和B组成的闭合回路，当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。这种物理现象称为热电效应（塞贝克效应）。

热电偶测温原理是利用热电效应。 如图21—1所示，热电偶就是将A和B二种不同金 属材料的一端焊接而成。A和B称为热电极，焊接一端是接触热场的T端称为工作端或测量端，也热端；未焊接的一端处在温度T0称为自由端或参

端，也称冷端(接引线用来连接测量仪表的 图21—1热电偶

两根导线C是同样的材料，可以与A和B不同种材料)。T与T0的温差愈大，热电偶的输出电动势愈大；温差为0时，热电偶的输出电动势为0；因此，可以用测热电动势大小衡量温度的大小。国际上，将热电偶的A、B热电极材料不同分成若干分度号，并且有相应的分度表即参考端温度为0℃时的测量端温度与热电动势的对应关系表；可以通过测量热电偶输出的热电动势值再查分度表得到相应的温度值。热电偶一般用来测量较高的温度，应用在冶金、化工和炼油行业，用于测量、控制较高的温度。

本实验只是定性了解热电偶的热电势现象，实验仪所配的热电偶是由铜—康铜组成的简易热电偶，分度号为T。实验仪有二个热电偶，它们封装在悬臂双平行梁上、下梁的上、下表面中，二个

的称考

热电偶串联在一起，产生热电势为二者之和。

三、需用器件与单元：机头平行梁中的热电偶、加热器；显示面板中的F/V表(或电压表)、-15V

电源；调理电路面板中传感器输出单元中的热电偶、加热器；调理电路单元中的差动放大器；室温

温度计（自备）。

四、实验步骤：

1、热电偶无温差时差动放大器调零：将电压表量程切换到2V档，按图21—2示意接线，检查接线无误后合上主、副电源开关。将差动放大器的增益电位器顺时针方向缓慢转到底（增益为101倍），再逆时针回转一点点（防电位器的可调触点在极限端点位置接触不良）；再调节差动放大器的调零旋钮，使电压表显示0V左右，再将电压表量程切换到200mV档继续调零，使电压表显示0V。并记录下自备温度计所测的室温tn。

图21—2 热电偶无温差时差动放大器调零接线示意图

2、将-15V直流电源接入加热器的一端，加热器的另一端接地，如图21—3所示。观察电压表显示值的变化，待显示值稳定不变时记录下电压表显示的电压值V。此电压值V为二个铜－康铜热电偶串联经放大100倍后的热电势。

图21—3 热电偶测温实验接线示意图

3、根据热电偶的热电势与温度之间的关系式：E(t,to)=E(t,tn)+E(tn,to)计算热电势。

式中：t ------热电偶的热端（工作端或称测温端）温度。

tn------热电偶的冷端（自由端即热电势输出端）温度也就是室温。

to------0℃

⑴、首先计算热端温度为t,冷端温度为室温时热电势：E(t,tn)=电压表V÷（100×2）

式中：100为差动放大器的放大倍数，2为个热电偶。

⑵、其次查以下所附铜－康铜热电偶分度表，得到热端温度为室温（温度计测得），冷端温度为0℃时的热电势E(tn,to):。

⑶、最后计算热端温度为t，冷端温度为0℃时的热电势：E(t,to)=E(t,tn)+E(tn,to),根据计算结果，查分度表得到所测温度t（加热器功率较小，升温10℃左右）。

附表：铜—康铜热电偶分度表(自由端温度为0℃时t—mV对应值)

分度号：T （自由端温度0℃）

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 工作端 温度℃ 热 电 动 势 （mV） -0.383 -0.421 -0.459 -0.496 -0.534 -0.571 -0.608 -0.646 -0.683 -0.720 -0.000 -0.039 -0.077 -0.116 -0.154 -0.193 -0.231 -0.269 -0.307 -0.345 0.000 0.039 0.078 0.117 0.156 0.195 O.234 0.273 0.312 0.351 0.391 0.430 0.470 0.510 0.549 0.589 0.629 0.669 0.709 0.749 0.789 0.830 0.870 0.911 0.951 0.992 1.032 1.073 1.114 1.155 1.196 1.237 1.279 1.320 1.361 1.403 1.444 1.486 1.528 1.569 1.611 1.653 1.695 1.738 1.780 1.822 1.865 1.907 1.950 1.992 2.035 2.078 2.121 2.164 2.207 2.250 2.294 2.337 2.380 2.424 2.467 2.511 2.555 2.599 2.643 2.687 2.731 2.775 2.819 2.864 2.908 2.953 2.997 3.042 3.087 3.131 3.176 3.221 3.266 3.312 3.357 3.402 3.447 3.493 3.538 3.584 3.630 3.676 3.721 3.767 3.813 3.859 3.906 3.952 3.998 4.044 4.091 4.137 4.184 4.231 4.277 4.324 4.371 4.418 4.465 4.512 4.559 4.607 4.654 4.701 -10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

