发光二极管的伏安特性

发光二极管工作电压和电流发光二极管，也称LED（Light Emitting Diode），是一种电子元件，能将电能转化为光能，实现可见光的发射。

发光二极管的工作电压和电流是影响其发射光强和发射颜色的重要参数。

一、发光二极管的基本结构和原理发光二极管的基本结构是由n型半导体和p型半导体材料构成，两种材料接触区域构成p-n结。

在外加正向电压作用下，载流子在p区域中汇合，产生正电荷和负电荷的复合过程中释放出能量，此能量被吸收，使材料中的原子进入激发态，随即从激发态跃迁回到基态时，释放出光子能量，即发出光线。

二、工作电压发光二极管的工作电压是指在正向导通时所需的最小电压值。

对于不同颜色的LED，其工作电压是不同的。

例如，红外线LED的工作电压很低，大约只有1.2V左右，而红色LED的工作电压约为1.65V，黄色LED约为2.2V，绿色LED约为2.6V，蓝色LED约为3.6V，白色LED约为3.3V。

发光二极管的工作电压是由其结构和材料的物理特性决定的。

简单来说，较高工作电压的LED结构相对较厚，材料间的距离较远，需要较高的电压才能使载流子穿过p-n结并产生光子发射。

因此，随着LED结构和材料的不同，工作电压也会有所差异。

三、工作电流发光二极管的工作电流是指在正向导通时流经LED的电流值，其大小直接影响其发射光强的大小。

LED的最大工作电流不应超过其额定电流值，否则可能引起热失控或烧毁。

发光二极管的工作电流取决于应用场景和设计要求。

一般来说，LED的额定工作电流与其发光强度成正比。

在一定范围内提高工作电流可以增加LED的发光强度，但是过高的电流会导致LED温度升高，从而降低其寿命和稳定性。

此外，发光二极管的发光效率和工作电流也有一定的关系，一定电流下，发光效率较高的LED发光强度也会较高。

四、总结发光二极管的工作电压和电流是决定其工作效能和发光强度的重要参数。

不同颜色和结构的LED具有不同的工作电压和工作电流值。

摘要 (2)关键词 (2)一引言 (3)二实验原理 (4)2.1发光二极管的基本工作原理 (4)2.2伏安特性 (5)三实验部分 (7)3.1实验装置 (7)3.2实验内容 (7)3.2.1发光二极管伏安特性的测量 (7)3.2.2. 开启电压法测波长由开启电压 (7)3.2.3注意事项 (8)3.3实验数据记录与处理 (8)3.4实验结论 (14)四结束语 (15)五实验心得 (16)参考文献 (17)致谢 (18)摘要本文主要测量红光，白光，蓝光，绿光和黄光五种发光二极管的正向伏安特性可使我们深入理解发光二极管的发光原理、特性及其测量方法。

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。

AbstractIn 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, draw the curve of the components of current and voltage, known as the volt-ampere characteristic curve of the component.关键词发光二极管伏安特性电流源法KeywordLight-emitting diodes Volt-ampere characteristic Current source method一引言发光二极管（ＬＥＤ）是基于注入式电致发光原理制成的,发光二极管和白炽灯相比,具有工作电压低、功耗小、体积小、重量轻、小型化、易于和集成电路相匹配、驱动简单、寿命长、耐冲击、性能稳定、响应速度快、单色性较好、价格便宜等一系列优点,因此在很多领域,它都可获得广泛应用。

