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一种提高发光二极管亮度温度稳定性的简单方法
摘要为解决发光二极管(led)的亮度随其温度而变化的问题,设计并实验实现了一种提高其发光温度稳定性的简单方法。将一个热敏电阻与一个普通电阻并联,再将它们与led串联,当环境温度变化时,热敏电阻的阻值随之改变,由此引起的电路中电流的变化可以补偿led光输出随温度的变化。本实验设计不但实现了一种利用热敏电阻减小led亮度随温度变化的一种简单方法,同时学习了通过实验数据确定热敏电阻温度系数的方法,以及将热敏电阻与温度的非线性关系通过并联电路将其线性化的方法。
关键词发光二极管温度补偿热敏电阻
中图分类号:tn141 文献标识码:a
0 引言
与日光灯、白炽灯相比,发光二极管(led)具有发光效率高、寿命长、体积小、环保等优点,已被广泛应用于照明、显示等领域。①②但led在长期运行中尚存在一些问题,例如其发光亮度随其自身及环境温度而变化。③led的相对光输出(%)与其pn结温度的关系一般可表示为:
式中为温度,为某一参照温度(例如室温),()为相应温度下的光通量,为温度系数,其取值范围一般是≈ ~。
一般而言,led的光输出与其驱动电流成正比。为了解决上述光输出随其温度变化的问题,目前研究人员已经研制出各种专用集成电路,用于控制和补偿led的驱动电流随温度的变化,使其光输出稳定。
②④但一般用于控制led光输出的专用集成电路价格较贵;且这些复杂集成电路工作时还需要额外的供电电源,增加了电路功率消耗。
既然led的光输出与其驱动电流成正比,因此可以通过控制其电流来调节和控制其光输出。电阻具有限制电路中电流的作用,可以通过改变电阻来调节电路中的电流。热敏电阻是一个其阻值可以随温度变化的可变电阻,一般热敏电阻与温度的关系式为:⑤
式中为电阻温度系数,为绝对温度(),是温度为时的电阻值。
根据(1)式,一般led的光输出随其温度的升高而降低,而又已知led的光输出与其驱动电流成正比,因此当温度升高时,我们应设法提高其驱动电流,以补偿其光输出随其温度的变化。又由欧姆定律可知,电路中电压一定时,若电阻减小则电流增大;如果在led所在电路中串联一个具有负温度系数(ntc)的热敏电阻(其阻值随温度升高而减小),则其驱动电流增大,即可补偿其光输出随其温度而减小的变化。由此可见,利用具有负温度系数的热敏电阻来补偿led光输出随温度的变化在理论上是可行的。
1 实验步骤与方法
(1)实验研究具有负温度系数的热敏电阻(ntc)阻值与温度的关系。通过实验数据分析与计算,测量出(2)式中的电阻温度系数。为此,将(2)式两边同除以,再取自然对数,可得
实验中能够测量的是不同温度条件下ntc的电阻值。根据(3)式作数据图,其横坐标为(),纵坐标为,则由其数据线的斜率即可得到待测的值。
(2)设计电路使可变电阻值随温度线性变化。一般led光输出与其驱动电流为线性关系,且电路电压一定时,电流与电阻成反比关系,但由(2)式可知,ntc的电阻值与温度之间为指数关系,不是线性关系。因此,应设计电路使ntc的阻值随温度线性变化。我们采取并联固定电阻的方法来实现ntc的近似线性化。根据我们所学过的并联电路知识,将ntc与一个固定电阻并联,其等效电阻可表示为:
(3)实验测量一个led样品的光输出随温度变化的实