虛擬晶體管特性圖示儀的設計

廣東省電子電器產(chǎn)品監(jiān)督檢驗所 劉林沖

一、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

虛擬儀器主要是由計算機、信號調(diào)理、數(shù)據(jù)采集、總線接口和測控軟件 組成。其顯著特色是可使用相同的硬件系統(tǒng)，通過不同的軟件就可以實現(xiàn)功能完全不同的各種測量測試儀器。虛擬儀器技術(shù)最核心的思想，使本來需要硬件實現(xiàn)的技術(shù)軟件化(虛擬化)。虛擬儀器就是利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動化的應用。

為了實現(xiàn)對晶體管特性的測量，采用基于USB總線接口高速數(shù)據(jù)采集卡，電路框圖如圖1所示。

采用帶USB總線的DAQ接口電路由CY7C68013單片機來完成。數(shù)據(jù)采集卡還包括了16通道的A/D轉(zhuǎn)換器、4路D/A轉(zhuǎn)換器和32位數(shù)字I/O口以及3個32位定時器/計數(shù)器。A/D轉(zhuǎn)換器AD7665基于Pulsar內(nèi)核的16位、570kSPS、電荷再分配SAR型模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），AD7665具有三種采樣模式：極高采樣速率模式（Warp模式）；快速模式（正常模式）適用于異步轉(zhuǎn)換速率應用；低功耗模式（脈沖模式），適用于低功耗應用，其功耗與吞吐量呈比例關(guān)系。在一般場合，能滿足數(shù)據(jù)采集要求。

二、二極管伏安特性測量儀的實現(xiàn)

1.測量原理

滿足歐姆定律U=RI的電阻，若加在其兩端的電壓U與通過電阻的電流I成線性關(guān)系，這種電阻成為線性電阻。但某些器件電壓與電流不成線性關(guān)系，稱這些器件為非線性器件。非線性器件的電阻值用微分電阻表示：

圖1 采用USB接口的數(shù)據(jù)采集卡

圖3 二極管伏安特性測量程序流程圖

它表示電壓隨電流的變化率，又叫動態(tài)電阻或特性電阻。動態(tài)電阻的伏安特性總是與一定的物理過程相聯(lián)系，如發(fā)熱、發(fā)光、能級躍遷等。

器件的特性用施加到器件兩端的電壓U和流過器件的電流I之間的函數(shù)關(guān)系來表示，這種U-I關(guān)系稱為器件的伏安關(guān)系，如果把伏安關(guān)系在U-I平面上描述，則稱伏安特性曲線。

圖2是二極管伏安特性測量輔助電路。圖中AO1為數(shù)據(jù)采集卡的模擬輸出，AI0為模擬輸入，GND為模擬地。Rd為標準限流電阻，D為被測二極管。通過AO1連續(xù)輸出不斷增大的電壓，同時AI0不斷讀入二極管兩端的電壓值，流過二極管的電流與串聯(lián)精密電阻RD的電流相等，所以：

最后以Vd(=UAI0)為橫坐標，Id為縱坐標，繪制出二極管伏安特性曲線。

2.程序流程圖

采用LabVIEW編程的二極管伏安特性曲線測量程序流程圖如圖3所示。

3.儀器面板

虛擬二極管伏安特性測量儀面板如圖4所示。

三、三極管輸出特性曲線

1.測量原理

圖2 二極管伏安特性測量方案

圖4 虛擬二極管伏安特性測量儀面板

圖5 三極管輸出特性測量方案

圖5 .4 虛擬三極管輸出特性測量儀面板

圖6 三極管輸出特性測量程序流程圖

三極管輸出特性測量方案如圖5所示。RC和Rb為標準固定電阻，AO1和AO2為數(shù)據(jù)采集卡模擬輸出，AI0為模擬輸入。程控使AO1通道輸出按階梯規(guī)律不斷增大跳躍的電壓，使被測三極管的基極流過階梯型電流Ib，對應于基極的每一個電流值，AO2輸出線性增長的電壓，是三極管集電極流過按一定規(guī)律的增大的電流。然后從AI0讀入UCE電壓值，集電極電流為：

根據(jù)UCE、IC和Ib就可繪制三極管輸出特性曲線。

2.程序流程圖

采用LabVIEW編程的三極管輸出特性曲線測量程序流程圖如圖4所示。

3.儀器面板

虛擬三極管輸出特性測量儀面板如圖5.4所示。

四、總結(jié)

實踐證明，利用虛擬儀器技術(shù)來實現(xiàn)晶體管特性測量，成本低廉、功能強大、數(shù)據(jù)準確。

虛擬儀器的核心是軟件，用戶根據(jù)測試要求來編寫和重組測試系統(tǒng)模塊，可以大幅提升和擴展儀器功能，滿足測試的不同要求。

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