 470nm電壓（V)電流（mA）2.39 0.40151.48 0.00152.4

13、3 0.50151.80 0.01152.46 0.60151.90 0.02152.49 0.70151.96 0.03152.51 0.80152.01 0.04152.54 0.90152.05 0.05152.56 1.00152.08 0.06152.62 3.0012.13 0.07152.70 5.0012.16 0.08152.77 7.0012.19 0.09152.82 9.0012.22 0.10152.87 11.0112.33 0.20152.96 13.0012.36 0.30153.01 15.001紅光發光二極管紅光的二極管伏安特性曲線0246810121416

14、0.001.002.003.00電壓(V)電流(mA)系列1 由圖知，開啟電壓為 1.70V,由 eU hc/ 可得 hc/ eU 帶入數據得 625nm電壓（V)電流（mA）1.72 0.40151.42 0.00151.73 0.50151.54 0.01151.74 0.60151.57 0.02151.75 0.70151.59 0.03151.76 0.80151.60 0.04151.76 0.90151.61 0.05151.77 1.0021.62 0.06151.84 3.0021.63 0.07151.88 5.0021.64 0.08151.92 7.0021.64 0.

15、09151.94 9.0021.65 0.10151.96 11.0021.68 0.20151.98 13.0021.70 0.30151.99 15.002白光發光二極管白光的二極管伏安特性曲線0.002.004.006.008.0010.0012.0014.0016.0001234電壓(V)電流(mA)系列1 由圖知，開啟電壓為 2.50V,由 eU hc/ 可得 hc/ eU 帶入數據得510nm，即為可見光的各色波長平均值電壓（V)電流（mA）2.720.60 2.230.00 2.730.70 2.490.02 2.740.80 2.530.04 2.750.90 2.560.06

16、 2.761.00 2.580.08 2.873.00 2.590.10 2.935.00 2.640.20 2.977.00 2.660.30 39.00 2.690.40 3.0211.00 2.710.50 3.0513.00 3.0715.00 3.43.4 實驗結論實驗結論當加在發光二級管兩端的電壓小于開啟電壓時，發光二極管不會發光，也沒有電流通過；當加在發光二極管兩端的電壓大于開啟電壓時，電流急劇上升，二極管處于導通狀態并發光，此時電流與電壓呈線性關系。二極管具有單向導電性 ，且反響電流很小，其值與反向電壓近似無關。四四 結束語結束語本實驗研究了發光二極管的伏安特性，由于發光二極管

17、具有很好的指向性,因此可以用作局部照明光源用,如小型臺燈,小型手電筒,且因為發光二極管正常工作時所需電壓 24 V,電流僅 20mA 左右,因此其消耗的功率極小。一般,運用 3 節 1. 5 V 干電池, 6 個白色發蘭的發光二極管并聯,使用時間可長達 10 萬小時。因此,如果將辦公大樓的日光燈,夜晚的路燈,風景照明燈,交通紅綠燈皆用發光二極管代替,每年可以為我國節省幾億千瓦的電能,因此發光二極管具有良好的應用前景。發光二極管的改進和發展:近幾年,出現了一種新型發光二極管叫做有機發光二極管(Organic LightEmittingDiode 簡稱 OLED)。這項新技術在一定程度上克服了顯像管和液晶的不足,并開始在消費電子產品中嶄露頭角,為手機、PDA(個人數字助手)以及其他很多電子產品帶導體材料、有機光電子材料的特殊性質,屬于目前引人矚目的有機電子學、塑料電子學領域。美國科學家艾倫 2 里格,艾倫2 馬克迪米德和日本科學家白川英樹等三人因在該領域的突出貢獻,獲得了 2000年諾貝爾化學獎。該實驗有利于激發我們進行研究性實驗的興趣,提高探索科學的熱情和好奇心.在探索性實驗的學習過程中,我們可得到更深層次和更廣泛的能力訓練,實