LED电容的测量
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参数。实质上是图 5中流经 C 和 RM 的两股测量电 流之比。当暗态时, 流经 C 的电流大; 亮态时, 流经 RM 的电流大。当 LED 点亮时, D 1, 意味着:
R b = RM !
1 ∀C
( 6)
仪器对此已不能测量, 因为电容测量仪一般规定 D <
1。当 LED 点亮时, 损耗因数 D 急剧上升, 故 RM 即 Rb 变得很小。
2 2 举例说明 LED亮态电容无法测量的理由
现以图 4( a) 为例, 阐述 LED 亮态电容无法测量
的理由。 由图 4( a) , 取 LED 电容的测试频率为 1 # 104H z,
其暗态电容为 0 365pF, 即 0 365 # 10- 12 F。则 LED 处
于暗态时, 因为 RM 很大, 故 LED 的等效容抗为:
发生泄漏 ( 电容性泄漏 ) , 亦即部分测量电流被分流 掉了, 其分流量与电容值呈正比。
1 LED 暗态电容的测量方法
1 1 测量原理 [ 2]
测量电容实质上是 测量导纳, 导纳 Y 的倒数又
称阻抗:
Y= j C
( 1)
= 2f
( 2)
式中, 为圆频率; f 为测量频率; C 为电容。
由于频率 f 是人为设定的, 所以只要测出了导纳 Y, 即测出了相应的电压和电流, 就能得出电容 C。
态电容又比 5mm 蓝 光管大 20 倍左右, 之所 以与
5mm 蓝光管相比是因为两者均属蓝光, 其峰值波长
均在 460nm 左右, 故具有可比性。需要特别指出的
是, 表 1所列的值仅仅是用任意找到的管子进行测量 的结果。此前的测量结果表明, 同类管子之间的暗态
电容之值能相差 3~ 4个数量级。例如同是 5mm 的
光强较大的白光管, 其 暗态电容的值为 146 5pF, 比
表 1第一行的值大 400倍。一般地说, 测量频率是独
立于暗态电容的。
1 5 对测量结果的分析
由图 4不难看出, LED 暗态电容随测量频率的增
加而单调减少。另外, 在上述频率范围内, LED 暗态
的量值仍呈现出微小的不规则波动, 原因是被测元件
由中国光学光电子行业协会光电器件分会颁布 的 发光二极管测试方法 ( 试行稿 ) 中的 3 6项 [ 1] , 是 LED总电 容的测量 方法。它 只提到在 规定频 率 下, LED 两端的电容测量, 而没有具体确定测量频率 值。本文试图通过实验的方法, 找出 LED 电容测量 的最佳频率范围。对发光二极管而言, 电容主要是会
测试结果见图 4所示。横轴是测试频率, 用对数 坐标表示。纵轴是暗态电容, 用笛卡尔坐标表示。先 看图 4( a) , 在 5 ~ 20kH z的测量频率内, 普通 5mm 白光管子的暗态电容值基本保持不变, 即在 0 365pF
图 4 3只 LED暗态电容的测量结果
上下小幅度变化。图 4( b) 是普通 5mm 蓝光管子的 暗态电容, 在测 试频率为 7~ 21kH z的测 量频率内, 暗态电容值基本保持不变, 即在 0 069pF 上下小幅度 变化。图 4( c) 是 GaN 基功率型蓝光 LED。在 11~ 25kH z的范 围内, 暗 态电 容 值基 本 保持 不 变, 即在 1 325pF上下小幅度变化。通过一定数量的测量, 有 效测量频率取为 11~ 20kH z是 LED电容测试的理想 频率范围。实验表明, 当频率选得不妥时, 暗态电容 的值能相差 35% 之多。 1 4 2 3只 LED 的暗态电容
本身固有的感抗、容抗和阻抗的综合作用对不同的测
量频率反应不同。
2 LED 亮态电容无法测量的理由 [ 5]
2 1 LED 结构的等效电路 如图 5所示, L0 和 R 0 表示 LED 引脚线固有的电
吕 正 等: LED 电容的测量
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感和电阻, C S 是引脚间寄生电容, 会随着两条引脚线 间的相对位置而变化。它们会轻微地影响 LED 的频 率响应, 即延迟 LED的开关时间。需要特别指出的 是, 等效电容 C 不随 LED的开关而变化, 其容抗却随 着测量频率的大小而变化, 等效电阻 RM 也强烈地依 赖于 LED 的开关状态, 故分别用 R b 和 Rd 代替 RM 表 示 LED开和关的示值, 分别称亮态电阻和暗态电阻。
为了更明晰起见, 下表列出 了 5mm, 工作电流 为 20mA 的蓝光管和白光管, 以及 GaN 基功率型蓝 色 LED的电容值。为简明起见, 测量频率的间距较 大, 略去了许多中间数据。
表 1 3种 LED 的暗态电容 ( pF, # 10- 3 )
测量频率 ( H z)
5k 6k 8k 10k 15k 20 k