基于LED各个应用领域的实际需求，LED的测试需要包含多方面的内容，包括：电特性、光特性、开关特性、颜色特性、热学特性、可靠性等。

1、电特性LED是一个由半导体无机材料构成的单极性PN结二极管，它是半导体PN结二极管中的一种，其电压-电流之间的关系称为伏安特性。

由图1可知，LED电特性参数包括正向电流、正向电压、反向电流和反向电压，LED必须在合适的电流电压驱动下才能正常工作。

通过LED电特性的测试可以获得LED的最大允许正向电压、正向电流及反向电压、电流，此外也可以测定LED的最佳工作电功率。

图 1 LED伏安特性曲线LED电特性的测试一般利用相应的恒流恒压源供电下利用电压电流表进行测试。

2、光特性类似于其它光源，LED光特性的测试主要包括光通量和发光效率、辐射通量和辐射效率、光强和光强分布特性和光谱参数等。

（1）光通量和光效有两种方法可以用于光通量的测试，积分球法和变角光度计法。

变角光度计法是测试光通量的最精确的方法，但是由于其耗时较长，所以一般采用积分球法测试光通量。

如图2所示，现有的积分球法测LED光通量中有两种测试结构，一种是将被测LED放置在球心，另外一种是放在球壁。

_h:^E8(_ d图 2 积分球法测LED光通量此外，由于积分球法测试光通量时光源对光的自吸收会对测试结果造成影响，因此，往往引入辅助灯，如图3所示。

图3 辅助灯法消除自吸收影响在测得光通量之后，配合电参数测试仪可以测得LED的发光效率。

而辐射通量和辐射效率的测试方法类似于光通量和发光效率的测试。

（2）光强和光强分布特性图4 LED光强测试中的问题如图4所示，点光源光强在空间各方向均匀分布，在不同距离处用不同接收孔径的探测器接收得到的测试结果都不会改变，但是LED由于其光强分布的不一致使得测试结果随测试距离和探测器孔径变化。

因此，CIE-127提出了两种推荐测试条件使得各个LED在同一条件下进行光强测试与评价，目前CIE-127条件已经被各LED制造商和检测机构引用。

发光二极管的伏安特曲线发光二极管（LED）是一种半导体器件，其伏安特（V-I）曲线是描述其电流与电压之间关系的曲线。

由于LED的特殊结构和材料，它的V-I曲线具有许多独特的特征。

本文将介绍发光二极管的V-I曲线、其特点以及如何使用它。

1. 发光二极管的基本结构和原理一个标准的LED由一个n型半导体和一个p型半导体组成。

其中n型半导体中的电子和p型半导体中的空穴在结界面处相遇并结合成激子（复合电子或复合空穴）。

这种复合释放出能量，一部分通过声子散射转化为热能，另一部分则以光子形式辐射出来，从而实现发光。

电流在LED中的流动通过注入电子和空穴实现，n型半导体中自由电子的密度比p型半导体中的空穴密度高，当在两个半导体之间加上外电压时，电子和空穴将被注入LED中，并在结界面处发生复合。

在LED正向偏压下，大量的电子与空穴在结界面内相遇，形成复合激子，并进一步形成光子并导致LED的发光。

LED的V-I曲线具有许多独特的特征。

下面是一些可能与LED V-I曲线有关的特点：（1）具有正向启动电压在LED正向偏置时，必须达到一定的电压才能促使电子和空穴结合，并产生光子。

这个电压被称为LED的正向启动电压。

通常，正向启动电压在1.8V到3.0V之间，并且取决于LED的颜色和材料。

（2）电流的线性响应一般情况下，LED的V-I曲线是近似于线性的。

这意味着，LED的电流响应近似于输入电压或电流，因此可以将LED视为一个具有线性响应的电阻。

（3）具有温度依赖性LED的发光效率和正向启动电压通常随温度升高而下降。

这是因为随着温度升高，复合激子和电子空穴的散射强烈程度增加，从而减少能够发射出光子的数量。

（4）有反向电导当电压增加到LED负向偏置时，反向电流是非常小的，通常在几毫安以下。

但是，当反向偏压接近LED的破坏电压时，反向电流会急剧增加，这可能会导致LED破坏。

3. 使用发光二极管的V-I曲线LED的V-I曲线是非常有用的，可用于设计和控制电路中的LED。

1．发光二极管特点发光二极管LED（Light-Emitting Diode）是能将电信号转换成光信号结型电致发光半导体器件。

其关键特点是：（1）在低电压（1.5～2.5V）、小电流(5～30mA)条件下工作，即可取得足够高亮度。

（2）发光响应速度快（10-7～10-9 s），高频特征好，能显示脉冲信息。

（3）单色性好，常见颜色有红、绿、黄、橙等。

（4）体积小。

发光面形状分圆形、长方形、异形（三角形等）。

其中圆形管子外径有φ1、φ2、φ3、φ4、φ5、φ8、φ10、φ12、φ15、φ20（mm）等规格，直径1 mm属于超微型LED。

（5）防震动及抗冲击穿性能好，功耗低，寿命长。

因为LEDPN结工作在正向导通状态，本射功耗低，只要加必需限流方法，即可长久使用，寿命在10万小时以上，甚至可达100万小时。

（6）使用灵活，依据需要可制成数码管、字符管、电平显示器、点阵显示器、固体发光板、LED平极型电视屏等。

（7）轻易和数字集成电路匹配。

2．发光二极管原理发光二极管内部是含有发光特征PN结。

当PN结导通时，依靠少数载流子注入和随即复合而辐射发光。

一般发光二极管外形、符号及伏安特性图1所表示。

LED正向伏安特征曲线比较陡，在正向导通之前几乎有电流。

当电压超出开启电压时，电流就急剧上升。

所以，LED属于电流控制型半导体器件，其发光亮度L（单位cd/m2，读作坎[德拉]每平方米）和正向电流IF近似成正双，有公式L =K IFm式中，K为百分比系数，在小电流范围内（IF=1～10mA），m=1.3～1.5。

