上期趣味实验室思考题解答：
1．一般指针式万用表电压挡内阻不高，采用25V挡时其内阻大于5V挡时的内阻，测量精度可高一些。
2．当照度为200Lx时，调节RP（电位器W），使其电压略低于光敏电阻上的电压，即同相端电压大于反相端电压，电压比较器输出高电平，单向可控硅触发导通，LED亮。单向可控硅一旦导通，可保持导通，即使电压比较器输出为低电平，也不会使LED灭（或产生时亮时灭现象）。
3．用9013三极管时，在光线低于200Lx时，灯泡点亮，但一旦光敏电阻被灯泡照射，灯又灭，产生时亮时灭现象。
红外发光二极管的结构
普通发光二极管（LED）是大家十分熟悉的发光器件，红外发光二极管的原理、结构、工艺及外形与普通LED基本相同，不同的是构成它们的半导体材料不同。普通发光二极管的材料有磷化镓（GaP）、磷砷化镓（GaAsP），而红外发光二极管的材料为砷化镓（GaAs）。砷铝化镓（GaAlAs），其中用得最多的是GaAs。
常用的小功率红外发光二极管为顶射式，其外形与一般LED完全相同，外圆尺寸有Ф3及Ф5两种。红外LED大多数用透明树脂封装，也有的用浅蓝色或黑色树脂封装。红外LED除顶射式外，还有侧射式及轴向式，见图1。红外LED的符号与一般LED相同。
一般顶射式及侧射式红外发光二极管的两引脚不一样长，长的为阳极，短的为阴极。有的为了便于装配，引脚已弯成一定角度，并剪为一样长。
红外发光二极管的简易测试
邮购来的套件中有高亮度LED、红外LED、光电三极管，其外形是一样的，非常容易搞混，因此需要通过简易测试将它们区分出来。
用指针式万用表（1k挡）黑表笔接阳极、红表笔接阴极（应采用带夹子的表笔）测得正向电阻在20～40kΩ；黑表笔接阴极、红表笔接阳极测得反向电阻大于500kΩ以上者是红外发光二极管。透明树脂封装的可用目测法：有圆形浅盘的极是负极。若正向电阻在200kΩ以上（或指针微动），反向电阻接近∞者是普通发光二极管。若黑表笔接短脚，红表笔接长脚，遮住光线时电阻大于200kΩ，有光照射时阻值随光线强弱而变化（光线强时，电阻小），这是光电三极管。
若采用数字式万用表用测二极管挡的方法来测量，其结果如表1所示。
表1
红表笔接长引脚， 红表笔接短引脚，
黑表笔接短引脚 黑表笔接长引脚
红外LED 1.1～1.2V（正向压降) 显示1.
光电三极管 显示1.（显示超量程） 随光强弱变化
高亮度LED 1.6～1.8V（正向 显示1．
压降），LED亮
几个小实验
实验一：红外LED的区别及好坏判别
用万用表（指针式或数字式）来区别一下普通LED、红外LED、光电三极管。
如果采用指针式（1kΩ挡）测出红外LED的反向电阻很大，则说明漏电流很小（漏电流大质量差）；若正反向电阻都是∞或为零时，则红外LED是坏的。现在就能初步判别红外LED的好坏了。
实验二：红外发射电路实验
由于红外LED发射的红外线我们无法察觉，通过模拟实验（下一期趣味实验室我们将采用光电二极管及光电三极管来接收红外线）可很好地验证它的发射状态。这好像电流在电路中流动我们是看不见的，但在电路中串接一个灯泡（电流流过灯泡时灯亮了）或者测量电路中电阻上的压降U\(_{R}\)，若已知R值，则可根据测量的UR，判断出电流的方向并用U\(_{R}\)=IR的公式计算出电流的大小，如图2所示。
常用NE555做成38kHz的振荡器来发射红外线，图3就是一个占空比约0.5的实验振荡电路，我们先用普通红色LED来代替并且用低频振荡来工作，目的是看得清楚并可作一些参数测量。振荡器的频率f与R1、R2及C有关，
f≌1.44／（R1＋2R2）C（Hz）
式中R的单位为MΩ，C的单位为μF。
在面包板上按图3搭一个实验电路（可参看本刊今年第8期《面包板简介》一文）。检查电路无误，加上电源可看到红色LED闪亮。请测一下振荡器的周期T（用手表测LED10次闪亮的时间，再除以10），按T＝1/f的公式，计算出f，请比较一下实测的f与计算的f的差别。