4、将加热器的-15V电源断开，观察电压表显示值是否下降。实验完毕，关闭所有电源。

第六章 光电特性综合实验仪

实验十一 LED伏安特性（V-I）测试及 LED辐射强度空间分布及半值角的测量

LED伏安特性（V-I）测试

一、实验目的：

1． 了解 LED 的电学特性，包括正向电流、正向压降、反向电流、反向压降； 2． 对 LED 的极限参数有明确的概念，正确、安全的使用 LED； 3． 通过电学特性的测量，认识 LED 的发光机理。 二、实验原理

1． LED 概述

LED是一种电流直接注入的光发射器件。半导体晶体内部受激电子从高能级回复到低能级时，发射光子，这就是通常所说的自发发射。考察LED的发光过程，必须了解半导体材料的能带结构。由原子构成晶体时，电子在整个晶体内作共有化运动，导致原子能级分裂成能带。不允许存在能量状态的区域称为带隙，带隙宽度用Eg表示，上方高能量区为导带，下方低能量区为价带。

自由电子波矢量 k 与能量 E 的关系为：

E＝hk/2m，

22

（1-1）

m 是电子质量，h 是普朗克常数。半导体晶体中，电子能量同样能用波矢量描述。通过繁复的理论计算，可以绘出 E－k 关系曲线。半导体可分为直接带隙和间接带隙两种，主要区别在于价带顶和导带底是否在同一 k 处。

当 LED 的 PN 结加上正向偏压，注入的少数载流子和多数载流子（即电子和空穴） 复合而发光。对于大量处于高能级的粒子各自分别发射一系列角频率为ν＝Eg/h 的光 波，但各列光波之间没有固定的相位关系，可以有不同的偏振方向，并且每个粒子所发 射的光沿所有可能的方向传播（这个过程称为自发发射）。其发射的波长λ 可用下式表 示：

λ ＝1.2396/Eg

不同的 Eg 对应了光的不同颜色。

（1-2）

2.LED是半导体器件，又是发光器件，所以既有电学上的特性，又有光谱特性。电学特性反映在PN结上。本实验要测量的包括：正向电流IF，正向电压VF，反向电流IR，反向电压VR。LED 电学特性测量原理图如 1-1 所示（后面将要提到的激光二极管 LD 的测量与 LED相同）：

图 1-1 LED/LD 电学特性测试原理图

三、实验步骤

注意事项：实验前，将电压调节旋钮逆时针旋至极限位置！测试仪的驱动电路设计已经充分考虑到 LED/LD 的安全性，正向特性测试时电流可从零连续调节，不会超过他们的极限电流、电压。测反向电压、电流时须注意，通常 LED 的反向电流很小，小于 10μA（大于 10μA 的话 LED 被认为不合格）。有些 LED 芯片质量较好，反向电流非常微弱，需把电压调到 10 多伏才能检测到，而这么高的反向偏压对芯片具有破坏作用，所以对这些

LED 的反向特性不建议进行测试，只作定性观察。我们专门提供了反向电流比较明显的LED 样品。白光 LED 测正、反向 V-I 特性，红光 LED 只测正向特性，原因如上。

1. 将待测白光 LED 接入胶木模块的插孔（注意正负极不要接反，LED 长脚接模块的“+”孔），将胶木模块固定在转台导轨上，模块另一端的插头插到控制面板“LED/LD 驱动”部分的“正向电压”端口。“电压测量”的正负端分别接到电压表的“20V+”和“-”端，电压表量程选择 20V。“电流测量”的正负端分别接到电流表的“200mA+”和“-”端，电流表量程选择 200mA。打开驱动电路开关，顺时针缓慢调节“电压调节”旋钮，记录电流表和电压表的数据。

2. 将旋钮逆时针旋至极限位置，将 LED 接入反向端口，“电流测量+”更换到电流表的“200uA+”，电流表量程选择 200uA，再调节电压读出对应的反向电流、电压，记录数据。

3.换红光 LED，重复步骤 1。我们提供的红光 LED 的反向电流很小，电压超过 10V 才有反向电流显示，而这么高的电压对 LED 有破坏作用，所以我们不具体测量红光 LED反向 V-I 特性。但从中我们也可以认识到红光 LED 与白光 LED 反向特性的差异。

4. 实验完成后将各装置、各器件恢复至初始状态。

四、实验记录 参数 序号 1 2 3 正向特性 正向电流(mA) 正向压降(V) 反向特性 反向电流(uA） 反向压降(V)