当IF＞10mA时，m=1，式（5.10.1）简化成L =K IF即亮度和正向电流成正比。

以磷砷化镓黄色LED为例，相对发光强度和正向电流关系图2所表示。

LED正向电压则和正向电流和管芯半导体材料相关。

使用时应依据所要求显示亮度来选择适宜IF值（通常选10mA左右，对于高亮度LED可选1～2mA），既确保亮度适中，也不会损坏LED。

发光二极管的技术参数
一、亮度
发光二极管（LED）的亮度是指在特定电流下，单位面积上光通量的大小。

亮度常用单位是cd/m²（坎德拉每平方米）。

亮度与LED 的发光面积、发光强度和散热情况等因素有关。

二、色温
发光二极管的色温是指其发光颜色的暖度（色调），常用单位是开尔文（K）。

色温越高，光越偏蓝，反之越偏黄。

常见的白光LED的色温为3000K-7000K。

对于不同应用场景，选择合适的色温非常重要。

三、电流与电压
发光二极管通常需要驱动电路来提供恰当的电流和电压。

电流的大小影响发光二极管的亮度和寿命，而电压的大小则取决于其发光二极管颜色和封装方式等因素。

例如，红色LED的典型电压范围为1.8V-2.2V，而蓝色和绿色LED的典型电压范围则为2.8V-3.6V，需要根据具体情况进行选择。

四、寿命
发光二极管的寿命指的是其在特定工作环境下的使用寿命，一般来说为2-10万个小时。

寿命与LED的结构、封装、散热、工作温度等因素有关。

在使用过程中，要注意散热，避免过高温度对其寿命造成影响。

以上是发光二极管常见的一些参数，掌握这些参数对于应用领域的选择和设计非常重要。

发光二极管作为一种高效、节能、环保的光
源，被广泛应用于照明、显示、信号指示等领域。

发光二极管主要参数与特性LED 是利用化合物材料制成pn 结的光电器件。

它具备pn 结结型器 件的电学特性：I-V 特性、C-V 特性和光学特性：光谱响应特性、发 光光强指向特性、时间特性以及热学特性。

1、LED电学特性而形成势垒电场，此时R 很大；开启电压对于不同LED 其值不同， GaAs 为 1V ，红色 GaAsP 为 1.2V , GaP 为 1.8V , GaN 为 2.5V 。

(2) 正向工作区：电流I F 与外加电压呈指数关系I F = I S (e qv F/KT -) ------------------------------ 1 s 为反向饱和电流 。

V >0时，V > V F 的正向工作区I F 随V F 指数上升 I F = I s e qVF/KT (3) 反向死区：V v 0时pn 结加反偏压V= - V R 时，反向漏电流 |R (V 二-5V )时，GaP 为 0V , GaN 为 10uA 。

(4) 反向击穿区 V v - V R , V R 称为反向击穿电压；V R 电压对应I R 为反向漏电流。

当反向偏压一直增加使 V V - V R 时，贝y 出现I R 突 然增加而出现击穿现象。

由于所用化合物材料种类不同，各种LED 的反向击穿电压V R 也不同。

1.2 C-V 特性鉴于 LED 的芯片有 9 X 9mil (250 X 250um) , 10X 10mil , 11 X 11mil (280 X 280um) , 12 X 12mil1.1 I-V 特性 表征LED 芯片pn 结制备性能主要参数。

LED 的I-V 特性具有非线性、整流性质：单向导电性，即外加正偏压表现低接触 电阻，反之为高接触电阻。

如左图：⑴正向死区：(图oa 或oa'段) a 点对于V o 为开启电 压，当V v Va ,外加电 场尚克服 不少因载 流子扩散V R击 反向死区 穿_---------- 区工作区VFVI-V 特性曲线C0 -C 0(300 X 300um)，故 pn 结面积大 小不一，使其结电容(零偏压) c ~n+pf 左右。

北京师范大学物理实验教学中心普通物理实验室·基础物理实验要求发光二极管的伏安特性实验仪器发光二极管（红绿蓝三色），直流稳压电源，数字万用表，伏特表，安培表，电阻箱，开关，导线若干，信号发生器实验内容一．二极管极性的判断:使用数字万用表二极管专用检测端粗测发光二极管（三个二极管都要测量），判断管子的正负极，并记录判断结果。

