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LED 伏安特性及应用 （第二版） 夏俊峰 2015.06.15 前言 早在 2008 年曾写过这方面的内容，发布于中国光学光电子行业论坛上。现在根据一些实际应 用方面的问题，做修改补充。以期给初学者一点帮助。 处 一、伏安特性介绍 出 1. 伏安特性的定义 伏安特性就是元件或设备在电源的作用下，流过其上的电流随电压连续变化的关系。 明 通常在直角坐标系中对这种关系做几何表达。一般，直角坐标系的横坐标表示电压，纵坐标 表示电流（也有人会颠倒过来。这不是绝对的规定，一个是由于各地方的习惯，再一个是视分析、 注 看图的方便而定）。半导体 PN 结的伏安特性是指数律。在直角坐标系中其几何图像呈现一条曲线。 从欧姆定律的角度看，伏安特性可视作电阻或等效电阻的表现。这里提到等效电阻，因为， 请 就 PN 结而言，其伏安特性并非实体电阻所呈现的。并且要注意，电阻的定义也不是电压除以电 流！（多说一句：欧姆定律不是对三个参数翻来覆去相互定义，而是表明三个参数在数值上存在的 关系。）半导体二极管的伏安特性，包含了 PN 结势垒和寄生电阻的共同作用。 载 2. 半导体二极管伏安特性的基本特征 转 半导体二极管的 PN 结本质上是一个电场区，这个电场区的强度会随外加电压和温度的改变 而改变。PN 结的电流随电压的变化是指数规律。LED 从电特性上讲，就是一个半导体二极管。 由于 LED 一般只是正向使用，极少涉及有施加反向电压的情况，所以本文只介绍正向伏安特性。 至于反向伏安特性，有兴趣的读者可以阅读有关的专业书籍。 有 图 1 是用晶体管图示仪实测的一款 LED 的正向伏安特 性。从图中可以看到电流随电压呈指数律的变化。我们可以 所 将曲线大致划为三个区域。 在Ⅰ区，有电压，但没有电流。也就是在某个电压以下时， 权 PN 结是不导通的。这是由于外电压值小于 PN 结的势垒电压， 不可能产生外电压方向的电流。 版 本质上，PN 结是一个电势场。在 P 区和N 区交界的区域， 这个内电场的方向是由 N 区指向 P 区，参看图 2 。在没有其它 能量激发的平衡态时，整个材料体宏观上是电中性的。但这个 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 内电场的存在不能忽视，尤其是有外界因素存在时，它就会显 图 1. LED 的伏安特性曲线 现出来。比如在特性曲线的Ⅰ区，就是内电场抵抗外电场的结 果。而在有适当频率的光照时，激发的电子空穴破坏了内部的平衡，对外界而言，就相当于一个 P 区为正极、N 区为负极的直流电源。太阳能电池正是利用了 PN 结的这个特性而成为可以对外供电的电 源。LED 在适当频率的光照时，也会产生电流。只不过其光- 电转换效 E 率非常低，不适合做光电池。 内电场VD方向 在Ⅱ区，电流随电压的变化明显呈指数规律变化。（本文就不给出专 P N 业理论的公式了，初学者接受这一事实就是了，如果有兴趣，自己找半 导体物理书籍看看。）