Який вигляд має спектр світлодіода (LED)?

Схема досліду

Який вигляд має спектр світлодіода (LED)?

Якщо розглядати білий світлодіод крізь ґратку, ми бачимо кольорові складники майже по всьому спектру.

Проте об'єктивне визначення інтенсивностей окремих кольорових складників неозброєним оком неможливе, бо наше око не однаково чутливе до всіх оптичних частот. Зелене світло, наприклад, сприймається посилено.

У цьому досліді ви навчитеся вимірювати спектр за допомогою фотодіода.

Навчальна мета

Особливо треба стежити за тим, щоб схема досліду під час вимірювання не зсувалася, насамперед аркуш із кутовою шкалою, бо інакше не лишиться точки відліку для порівняння кривих вимірювання. Крім того, дослід треба виконувати лише в цілком затемненому приміщенні.

Вказівки

Якщо приміщення зовсім темне, зчитувати виміряні значення в окремих точках може бути важко. Простіше, якщо поставити мультиметр у прямий хід променів, де світло, яке саме проходить крізь ґратку, може підсвітити дисплей.

Альтернативне вико- нання

Якщо дослід треба виконати як демонстраційний, то радимо приклеїти фотодіод до каретки xy-самописця і в такий спосіб пройти спектром, одразу даючи змогу побудувати виміряні значення.
Для цього спектр відображають так, щоб він охоплював увесь діапазон плотера. Кутовою залежністю в цій схемі досліду нехтують. Спектральна чутливіст

A - виміряна напруга поводиться добре лінійно щодо інтенсивності світла.
B - для спектральних діапазонів світлодіодів фотодіод має достатню чутливість.

Спектральна чутливість і властивості застосованих фотодіодів:

Спектральна чутливість фотодіода розподілена нерівномірно по всьому діапазону довжин хвиль зареєстрованого світла (B).

Проте для всього використаного спектрального діапазону існує лінійна залежність між інтенсивністю світла і виміряною напругою (A).

Абсолютні вимірювання яскравості або її порівняння можливі.

Результати вимірювання та обробка:

Оскільки результати вимірювання змінюються залежно від розташування кутової шкали і точних положень лінз, тут для обробки використано
спектрограму (рисунок).

Ці виміряні значення записано описаним методом за допомогою xy- самописця, щоб унаочнити принциповий перебіг.

З рисунка можна побачити різні перебіги спектрів окремих світлодіодів. Оскільки світлодіоди не дають однорідно яскравого конуса світла, форма кривих подекуди може виходити дещо іншою.

Але піки завжди виразно видно. Тут також помітно, що білий світлодіод має пік у синьо-зеленій ділянці. Найвищий пік лежить приблизно на 500 нм.

Крива зеленого світлодіода ширша, ніж, наприклад, крива червоного, що видно й тоді, коли розглядати світлодіод безпосередньо крізь ґратку.

Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.

Схема досліду

Який вигляд має спектр світлодіода (LED)?

Якщо розглядати білий світлодіод крізь ґратку, ми бачимо кольорові складники майже по всьому спектру.

Проте об'єктивне визначення інтенсивностей окремих кольорових складників неозброєним оком неможливе, бо наше око не однаково чутливе до всіх оптичних частот. Зелене світло, наприклад, сприймається посилено.

У цьому досліді ви навчитеся вимірювати спектр за допомогою фотодіода.

• Цей дослід треба виконувати в повністю затемненому приміщенні.
• Білий світлодіод разом із тримачем діафрагм установити на ковзну опору .
• Ковзну опору надіти на штативні стрижні (позначка 0 см оптичної осі).

• Світлодіод приєднати до блока живлення і відрегулювати напругу на 10 В. - Увага: зважати на правильну полярність!
• Лінзу ( ) з ковзною опорою встановити на штативний стрижень (на відстані 3,5 см від світлодіода).
• Лінзу ( ) з ковзною опорою встановити на штативний стрижень (на відстані 23 см від світлодіода).
• Освітлювальну щілину вставити вертикально в тримач діафрагм і з ковзною опорою встановити на штативний стрижень (на відстані 8 см від світлодіода).

• Лінзу () настроїти так, щоб освітлювальна щілина освітлювалася рівномірно.
• Лінзу () настроїти так, щоб щілина на відстані близько 70 см від світлодіода різко відображалася на аркуші паперу.
• Фотодіод затиснути в ще одну ковзну опору і приєднати до блока живлення фотодіода.

• До фотодіода приєднати мультиметр як вольтметр
  
• Вибрати діапазон вимірювання: 2 В
  
• Надіти світлозахисний тубус на фотодіод.

• Ґратку вставити вертикально в тримач діафрагм і надіти на ковзну опору.
• Ковзну опору з ґраткою встановити на другому кінці штативних стрижнів
• Вона має бути на відстані приблизно 50 см від світлодіода.

• Кутову шкалу покласти центром посередині під ковзну опору з ґраткою так, щоб вісь 0° була продовженням оптичної лави.
• Ковзну опору з фотодіодом установити на позначці 200 мм лінії 0° кутової шкали (на відстані 70 см від світлодіода).

Виконання

• Радимо заклеїти зелений світлодіод (індикатор роботи) на фотодіоді, бо він може спотворити вимірювання.
• Підсилювач фотодіода повернути праворуч до упору (максимальне підсилення).
• Ковзну опору, на якій закріплено фотодіод, вести основою вздовж лінії крізь перший порядок спектра.
• При цьому малими кроками занотовувати такі дані: колір, кут і виміряне значення фотодіода.

Порядок дій під час вимірювання

• Після вимірювання ще раз пройти фотодіодом уздовж лінії, щоб знайти максимум і занотувати його в ряді виміряних значень.
• Потім світлодіод замінюють на інший за кольором. При цьому стежити, щоб решта оптичної схеми не зсунулася.
• Після заміни вимірювання виконують точно так само, як для білого світлодіода.
• Цю дію повторюють, доки не виміряно всі світлодіоди.

УФ Синій Зелений Червоний
світлодіод світлодіод світлодіод світлодіод

Довжина хвилі в см 399463514632

УФ Синій Зелений Червоний
світлодіод світлодіод світлодіод світлодіод

Довжина хвилі в см 399463514632

Порівняйте криві вимірювання на графіку з таблицею 1.

Укажіть:

Коефіцієнт пропорційності

Максимум інтенсивності
для білого світлодіода