白光LED灯基本特性测量实验指导书

1实验目的

通过I-U图像，理解白光LED灯的伏安特性；

通过测量P-I、P-?x、光强等物理量及其关系理解白光LED灯的光学特性。

2实验原理

衡量LED是否处于正常工作状态，LED的电学参数是基本的参考依据。电学参数主要有正向电流、正向电压、反向漏电流、工作时的耗散功率。由于在正向偏压下，与恒流源相比，采用恒压源驱动LED工作，电流会随温度升高而变大。因此，在正向偏压下采用恒流源驱动，只要散热好，就能降低光衰，延长寿命。

恒流源与恒压源的区别：通常情况下，理想的恒压源电压U是定值，与所连接的外电路无关，与流过的电流I也无关，而电流与外电路有关；理想的恒流源发出的电流Is是定值，与所连接的外电路无关，与端电压也无关，而恒流源的端电压与外电路有关。

恒流恒压源当DC指示灯亮时，表示恒压源，要利用恒压源，可以把恒流源按钮左旋至最小。这是设定恒压源为多少伏时，闭合电路的电流就会根据负载的大小而改变，数值在显示屏上粗略地显示；当使用恒流源时，AC指示灯亮表示恒流源工作，恒流源在无负载连接电路时是显示为0A。因此要想知道恒流源的量程，要先调节电压旋钮设定为某值，再串联一个合适的负载。具体计算根据欧姆定律，比如，先设定电压为30V，串联的负载为100Ω，则恒流源的量程最大为0.3A。要想恒流源的量程大，需要将电压设定的大，选择串联的负载小。

光功率是光源将在单位时间内电能转换成光能多少的物理量。所以，在测量光源光功率时要尽量能够让光源将光聚集到某一方向上使得光功率计测得光功率的准确、有效。因为测量光功率时需要在灯珠上加会聚镜。

照度E的定义为单位面元上所接受的光通量，即

（1）

Φ的单位为Lm，s的单位为m2,E的单位为勒克斯（Lx）。

设一点光源的发光强度为I，垂直照射到某一平面，依照度定律，则点光源在受照平面上的照度E为

（2）

式中r为点光源与受照平面之间的距离。

3实验器材及实验装置图

恒流恒压源（TPR3002-3c）、电阻箱（ZX91直流）、滑动变阻器（，）、GDM-356数字万用表2个、光功率计（上海复旦）、数字温度计、照度计（TES1330A）或者（DT-61）、散热扇、导线、刻度尺、被测白光LED灯珠（1w\3w正白光）。实验的仪器实物图和实验装置图分别如图5-1和图5-2。

本实验装置可以测量白光LED灯的伏安特性以及光度特性（包括光功率、发光强度）一共3项测量内容。

实验条件需要温度在15℃～35℃；相对湿度在20%～80%；气压在86kPa~106kPa；室温条件基本符合；测试环境应无影响测试准确度的机械振动、电磁和光照等干扰；器件全部光电参数均应在热平衡下进行（要有足够测试预热时间）。

4实验内容及步骤

1）注意恒流源的正确使用。

打开恒流源，预热15分钟，先将恒流源与滑动变阻器串联，调节滑动变阻器使恒流源的量程保证在1A左右（根据欧姆定律计算,具体参照实验原理），为后续实验做准备。再根据电路图5-2连接实物图。

2）测量1w（3w）正白光LED灯在正向工作区的电流电压特性，找到I_F=350mA(700mA)时的正向电压V_F，并作出电流电压关系曲线I-U。具体做法：通过改变恒流源的电流，使电压从2.60V开始每隔0.10V记录下对应的电流值（1W的测到3.60V，3W的测到3.80V）。并要记录I_F=350mA（I_F=700mA）时的正向电压V_F，计算此时的电功率。作出电流电压关系曲线I-U。从中找出1w（3w）额定功率对应的额定电压。

3）在灯珠上加会聚镜，并保持?x=31.6cm,打开光功率计。保证光源与探测器水平高度一致。通过每隔50mA改变电流大小（可测到600mA），记录光功率。作出光功率与电流的关系曲线P-I。

4）探究白光LED灯的光功率在轴线上的分布。在额定电压U=3.25v（3w自己找出额定功率对应的电压值）时，其他条件不变的情况下，改变灯珠边缘与光功率探测器的位置，从?x=10.00cm时每隔5cm测一次光功率，测到?x=100.00cm。记录数据，并作出光功率与电流的关系曲线P-x。

5）去掉会聚镜，在光具座上将光功率计取下，加上照度计，在额定电压U=3.25v（3w自己找出额定功率对应的电压值）时，测量出白光LED灯在近场条件下?x=10.00cm和远场条件下?x=31.60cm的照度，分别记录五组数据，并进行求平均。再根据公式算出其在轴线上的发光强度。

5注意事项

1）在开始实验前，需要打开恒流恒压源进行预热15分钟左右。并打开灯珠预热1分钟，待光照稳定后再开始测试；

2）灯珠在工作时，散热扇同时打开，保证实验的所有过程散热，采用外接法测LED灯伏安特性,同时排除其他光源的干扰；

3）在实验时，保证光源与光功率计探测器在高度上时刻保持水平；

4）在测量光源的照度时，保证距离准确，同时不能加会聚镜。

1.作I-U