虚拟晶体管特性图示仪的设计

广东省电子电器产品监督检验所 刘林冲

一、系统结构

虚拟仪器主要是由计算机、信号调理、数据采集、总线接口和测控软件 组成。其显著特色是可使用相同的硬件系统，通过不同的软件就可以实现功能完全不同的各种测量测试仪器。虚拟仪器技术最核心的思想，使本来需要硬件实现的技术软件化(虚拟化)。虚拟仪器就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。

为了实现对晶体管特性的测量，采用基于USB总线接口高速数据采集卡，电路框图如图1所示。

采用带USB总线的DAQ接口电路由CY7C68013单片机来完成。数据采集卡还包括了16通道的A/D转换器、4路D/A转换器和32位数字I/O口以及3个32位定时器/计数器。A/D转换器AD7665基于Pulsar内核的16位、570kSPS、电荷再分配SAR型模数转换器（ADC），AD7665具有三种采样模式：极高采样速率模式（Warp模式）；快速模式（正常模式）适用于异步转换速率应用；低功耗模式（脉冲模式），适用于低功耗应用，其功耗与吞吐量呈比例关系。在一般场合，能满足数据采集要求。

二、二极管伏安特性测量仪的实现

1.测量原理

满足欧姆定律U=RI的电阻，若加在其两端的电压U与通过电阻的电流I成线性关系，这种电阻成为线性电阻。但某些器件电压与电流不成线性关系，称这些器件为非线性器件。非线性器件的电阻值用微分电阻表示：

图1 采用USB接口的数据采集卡

图3 二极管伏安特性测量程序流程图

它表示电压随电流的变化率，又叫动态电阻或特性电阻。动态电阻的伏安特性总是与一定的物理过程相联系，如发热、发光、能级跃迁等。

器件的特性用施加到器件两端的电压U和流过器件的电流I之间的函数关系来表示，这种U-I关系称为器件的伏安关系，如果把伏安关系在U-I平面上描述，则称伏安特性曲线。

图2是二极管伏安特性测量辅助电路。图中AO1为数据采集卡的模拟输出，AI0为模拟输入，GND为模拟地。Rd为标准限流电阻，D为被测二极管。通过AO1连续输出不断增大的电压，同时AI0不断读入二极管两端的电压值，流过二极管的电流与串联精密电阻RD的电流相等，所以：

最后以Vd(=UAI0)为横坐标，Id为纵坐标，绘制出二极管伏安特性曲线。

2.程序流程图

采用LabVIEW编程的二极管伏安特性曲线测量程序流程图如图3所示。

3.仪器面板

虚拟二极管伏安特性测量仪面板如图4所示。

三、三极管输出特性曲线

1.测量原理

图2 二极管伏安特性测量方案

图4 虚拟二极管伏安特性测量仪面板

图5 三极管输出特性测量方案

图5 .4 虚拟三极管输出特性测量仪面板

图6 三极管输出特性测量程序流程图

三极管输出特性测量方案如图5所示。RC和Rb为标准固定电阻，AO1和AO2为数据采集卡模拟输出，AI0为模拟输入。程控使AO1通道输出按阶梯规律不断增大跳跃的电压，使被测三极管的基极流过阶梯型电流Ib，对应于基极的每一个电流值，AO2输出线性增长的电压，是三极管集电极流过按一定规律的增大的电流。然后从AI0读入UCE电压值，集电极电流为：

根据UCE、IC和Ib就可绘制三极管输出特性曲线。

2.程序流程图

采用LabVIEW编程的三极管输出特性曲线测量程序流程图如图4所示。

3.仪器面板

虚拟三极管输出特性测量仪面板如图5.4所示。

四、总结

实践证明，利用虚拟仪器技术来实现晶体管特性测量，成本低廉、功能强大、数据准确。

虚拟仪器的核心是软件，用户根据测试要求来编写和重组测试系统模块，可以大幅提升和扩展仪器功能，满足测试的不同要求。

[1]陆绮荣.基于虚拟仪器技术个人实验室的构建[M].电子工业出版社,2006,10.

[2]涂时亮等.单片微机软件设计技术[M].科学文献出版社重庆分社,1988.

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