光电化学测量中光强及闪烁频率可控的led光源系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种光电化学测量中光强及闪烁频率可控的LED光源系统。用于光强调制光电流谱研究的仪器依靠自有设备搭建，缺少具有针对性的集成的LED光源设备。本实用新型包括背景光源、背景光驱动模块、调制光源、调制光驱动模块、功能切换开关和接口；背景光驱动模块依次包括多谐振荡器、计数器74LS161、多路切换开关、或门芯片74LS321/4和LED恒流驱动器PT4115；调制光驱动模块依次包括光耦继电器和加法电路，加法电路的核心为功率放大器。本实用新型光源强度大、亮度稳定且热稳定性好，能有效满足光强可控、闪烁频率可控的测量需求，针对性强、集成度高，可直接实现光电流-时间响应谱的测量和光强调制光电流谱的测量。
【专利说明】光电化学测量中光强及闪烁频率可控的LED光源系统
【技术领域】
[0001]本实用新型属于半导体光电化学测试【技术领域】，具体涉及一种光电化学测量中光强及闪烁频率可控的LED光源系统。
【背景技术】
[0002]近年来，在半导体光电化学研究领域，各种新兴的光电化学研究技术，如半导体材料的光电流-时间响应谱、光强调制光电流谱等测量技术的开发与应用发展极为迅速。其中，光电流-时间响应谱和光强调制光电流谱是研究半导体材料在光电化学反应过程中电荷传递机理和动力学过程的一个强有力工具，是深入理解半导体光电化学过程内在本质的重要手段，对于推动太阳能光伏、光催化、光电化学等领域的研究具有不可忽视的作用。
[0003]我国目前在光强调制光电流谱方面的研究处于初始阶段，用于光强调制光电流谱研究的仪器依靠自有设备搭建，缺少具有针对性的集成的LED光源设备。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的是提供一种光电化学测量中光强及闪烁频率可控的LED光源系统，配合电化学工作站可直接实现光电流-时间响应谱的测量，配合电化学工作站和锁相放大器(或频响分析仪)的条件下可实现光强调制光电流谱的测量。
[0005]本实用新型所采用的技术方案是:
[0006]光电化学测量中光强及闪烁频率可控的LED光源系统，其特征在于:
[0007]包括背景光源、背景光驱动模块、调制光源、调制光驱动模块、功能切换开关和接口 ；背景光源接入背景光驱动模块，调制光源接入调制光驱动模块，背景光驱动模块和调制光驱动模块均接入功能切换开关，接口与调制光驱动模块相接；
[0008]背景光驱动模块依次包括多谐振荡器、计数器74LS161、多路切换开关、或门芯片74LS32 1/4和LED恒流驱动器PT4115 ；LED恒流驱动器PT4115与背景光源相接，或门芯片74LS32 1/4与功能切换开关相接；
[0009]调制光驱动模块依次包括光耦继电器和加法电路，加法电路的核心为功率放大器；光耦继电器接入功能切换开关相接，调制光源接入功率放大器；
[0010]接口的Vcc端接入光耦继电器，GND端和调制信号端接入功率放大器两侧，基准信号接地。
[0011]多谐振荡器包含有定时器555，可变电阻Rsl和电阻Rl串联后接入定时器555，电阻R2、电容Cl、电容C2与Rsl和电阻Rl的串联并联后接入定时器555。
[0012]LED恒流驱动器PT4115上接有可变电阻Rs2，可变电阻Rs2与背景光源并联。
[0013]本实用新型具有以下优点:
[0014]本实用新型中，光源部分包括背景光源和调制光源，均采用大功率全彩LED电子元件作为发光元件，光源强度大、亮度稳定且热稳定性好，能有效满足光强可控、闪烁频率可控的测量需求，针对性强、集成度高，可直接实现光电流-时间响应谱的测量和光强调制光电流谱的测量。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为LED光源排列示意图。
[0016]图2为本实用新型硬件结构图。
[0017]图1中，灰色为调制光源LED，白色为背景光源LED。
【具体实施方式】
[0018]下面结合【具体实施方式】对本实用新型进行详细的说明。
[0019]本实用新型涉及的一种光电化学测量中光强及闪烁频率可控的LED光源系统，包括背景光源、背景光驱动模块、调制光源、调制光驱动模块、功能切换开关和接口。背景光源接入背景光驱动模块，调制光源接入调制光驱动模块，背景光驱动模块和调制光驱动模块均接入功能切换开关，接口与调制光驱动模块相接。
[0020]背景光驱动模块依次包括多谐振荡器、计数器74LS161、多路切换开关、或门芯片74LS32 1/4和LED恒流驱动器PT4115 ；LED恒流驱动器PT4115与背景光源相接，或门芯片74LS32 1/4与功能切换开关相接。多谐振荡器包含有定时器555，可变电阻Rsl和电阻Rl串联后接入定时器555，电阻R2、电容Cl、电容C2与Rsl和电阻Rl的串联并联后接入定时器555。多谐振荡器实现基准脉冲信号的产生，设置的脉冲周期T=0.7(R1+RS1+2R2)C1。计数器芯片74LS161在输出端Q0-Q3分别输出基准脉冲信号的2分频、4分频、8分频及16分频的数字信号，这些数字信号输入到多路切换开关，通过多路切换开关的设置，选择多路分频信号中的I路输出。输出的分频信号与功能切换开关的信号经过或门计算后输入到LED恒流驱动器PT4115的DIM端。当功能切换开关为“O”时，DIM端为多路切换开关选择的阶跃信号，LED恒流驱动器PT4115驱动背景光源实现与DIM端频率相同的闪烁状态；当功能切换开关为“I”时，DIM端为I，LED恒流驱动器PT4115驱动背景光源常亮。LED恒流驱动器PT4115是一款连续电感电流导通模式的降压恒流源，可同时驱动多颗大功率LED，LED恒流驱动器PT4115上接有可变电阻Rs2，可变电阻Rs2与背景光源并联，通过调整可变电阻Rs2的大小，LED恒流驱动器PT4115可输出200mA—1200mA恒定直流，从而实现背景光的亮度(光强)的控制。