如果无法判断，暂时按照红色接头为正极进行下一步实验。

二．测量红色发光二极管的伏安特性:1． 按照预习要求设计连接电路（判断内接还是外接），稳压电源输出先设为0V ，限流电阻R =100Ω，开关先不要合上，待老师检查后再继续。

注意：发光二极管正向开启后电阻只有几欧，安培表内阻几欧，伏特表内阻几千欧2． 合上开关，缓慢调节稳压电源输出到3.0V 。

如果仍然不发光，改变二极管的连接方向再测。

如果测得发光二极管的电压0=F U V 或者3=F U V ，二极管仍然不发光，可能已经损坏，请联系老师判断。

3． 缓慢滑动滑线变阻器，使安培表的示数从0增加到20m A ，观察伏特表的变化范围，确定并选择电表量程。

注意：整个测量过程中不要换挡。

4． 固定限流电阻R =100Ω不变，改变稳压电源输出（0~3V 左右，以正向导通电流0~20mA为准可适当调整），记录二极管两端电压和正向导通电流，得到伏安特性曲线。

要求：不少于20个测量点，拐点处多测几个！三．测量绿色和蓝色发光二极管的伏安特性:方法同二。

四. 测量安培表和伏特表的内阻（对应使用的量程，断开电路测）五．（选做）设计一个简单的红绿交通灯先设计电路，待老师检查无误后再合上开关观察实验效果，并尝试改变红、绿灯的时间。

注意事项1、 电流不得超过20mA ，如果电压达到3V 二极管仍不发光，检查是否正负极接反！2、 二极管避免点亮过长时间，以免温度升高，影响测量结果。

3、 发光二极管的极性（未能判断的暂以红黑接头为依据）与电源的输出极性要一致。

（完整版）发光二极管及热敏电阻的伏安特性研究非线性电阻特性研究(一)【实验目的】（1）了解并掌握基本电学仪器的使用。

（2）学习电学实验规程，掌握回路接线方法。

（3）学习测量条件的选择及系统误差的修正。

（4）探究发光二极管和热敏电阻在常温下的伏安特性曲线。

【实验仪器】发光二极管（BT102）热敏电阻（根据实验室情况选择）滑动变阻器（0~100 Ω）定值电阻（400Ω）毫安表（0~50mA）微安表(0~50μA) 电压表（0~3v 0~6v）电源（10v）导线等【实验原理】（1）当一个元件两端加上电压，元件内有电流通过时，电压与电流之比称为该元件的电阻R（R=U/I）。

若一个元件两端的电压与通过它的电流成比例，则伏安特性曲线为一条直线，这类元件称为线性元件。

若元件两端的电压与通过它的电流不成比例，则伏安特性曲线不再是直线，而是一条曲线，这类元件称为非线性元件。

一般金属导体的电阻是线性电阻，它与外加电压的大小和方向无关，其伏安特性是一条直线（见图b）。

从图上看出，直线通过一、三象限。

它表明，当调换电阻两端电压的极性时，电流也换向，而电阻始终为一定值，等于直线斜率的倒数。

常用的晶体二极管是非线性电阻，其电阻值不仅与外加电压的大小有关，而且还与方向有关。

LED是英文light emitting diode（发光二极管）的缩写，它属于固态光源，其基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用（如图一）。

常规的发光二极管芯片的结构如图二所示，主要分为衬底，外延层（图2中的N型氮化镓，铝镓铟磷有源区和P型氮化镓），透明接触层，P型与N型电极、钝化层几部分。

图3 发光二极管的工作原理n p电场eΔVpnnpδhνhν⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕○－○－○－○－○－○－○－○－○－○－○－○－○－○－⊕⊕⊕＋＋＋－－－（a）（b）（c）电子的电势能电子的势能δ’发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。

摘要 (2)关键词 (2)一引言 (3)二实验原理 (4)2.1发光二极管的基本工作原理 (4)2.2伏安特性 (5)三实验部分 (7)3.1实验装置 (7)3.2实验内容 (7)3.2.1发光二极管伏安特性的测量 (7)3.2.2. 开启电压法测波长由开启电压 (7)3.2.3注意事项 (8)3.3实验数据记录与处理 (8)3.4实验结论 (14)四结束语 (15)五实验心得 (16)参考文献 (17)致谢 (18)摘要本文主要测量红光，白光，蓝光，绿光和黄光五种发光二极管的正向伏安特性可使我们深入理解发光二极管的发光原理、特性及其测量方法。