断开电源，在图3中的红色LED电路中串接一个红外LED，如图4所示。再加上电源，则可以看到红色LED闪亮，这说明红外LED也按同样的频率、同样的工作电流在工作。
断开电源，在红外LED两端接一个5V挡的电压表（数字式为2V挡），当红色LED闪亮时，可测出红外LED的正向压降V\(_{F}\)（约1.1～1.2V）；若测一下R3上的压降UR3，可算出工作电流，I\(_{F}\)的大小（IF＝U\(_{R3}\)/R3）。
实验三：窄脉冲红外发射电路
按图5搭一个窄脉冲振荡电路，其占空比约为0.5％。由于R3由100Ω换成10Ω，I\(_{F}\)增大约10倍，可以看出红色LED特别亮。同样，与图4一样将红外LED串入红色LED电路中，其结果又怎样（注意：在电路中增减元器件或更换元器件，必须先断开电源！）。
采用窄脉冲供电，只要其平均电流不超过红外发光管的最大工作电流（I\(_{FM}\)），即可安全工作。一般窄脉冲工作IFP约为I\(_{FM}\)的10倍。由于红外发光二极管工作电流增加，提高了发射效率，遥控距离增大。
相关知识
1、可见光与不可见关
光是一种电磁波。它分为可见光与不可见光，可见光的波长范围为380～760nm（纳米），不同颜色有不同的波长，如绿光的波长为490～570nm，红光的波长为650～760nm，超过760nm的称为红外线，人眼不能直接觉察到它，称为不可见光。红外发光二极管的波长主要在850～940nm范围内，属于近红外频段。
2．红外LED的主要参数
正向压降（管压降）V\(_{F}\)及反向耐压（击穿电压）VP
红外LED的正向压降与材料及工作电流有关，典型值为1.1～1.3V，最大值为1.6V。反向耐压较低，最低的仅5V，最高的也只有20～30V。
最大工作电流I\(_{FM}\)及峰值电流IFP
不同型号的小功率红外LED的I\(_{FM}\)为40～100mA,如果元件长时间超过IFM工作，则会因过流烧坏。使用时一般加限流电阻。I\(_{FP}\)电指流过管子窄脉冲电流的最大值。一般IFP约大于I\(_{FM}\)10倍。
功耗P\(_{M}\)与光功率（发射功率）PO
管子的功耗P\(_{M}\)与光功率PO是不同的概念。管子的功耗是I\(_{F}\)与VF的乘积，最大的功耗不能超过给定值（P\(_{M}\)＜PO）。消耗在管子中的功耗仅一小部分变成光率，一般仅为1～3mW，其发光效率仅百分之几。
光谱特性
GaAs红外LED的发光峰值波长为940nm，其光谱特性如图6所示。
SE303A的主要特性
套件中的红外LED型号为SE303A，其主要性能如表2所示。
表2 SE303A主要特性
参数 符号 量小值 典型值 最大值 单位
最大功耗 P\(_{D}\) 150 mW
最大正向电流 I\(_{FM}\) 100 mA
最大脉冲电流 I\(_{FP}\) 1 A
正向压降 V\(_{F}\) 1.25 1.45 V
峰值波长 λ 940 nm
输出光功率 P\(_{O}\) 3.5 6.5 mW
峰值输出光功率 P\(_{FP}\)15 mW
总结
通过本实验我们了解了红外发光二极管的外形、结构、材料、主要参数及特性，掌握了测试红外发光二极管及区别外形相同的高亮度发光二极管和光电三极管的方法。掌握了两种红外发射电路，了解了工作频率与电路参数的关系。并且通过模拟实验掌握了红外发光二极管的正向管压降V\(_{F}\)及工作电流IF的测试方法。虽然我们不能看到红外发光二极管发射红外线，但我们已知道它以一定的频率、一定的电流在工作。
思考题
1．为什么用指针式万用表（1kΩ挡）可以测红外LED，而难以测普通LED？
2．用指针式万用表测红外LED与用数字式万用表测红外LED，在工作原理上有何差别？
3．在实验中用测电阻上的压降后来计算工作电流I\(_{F}\)的方法与在电流中串接电流表来测IF，这两种方法哪种更精确一些？
4．为什么实验电路的实验工作频率往往比用公式计算出来的频率要低？(方捷)