[0021]调制光驱动模块依次包括光耦继电器和加法电路，加法电路的核心为功率放大器。光耦继电器接入功能切换开关相接，调制光源接入功率放大器。光耦继电器用于实现对功率放大器电源端的控制。由功率放大器为核心的加法电路实现调制信号与直流基准信号的叠加，实现调制光源在维持一定亮度的基础上，实现明暗的交替变化。通过调整调制信号及直流基准信号的幅值，可调节调制光源光强变化强度与总光源强度(背景光源光强+调制光源光强)的比率。在光电化学测量系统中，为保证测量系统的线性及稳定性，这个比率值一般调整为5%-15%。
[0022]接口的Vcc端接入光耦继电器，GND端和调制信号端接入功率放大器两侧，基准信号接地。
[0023]本实用新型可实现2种工作模式:
[0024]1、调制闪烁模式:
[0025]当功能切换开关切换到调制闪烁模式时，功能切换开关输出状态为“1”，经过或门芯片的计算，LED恒流驱动器PT4115的DM端为“1”，LED恒流驱动器PT4115驱动背景光源常亮；光耦继电器状态为“1”，则功率放大器的电源打开。调制光源LED由功率放大器驱动，功率放大器及周边的电阻等器件组成加法电路，叠加直流基准信号和调制信号。功率放大器将输入的调制信号与直流基准信号叠加输入到调制光源上，在维持调制光源一定亮度的基础上，实现调制光源的明暗交替变化，这个明暗交替的变化由调制信号的变化来控制。为了使光源的亮度与输入的电流成正比关系，系统引入直流基准信号使调制光源能工作在一定亮度下。调制信号一般由外接的锁相放大器产生，信号的频率范围为
0.1Hz-1, 000, OOOHz0本光源系统的调制闪烁模式配合锁相放大器及电化学工作站可以测量半导体材料的光强调制光电流谱。
[0026]2、超低频闪烁模式:
[0027]当功能切换开关切换到超低频闪烁模式时，功能切换开关输出状态为“0”，经过或门芯片的计算，LED恒流驱动器PT4115的DM端为或门另一个输入端的阶跃信号，背景光光源实现与IHM端频率相同的闪烁状态；光耦继电器状态为“0”，则功率放大器的电源关闭，从而使调制光源部分不工作。定时器555芯片及周边电路构成多谐振荡器，产生基准脉冲信号，本实例中周期设置为2 S。计数器74LS161的芯片作为分频信号输出，在输出端分别输出基准脉冲信号的2分频、4分频、8分频及16分频的数字信号，可得到周期为4 s,8 S，16 s及32 s的阶跃信号。这些阶跃信号输入到多路切换开关，通过多路切换开关的设置，选择多路阶跃信号中的I路输出到LED恒流驱动器PT4115的DIM端，从而使背景光源LED实现与阶跃信号同频率闪烁。本光源系统的超低频闪烁模式配合电化学工作站可以测量半导体材料的光电流时间响应曲线。
[0028]本实用新型的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本实用新型说明书而对本实用新型技术方案采取的任何等效的变换，均为本实用新型的权利要求所涵盖。
【权利要求】
1.光电化学测量中光强及闪烁频率可控的LED光源系统，其特征在于: 包括背景光源、背景光驱动模块、调制光源、调制光驱动模块、功能切换开关和接口 ；背景光源接入背景光驱动模块，调制光源接入调制光驱动模块，背景光驱动模块和调制光驱动模块均接入功能切换开关，接口与调制光驱动模块相接； 背景光驱动模块依次包括多谐振荡器、计数器74LS161、多路切换开关、或门芯片74LS32 1/4和LED恒流驱动器PT4115 ；LED恒流驱动器PT4115与背景光源相接，或门芯片74LS32 1/4与功能切换开关相接； 调制光驱动模块依次包括光耦继电器和加法电路，加法电路的核心为功率放大器；光耦继电器接入功能切换开关相接，调制光源接入功率放大器； 接口的Vcc端接入光耦继电器，GND端和调制信号端接入功率放大器两侧，基准信号接地。
2.根据权利要求1所述的光电化学测量中光强及闪烁频率可控的LED光源系统，其特征在于: 多谐振荡器包含有定时器555，可变电阻Rsl和电阻Rl串联后接入定时器555，电阻R2、电容Cl、电容C2与Rsl和电阻Rl的串联并联后接入定时器555。
3.根据权利要求2所述的光电化学测量中光强及闪烁频率可控的LED光源系统，其特征在于: LED恒流驱动器PT4115上接有可变电阻Rs2，可变电阻Rs2与背景光源并联。
【文档编号】F21S2/00GK203979949SQ201420367366
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年7月4日 优先权日:2014年7月4日
【发明者】杨鹰, 宁晓辉, 欧阳鹏, 汤宏胜 申请人:西北大学