LED热学特性研究及应用实验仪_陈乾.docx

第37卷第7期

2017年7月

物理实验

PHYSICSEXPERIMENTATION

Vol.37No.7Jul.,2017

专题

LED热学特性研究及应用实验仪

陈乾，戴玉蓉1,孙贵宁，杨蕾2

(1.东南大学物理系，江苏南京211189;

2.四川世纪中科光电技术有限公司，四川成都610100)

摘要：研制了功率型LED热学特性研究及应用实验仪，控温范围为室温～120℃,控温精度为0.5℃,分辨率为0.1℃,设有过载报警功能.通过脉冲电流法准确测量LED结温，并在此基础上研究温度对功率型LED发光效率的影响以及器件热阻等热学特性.

关键词：发光二极管；PN结；结温；照度；热阻

中图分类号：TN312.8;O475文献标识码：A文章编号：1005-4642(2017)07-0039-04

发光二极管(Lightemittingdiode,LED)在过去十几年里有了飞速的发展，逐渐突破了仅能作为低功率指示灯光源的限制，被广泛应用于日常照明和显示等领域1-2.LED是通过外电流注入的电子和空穴在耗尽层中复合，以辐射复合产生光子而发光，同时也会有部分复合能量传递给晶格原子或离子，发生非辐射跃迁，这部分能量转换成热能损耗在PN结内.对于小功率LED来说，这部分热量很小可以不作考虑.然而，对于大功率照明用LED而言，其发热量大幅提高，直接影响到了LED的发光效率和器件的使用寿命.因此，研究功率型LED的热学与发光特性不仅涉及半导体物理的基础问题，也是目前光电工程领域的开发热点[3-4.将这一问题作为大学物理实验项目引入理工科学生的物理课堂，作为基础物理学与现代工程应用相结合的一个典型案例，将对激发学生实验兴趣和引导学生学以致用有着重要的意义.目前，涉及LED热效应的物理实验仪器还非常少，特别是能精确测量芯片结温的教学仪器在国内还鲜有所闻5-6.为此，研制了功率型LED热学特性研究及应用实验仪，在利用可调脉冲电流源和控温装置精确测量芯片结温的基础上，研究大功率LED在恒流源驱动下的不同结温、照度以及器件热阻等一系列物理特性.该仪器已在东南大学物理实验中心开设的课题物理实

验中使用，取得了很好的教学效果.

1实验仪器与原理

1.1实验仪器

该实验仪包括激励电源、LED特性测试仪、温控仪和测试台4部分，如图1所示.恒流源分为0～40mA和0～350mA两挡，可以匹配多种LED的额定工作电流.测试仪具有“直流/脉冲”切换功能，在脉冲模式下还可以选择3种不同的占空比，即1:50,1:100,1:1000.电压表和电流表的显示范围分别为-9.99~9.999V和0~

999.9mA.照度表显示范围为0～199991x,最小分辨率为1lx.温控仪控温范围在室温~120.0℃,最多可以11挡控温，每挡控温间隔为

LED特性测试

LED特性测试仪

温控仪

LED测试台

图1LED热学特性研究及应用实验仪各分立元件

收稿日期：2016-12-15

资助项目：江苏省高等教育学会高校实验室研究委员会资助课题(No.GS2015YB21)

作者简介：陈乾(1981-),男，江苏常熟人，东南大学物理系高级工程师，博士，从事半导体纳米器件的研究和物理实验教学工作.

?1994-2017ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.

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10℃,控温精度优于0.5℃.测试台采用贴片式PT1000作为传感器测量芯片陶瓷基板的温度.照度传感器的光谱响应接近人眼的视觉，峰值灵敏度波长为560nm.仪器还配备电压电流过载预警和关断功能，在学生实验时起到很好的保护作用.

1.2结温测量原理

准确测量LED的结温是研究LED热学特性的基础.LED灯的基本结构如图2所示，其芯片的核心结构是