3.4.4. Особенности лабораторной установки

Испытания светодиодов различного свечения (от инфракрасного до белого) производятся на стенде, упрощенная схема которого приведена на рис. 3.14): 1 – блок со светодиодами; 2 – источник постоянного напряжения; 3 – электронный вольтметр; 4 – электронный амперметр; 5 – шестиполюсный переключатель полярности; 6 – потенциометр; 7 – люксметр с фотодиодным датчиком.

В процессе испытаний производится анализ ВАХ (рис. 3.11, в) различных светодиодов. По мере того, как увеличивается ток через светодиод, возрастает световой поток излучения. Люкс-амперная характеристика – зависимости интенсивности света Е от тока I_пр, протекающего через светодиод (рис. 3.11, г). Интенсивность света исследуется с помощью люксметра – прибора, приемным элементом которого выступает фотодиод, включенный в режиме фотогенератора (см. работу № 3.4). Шкала люксметра градуируется в единицах освещенности Е (люкс ≡ лк) света.

Рис. 3.14. Упрощенная схема измерений

Цветовая гамма светодиода оценивается визуально; свечение инфракрасного светодиода может быть обнаружено некоторыми видами фотокамер мобильных телефонов. Обработка результатов ВАХ, расчет длины волны излучения оценивается по методике, описанной выше.

Подготовка к работе

Лабораторная работа относится к темам: P-n-переход, ″Реальные диоды″, ″Светодиоды″. Предварительно необходимо выполнить задания контрольной работы (РГЗ).

В "заготовке" к работе следует описать:

– строение, схему замещения, вольтамперные и люкс-амперные характеристики различных светодиодов,

– влияние сопротивления различных слоев диода на ВАХ;

– взаимосвязь между шириной запрещенной зоны и длиной излучаемой волны; написать количественные соотношения;

– особенности маркировки и применение светодиодов;

– алгоритм определения сопротивления структуры светодиода, U_{пр пред}, E_з,  и  волн излучаемых светодиодом;

– строение и принцип работы фотодиодов, режимы его работы, применение в люксметрах.

Измерения и обработка результатов

1. Ознакомьтесь со стендом, с работой электронных приборов. По разрешению преподавателя включите питание установки.

2. Подключите блок со светодиодами (количество определяется преподавателем) к испытательному стенду. Одновременно, установите датчик люксметра вблизи светодиодов.

Используя переключателя полярности, по величине прямого и обратного тока определите особенности схемы включения светодиодов, какой из выводов – анод, какие выводы подсоединены к p или nобластям, когда реализуется прямое и обратное смещение?

3. При комнатной температуре снимите вольтамперную характеристику исследуемых диодов в области прямых смещений (табл. 3.7) вплоть до максимально возможных значений напряжения.

Определите напряжение и силу тока, при котором происходит начало видимого свечения светодиода. Одновременно, по мере увеличения прямого тока через светодиод, снимайте люкс-амперную характеристику прибора.

4. С помощью оптической призмы определите примерный состав излучения, видимый глазом.

Таблица 3.7

Светодиод № ? ; состав цвета в излучении _?_ ; _? _;_?_;
Результат испытаний			Расчетные параметры
U, В	I, мА	Ф, лК	R, Ом	Uпр пред, В	Eз, эВ	 нм	, Гц	Цвет	Качественные замечания
0	?	?	?	?	?	?	?	?	?
10-	?	?							?
12	?	?							?
Точек	?	?							?
…	?	?							?
Uмах	?	?							?

5. Повторите измерения для всех исследуемых светодиодов, используя таблицы, аналогично, таблице 3.7.

6. Выключите установку.

7. Постройте ВАХ для различных светодиодов (на одном графике для сравнения), укажите их цвет свечения.

8. Для каждого светодиода в области больших прямых токов выделите линейную область, аналогично, представленной на рис. 3.12, г, кривая 1. По алгоритму, представленному выше, рассчитайте сопротивление R светодиода, включенное последовательно с p-n-переходом.

9. Рассчитайте значения и постройте ВАХ p-n-перехода каждого из исследуемых светодиодов (кривая 3).

10. Рассчитайте значение U_{пр пред} для каждого из исследуемых светодиодов.

11. Используя значения U_{пр пред} оцените значения ширины запрещенной зоны E_з для каждого светодиода. Рассчитайте значения  и  волнизлучаемых каждым светодиодом.