Методика измерения характеристик светодиода

Для измерения характеристик светодиода используется установка, схема которой изображена на рисунке 2.9. Здесь ИП – источник питания светодиода (вместе с источником питания указаны приборы, с помощью которых задается режим смещения светодиода); СД – светодиод; МХР – монохроматор; ФД – кремниевый фотодиод ФД-24К; У – усилитель.

Рис. 2.9. Структурная схема установки для измерения характеристик светодиодов

Для снятия спектральной характеристики излучения светодиод с помощью держателя устанавливается на входе монохроматора. Излучение светодиода проходит через монохроматор и попадает на ФД, установленный на выходе МХР. Фотодиод подобран таким образом, чтобы его спектральная характеристика не искажала спектральную характеристику светодиода. В цепи фотодиода установлено нагрузочное сопротивление, напряжение с которого подается на усилитель и затем регистрируется микроамперметром.

В этом случае ток через фотодиод можно представить как

,                       (2.14)

где с – постоянная установки; I (λ) – мощность излучения СД на входе МХР, Вт; D (λ) – дисперсионная характеристика МХР, нм/мм (в диапазоне длин волн излучения СД изменяется слабо);  – спектральная чувствительность ФД, А/Вт (приведена на стенде).

Понятно, что мощность излучения на входе МХР I (λ) сильно отличается от мощности излучения, падающего на ФД и вызывающего ток фотодиода. Из очевидных закономерностей

                                                (2.15)

                                            (2.16)

Можно определить спектральное распределение мощности излучения светодиода, разделив (2.15) на (2.16):

,              (2.17)

где  – относительная спектральная чувствительность фотодиода.

Для измерения зависимости мощности излучения и КПД светодиода от тока через него держатель с СД вплотную соединяется с держателем фотодиода, образуя своеобразный оптрон. В этом случае изменение тока через ФД регистрируется микроамперметром. Если полоса излучения светодиода значительно уже полосы спектральной чувствительности ФД, и в интервале длин волн излучения СД изменение чувствительности ФД незначительно, то мощность излучения СД определяют из соотношения (7)

                    (2.18)

Если полоса излучения СД широкая, то мощность излучения его определяется другим способом. В оптроне при определенных значениях тока и напряжения на светодиоде, ток фотодиода возрастает в несколько десятков раз, учитывая (2.14), можно записать

, (2.19)

где  – спектральная плотность мощности излучения в максимуме характеристики. Заменяя в выражении (2.19) интеграл суммой, запишем

          (2.20)

Из выражения (2.20) определяют . Интервал Δλ при этом следует выбирать таким, чтобы на оси длин волн зависимости  укладывалось не менее 10–12 отрезков Δλ. Тогда мощность излучения СД запишется в виде

              (2.21)

Учитывая величину , рассчитанную ранее, определим I _изл светодиода. Считая, что форма спектральной характеристики СД не зависит от тока через него, для других значений тока и напряжения на СД по величине i _{фд-оптрона} из соотношения (2.20) находят новое значение , а из соотношения (2.21) – I _изл светодиода.

Важным параметром СД является КПД, который равен отношению мощности излучения к мощности возбуждения светодиода. Он находится из соотношения

,                                                   (2.22)

где i и и — ток через светодиод и напряжение на нем.

Задание

1. Установить ток через СД равным 20 мА. Снять спектральную характеристику излучения светодиода АЛ-107 по схеме рис. 2.9. Рассчитать время и длину когерентности излучения светодиода. Рассчитать и построить относительное спектральное распределение мощности излучения светодиода.

2. Снять и построить зависимость мощности излучения светодиода от величины тока. Записать значения напряжения на СД.

3. По снятой характеристике I _изл = f (i _СД) определить значение порогового тока, при котором начинается излучение СД.

4. Построить ВАХ светодиода и объяснить ее ход с помощью моделей токопереноса в р – n -переходе.

5. По формуле (2.22) рассчитать КПД светодиода и построить зависимость η = f (i _СД).

ЛИТЕРАТУРА

1. Берг А., Дин П. Светодиоды. М.: Мир, 1979. 686 с.

2. Коган Л. М. Полупроводниковые светоизлучающие диоды. М.: Энергоатомиздат, 1983. 207 с.

3. Филачев А.М., Таубкин И.И., Трищенков М.А. Твердотельная фотоэлектроника. Физические основы. – М.: Физматкнига, 2007. – 384 с.

4. Твердотельная электроника: учеб. Пособие для студ. высш. учеб. заведений/[ Э.Н. Воронков, А.М. Гуляев, И.Н. Мирошникова, Н.А. Чарыков]. – М.: Издательский центр «Академия», 2009. – 320 с.

5. Шрайбер Г. Инфракрасные лучи в электронике: Пер. с франц. – М.: ДМК Пресс, 2001. – 240 с.: ил.

6. Мухин Ю. А. Приборы и устройства полупроводниковой оптоэлектроники: Учеб. пособие.; под ред. В.Н. Бодрова, Г.И. Обидина. – М.: Изд-во МЭИ, 1996. – 298 с.

7. Мухин Ю. А. Полупроводниковые источники и приемники излучения, оптроны и элементы интегральной оптики./ Под ред. К.В. Шалимовой. – М.: Изд-во МЭИ, 1991. – 120 с.

Лабораторная работа № 3