В настоящее время для исследования и измерения энергетических характеристик светодиодов существует довольно много готовых решений в виде программно-аппаратных комплексов от различных производителей. Основным недостатком данных комплексов является высокая цена недоступная для небольших светотехнических лабораторий. В данной статье описывается создание автоматизированного программно-аппаратного комплекса для измерения энергетических характеристик светодиодов из широкодоступных и распространенных в России приборов.
Методика расчета заключается в определении оптической мощности светодиода из электрической мощности фотодиода ФД-24К с помощью спектрометра и интегрирующей сферы.
Электрическую мощность на фотодиоде, возникающую из-за генерации носителей под действием света, можно найти по формуле 1:
Рисунок 1. Электрическая мощность фотодиода
Оптическая мощность, испускаемая светодиодом и преобразующаяся фотодиодом, находится интегрированием светового потока, испускаемого светодиодом, по всем длинам волн (частотам) (формула 3)[1]:
Рисунок 2 . Спектральная чувствительность фотодиода ФД-24К
Так как спектрометр USB2000 измеряет световой поток в относительных единицах, то была разработана методика определения светового потока в фотонах на секунду (фотон/с). Для этого необходимо выполнить следующее шаги:
а) получить спектр излучения светодиода и нормировать его на максимальное значение (рисунок 3);
Рисунок 3. Нормировка спектра
Если вручную рассчитывать значения КПД светодиода по предложенной методике, то это займет очень много времени, так как спектрометр USB2000 сохраняет значения интенсивности примерно в 1000 точках. Для автоматизации данной методики были написано программное обеспечение синхронизирующее работу приборов и измеряющее энергетические характеристики светодиодов в реальном времени.
Для автоматического измерения энергетических характеристик понадобятся: интегрирующая сфера с фотодиодом ФД-24К, лабораторный источник питания для подачи обратного смещения на фотодиод (27 В), программируемый источник питания (в нашем случае использовался прибор Е7-20) для подачи прямого смещения на светодиод, спектрометр USB2000, оптоволокно.
Панель управления программы для автоматического измерения энергетических характеристик светодиодов состоит из трех вкладок. Внешний вид вкладки «Блок измерений» представлен на рисунке 4 [2].
Рисунок 4. Вкладка «Блок измерений»
Данная панель предназначена для ограничения тока и напряжения на светодиоде, задания задержки между измерениями и определения физических портов, к которым подключены приборы. Во время работы программы на графике в режиме реального времени строится спектр излучения светодиода в относительных единицах.
Внешний вид вкладки «Графики» представлен на рисунке 5.
Рисунок 5. Вкладка «Графики»
Во время работы программы на левом графике строится ВАХ светодиода, на правом графике оптическая мощность излучения (Ропт, Вт), электрическая мощность, закачиваемая в светодиод (Рэл, Вт) и КПД (Ропт/ Рэл, %). Так же с помощью данной панели можно масштабировать графические зависимости.
Внешний вид вкладки «Работа с графиками» представлен на рисунке 6.
Данная вкладка предназначена для масштабирования и сохранения полученных результатов измерений. Данные можно сохранить как в виде рисунков, так и в виде таблиц. После окончания всех вычислений на графике можно будет отобразить: распределение светового потока по длинам волн (F, фотон/с), оптическую мощность излучения (Ропт, Вт), электрическую мощность, закачиваемую в светодиод (Рэл, Вт), КПД (Ропт/ Рэл, %), ВАХ светодиода.
Рисунок 6. Вкладка «Работа с графиками»
После окончания всех вычислений на графике можно будет отобразить: распределение светового потока по длинам волн (F, фотон/с), оптическую мощность излучения (Ропт, Вт), электрическую мощность, закачиваемую в светодиод (Рэл, Вт), КПД (Ропт/ Рэл, %), ВАХ светодиода.
Методические указания по работе
Для корректного измерения энергетических характеристик светодиодов необходимо выполнить следующие шаги:
а) снять зависимость Iкз от напряжения на светодиоде;
б) собрать измерительный комплекс по следующей схеме (рисунок 7);
Рисунок 7. Схема измерительного комплекса
в) выставить начальное напряжение на светодиоде (такое же, как и при измерении Iкз!);
г) запустить программу и указать COM порты для приборов, конечные значения напряжения и тока, задержку между измерениями, усреднение результатов, время интегрирования, и величину обратную коэффициенту собирания интегрирующей сферы;
д) взять конец оптоволокна (который будет вставляться в интегрирующую сферу) и пальцем перекрыть поток света;
е) запустить расчет. Нажать на кнопку «Read Dark» (считать темновой спектр). На графике (рисунок 4) должен отобразиться спектр шума с амплитудой ±10 относительных единиц;
ж) поместить конец оптоволокна в интегрирующую сферу;
з) нажать на кнопку «Начать измерения». Теперь можно переключаться между вкладками «Блок измерений» и «Графики» и наблюдать результаты расчета;
и) после окончания расчетов перейти на вкладку «Работа с графиками» и сохранить полученные данные в формате Exel и в виде изображений.
Ссылки на источники:
- Шуберт, Ф. Светодиоды / Ф. Шуберт; пер. с англ. под ред. А. Э. Юновича. – 2-е изд. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. – 496 с.
- Суранов А. Я. LabVIEW 8.20: Справочник по функциям / А.Я. Суранов. – М.: ДМК Пресс, 2007. – 536 с.[schema type=»book» name=»АВТОМАТИЗАЦИЯ ИЗМЕРЕНИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СВЕТОДИОДОВ» author=»Скотников Никита Владимирович, Белоножко Анастасия Викторовна» publisher=»басаранович екатерина» pubdate=»2017-05-26″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_ 30.01.2015_01(10)» ebook=»yes» ]