利用虛擬儀器測(cè)量發(fā)光二極管的伏安特性

1、利用虛擬儀器測(cè)量發(fā)光二極管的伏安特性【引言】物理量的測(cè)量離不開(kāi)儀器和測(cè)試手段，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中主要是通過(guò)對(duì)長(zhǎng)度、時(shí)間(頻率)、質(zhì)量、溫度、電壓等直接測(cè)量量的獲得，去推測(cè)其它物理量的值，比如：光波長(zhǎng)、聲 速、揚(yáng)氏模量、霍爾系數(shù)、熱導(dǎo)率、核質(zhì)比等，而現(xiàn)代的傳感技術(shù)和電路技術(shù)使物理量的測(cè) 量更加便捷、準(zhǔn)確。因此，傳感器知識(shí)和智能化測(cè)量處理數(shù)據(jù)方法的學(xué)習(xí)是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn) 中一項(xiàng)重要內(nèi)容。20多年前，美國(guó)國(guó)家儀器公司(National Instruments)提出"軟件即是儀器"的虛擬儀器概念，從而引發(fā)了傳統(tǒng)儀器領(lǐng)域的一場(chǎng)重大變革，使得計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得以長(zhǎng)驅(qū)直入儀器領(lǐng)域。虛擬儀器就是在

2、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)上利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來(lái)完成各種測(cè)試、測(cè)量和自動(dòng)化的應(yīng)用、并具有可視化界面的自動(dòng)化測(cè)量?jī)x器。【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?. 了解虛擬儀器極其應(yīng)用2 測(cè)量發(fā)光二極管的伏安特性；3學(xué)習(xí)從實(shí)驗(yàn)曲線獲取相關(guān)信息的方法?！緦?shí)驗(yàn)原理】滿足歐姆定律 U=RI的電阻，若加在其兩端的電壓 U與通過(guò)電阻的電流I成線性關(guān)系， 這種電阻叫線性電阻。但是很多器件的電壓與電流不滿足線性關(guān)系，這種電阻叫非線性電阻。非線性元件的阻值用微分電阻表示，定義為d U R(1)d I它表示電壓隨電流的變化率， 又叫動(dòng)態(tài)電阻 或特性電阻。這個(gè)定義是電阻的普遍定義。非線性電阻伏安特性總是與一定的物理過(guò)程相聯(lián)系，如發(fā)熱、

3、發(fā)光、能級(jí)躍遷等。江崎玲於奈等人因研究與隧道二極管負(fù)電阻有關(guān)的遂穿現(xiàn)象而獲得1973年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。電阻性元件的特性可用其端電壓U與通過(guò)它的電流I之間的函數(shù)關(guān)系來(lái)表示，這種U與I的關(guān)系稱為電阻的伏安關(guān)系。如果將這種關(guān)系表示在U-I平面上，則稱為伏安特性曲線。要測(cè)量各非線性元件的伏安特性曲線,定要了解各非線性元件的特性，才能選擇正確的實(shí)驗(yàn)方法，合適的監(jiān)測(cè)電路，得出正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。常用的非線性元件有:檢波二極管、整流二極管、穩(wěn)壓二極管和發(fā)光二極管伏安特性曲線, 安特性曲線如圖1所示。這些二極管都具有單向?qū)щ娮饔茫鼒D1二極管的伏安特性曲線發(fā)光二極管由半導(dǎo)體發(fā)光材料制成，工作在第1象限。要發(fā)光的

4、波長(zhǎng)與材料的禁帶寬度E對(duì)應(yīng)。根據(jù)量子力學(xué)原理 E =eV =h：可知，對(duì)于可見(jiàn)光，開(kāi)啟電壓 V約在23V。當(dāng)加在發(fā)光二極管兩端的電壓小于開(kāi)啟電壓時(shí)，發(fā)光二極管不會(huì)發(fā)光， 也沒(méi)有電流流過(guò)。 電壓一旦超過(guò)開(kāi)啟電壓， 電流急劇上升，二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)并發(fā)光，此時(shí)電流與電壓呈線性關(guān)系，直線與電壓坐標(biāo)的交點(diǎn)可以認(rèn)為是開(kāi)啟電壓。CH2CH1圖1發(fā)光二極管的測(cè)量電路【實(shí)驗(yàn)儀器】1 非線性元件：發(fā)光二極管（5種顏色）。2 .電源與儀表：直流穩(wěn)壓電源（020V ）、直流恒流電源（0 2mA , 0 20mA ），數(shù)字萬(wàn)用表（2只），計(jì)算機(jī)和LabCorder軟件?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容及操作步驟】實(shí)驗(yàn)電路如圖2所示，采用通道1或通道2分別測(cè)量通 過(guò)發(fā)光二極管的電壓和電流，使用 LabCorder采集數(shù)據(jù)，并 在電腦上實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)。【實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及后處理】本次實(shí)驗(yàn)要求至少測(cè)量 5個(gè)發(fā)光二極管（如紅光、藍(lán)光、 綠光等，