四端对导纳一般用于最精密的测量, 常用比例极 ( 3) 为准确的电桥进行比较测量, 图 3是上述仪器的测量
U10∀
∀
式中, U20 = 0是指电压低端电位必须为零; I 1 =
桥路, 图中
为阻抗, 即导纳的倒数。
∀
∀
∀
I 1 !或 I 2 = I 2 !是指四端 对导纳的四条 同轴引线 的
心、皮电流应大小相等、方向相反, 以保证无定向性;
但 Y 只是理想参数, 因为不可能 进行连接线为
无穷短的测量。只有 Y!才是可以确切定义并在电桥
上精密测量的参数。所以, 现代测量技术!将趋向 Y。 电容有若干种测量方法。本文从测量频率范围
和精度考虑, 采用四端对导纳测量法, 如图 1所示。
图 2 电容测量仪的线路示意图
关键词 LED 电容 亮态 暗态
The Capacitance M easurem ent of LED
Lv Zheng X u Y ingy ing R uan Y ongshun
( Nat iona l Institute o fM etro logy, B eijing 100013)
Abstract: Operat ing state and non operating state are distingu ished in the capacitance m easurem ent of LED. T h is paper introduces the m easuring principle and m ethod. W e select three kinds of LEDs to m easure, and the ir capac itance in non operat ing state are ga ined. W e found an idea l range of m easuring frequency, and ana lyzes for m easuring datum. F inally, th is paper expla ins the reason that non m easuring capacitance is im portant when LED is in non operat ing state. K ey w ord s: LED; capacitance; operat ing state; non operating state
图 1 四端对导纳测量原理 图
四端对导纳的定义为高电位同轴接口上的输入 可计算频率响应的阻抗标准器常采用该种连接形式,
适用于高频范围的使用。
电流与低电位输出电压之比:
∀
Y! =
I
∀
U∀ 20= 0, ∀I 1= ∀I 1!, ∀I 2= I∀ 2!, ∀I 10= I∀ 10!, ∀I 20= ∀I 20!= 0
四端对导纳的五端阻抗如图 2所示, 配有 4条同 相反, 在电缆外部不产生磁场。同时, 由于电缆的良
轴电缆, 这 4条同轴电缆的外导体均接到保护端, 但 好屏蔽特性, 使它对外界杂散电磁场有较好的抗干扰
这种阻抗定义形式存在互感耦合, 且互感耦合的大小 性。消除了由于引线电感、电阻和杂散电容产生的测
随着电缆位置的改变而变化; 此外, 屏蔽中的环流将 量误差, 也解决了互感耦合问题。
图 3 单端口同轴阻抗的等效电路
的净电流均为零时, 四端对导纳也成为一个法拉第圆
筒式的全屏蔽结构, 可有效屏蔽外界电磁场的干扰。 四端对导纳测量具有如下特点:
条件 1是用指零仪指零来保证的; 而条件 2则不能自
( 1) 在电位低端采用等电位屏蔽保护电极的方
动满足, 需采取负反馈自动等电位放大器措施加以保 式来减少外界的干扰, 所以具有较好的相对稳定性。
LED 电容的测量
吕 正 徐英莹 阮永顺
( 中国计量科学研究院, 北京 100013)
摘要
LED的电容测量分为工作状态时 ( 亮态 ) 和非工作状态时 ( 暗态 )。本文叙述了 LED 暗态电容的 测量原理和方法, 选择了 3只具有代表性的 LED进行测量, 测出其暗态电容, 找出了较理想的测量频 率范围, 并对测量结果进行了分析。本文还重点剖析了 LED 亮态时不能进行电容测量的原因。
引言
LED作为一种半导 体二极管元器 件, 必定存 在 电容, 故会 对 LED 的开关 时间造成延迟 效应, 所 以 LED的电 容是影 响其构 成电 路频率 响应的 主要 参 数。尤其是当 LED 用作显示屏的发光单元时, 各只 LED的电容差异须控制在一定范围内, 以保证其 开 关时间的一致。因此, 对 LED电容的测量就显得非 常必要。
证; 条件
3采用同轴扼流圈措施, 保证
∀
I1 =
∀
I 1!,
∀
I2=
( 2) 测量端的 4个 BNC 插头, 作为高低电位端共 2根电流引线和高低电位端共 2根电压引线, 这些插
∀
I !2。
头的外导体及相应的电缆外屏蔽导体作为测量电流
1 2 电容测量仪的线路示意图 [ 3, 4 ]