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。

AbstractIn 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, draw the curve of the components of current and voltage, known as the volt-ampere characteristic curve of the component.关键词发光二极管伏安特性电流源法KeywordLight-emitting diodes Volt-ampere characteristic Current source method一引言发光二极管（ＬＥＤ）是基于注入式电致发光原理制成的,发光二极管和白炽灯相比,具有工作电压低、功耗小、体积小、重量轻、小型化、易于和集成电路相匹配、驱动简单、寿命长、耐冲击、性能稳定、响应速度快、单色性较好、价格便宜等一系列优点,因此在很多领域,它都可获得广泛应用。

【实验题目】发光二极管的伏安特性【实验记录】1．实验仪器2．绿色发光二极管正向伏安特性测量数据记录表3．绿色发光二极管正向伏安特性测量数据记录表4．蓝色发光二极管正向伏安特性测量数据记录表5．电表内阻测量：AR = Ω（30mA ） V R = 6000Ω（6V ）【数据处理】在同一坐标系中作出红、绿、蓝发光二极管的伏安特性曲线。

对比红、绿、蓝三种发光二极管的伏安特性曲线，定性判断其导通电压的大小。

发光二极管的伏安特性曲线导通电压：U红= U绿= U蓝=【总结与讨论】由实验和二极管的伏安特性曲线图可知，开始时，发光二极管的电流随着电压的增大没有明显变化，发光二极管也不发光。

直到电压大于某个值，即导通电压后，电流随电压的变化呈线性增加。

对比三种发光二极管可发现红色发光二极管的导通电压最大，增长最快。

绿光和蓝光二极管的导通电压大小接近,但绿色发光二级管的导通电压微小于蓝色发光二级管的导通电压。

【复习思考题】发光二极管有哪些应用试举一两例并介绍其工作原理。

答：发光二极管具有耗能低，体积小寿命长等优点。

LED被广泛用于种电子仪器和电子设备中，可作为电源指示灯、电平指示或微光源之用。

红外发光管常被用于电视机、录像机等的遥控器中。

(1)利用高亮度或超高亮度发光二极管制作微型手电的电路如图所示。

图中电阻R限流电阻，其值应保证电源电压最高时应使LED的电流小于最大允许电流IFm。

(2)单LED电平指示电路。

在放大器、振荡器或脉冲数字电路的输出端，可用LED表示输出信号是否正常，如图所示。

R为限流电阻。

只有当输出电压大于LED的阈值电压时，LED才可能发光。

(3)单LED可充作低压稳压管用。

由于LED正向导通后，电流随电压变化非常快，具有普通稳压管稳压特性。

发光二极管的稳定电压在～3V间，应根据需要进行选择VF，如图所示。

报告成绩（满分30分）：指导教师签名：日期：。

发光二极管主要参数与特性LED 是利用化合物材料制成pn 结的光电器件。

它具备pn 结结型器件的电学特性：I-V 特性、C-V 特性和光学特性：光谱响应特性、发光光强指向特性、时间特性以及热学特性。

1、LED 电学特性1.1 I-V 特性 表征LED 芯片pn 结制备性能主要参数。

LED 的I-V 特性具有非线性、整流性质：单向导电性，即外加正偏压表现低接触电阻，反之为高接触电阻。

如左图：(1) 正向死区：（图oa 或oa ′段）a 点对于V 0为开启电压，当V ＜Va ，外加电场尚克服不少因载流子扩散而形成势垒电场，此时R 很大；开启电压对于不同LED 其值不同，GaAs 为1V ，红色GaAsP 为1.2V ，GaP 为1.8V ，GaN 为2.5V 。

（2）正向工作区：电流I F 与外加电压呈指数关系I F = I S (e qV F /KT–1) -------------------------I S 为反向饱和电流 。

V ＞0时，V ＞V F 的正向工作区I F 随V F 指数上升 I F = I S e qV F /KT（3）反向死区 ：V ＜0时pn 结加反偏压 V= - V R 时，反向漏电流I R （V= -5V ）时，GaP 为0V ，GaN 为10uA 。

（4）反向击穿区 V ＜- V R ，V R 称为反向击穿电压；V R 电压对应I R为反向漏电流。

当反向偏压一直增加使V ＜- V R 时，则出现I R 突然增加而出现击穿现象。

由于所用化合物材料种类不同，各种LED 的反向击穿电压V R 也不同。

1.2 C-V 特性鉴于LED 的芯片有9×9mil (250×250um)，10×10mil ，11×11mil (280×280um)，12×12mil(300×300um)，故pn 结面积大小不一，使其结电容（零偏压）C ≈n+pf 左右。