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        一種基于虛擬儀器平臺的電子元器件特性曲線測量儀設(shè)計

        2019-03-13 01:21:38徐善崗
        科技與創(chuàng)新 2019年4期
        關(guān)鍵詞:測量信號

        薛 鵬,徐善崗,陳 亮

        (淮安信息職業(yè)技術(shù)學院,江蘇 淮安 223003)

        1 系統(tǒng)框圖與硬件設(shè)計

        電子元器件種類繁多,特性復雜,本設(shè)計能直觀地描繪出它們的特性曲線。測量儀工作原理是利用虛擬儀器模塊產(chǎn)生激勵信號,加載在被測元器件的單元電路上,檢測其電路響應得出特性曲線。系統(tǒng)由模擬輸入模塊NI9221與模擬輸出模塊NI9263構(gòu)成,被測元器件根據(jù)其特性設(shè)計不同的單元電路。NI9263輸出激勵信號加載在電路上,并通過NI9221在典型測量點采集響應信號。通過對采集數(shù)據(jù)的處理、運算,可以得出不同元器件的參數(shù)、響應函數(shù)及特性曲線。

        2 軟件設(shè)計與采樣算法

        系統(tǒng)界面如圖1所示,具體測量對象可由下方選擇,并配置“電源指示燈”與“測試過程指示燈”,表明當前的工作狀態(tài)。每種類型元器件有獨立的測試界面,配有測量原理圖與波形圖,能夠直觀地展示被測元器件的特性。

        圖1 系統(tǒng)操作界面圖

        系統(tǒng)支持更換采集設(shè)備,能夠方便地切換端口適應新?lián)Q設(shè)備。具體的測量設(shè)定與更底層、更豐富的參數(shù)可以通過子VI界面調(diào)整。

        LabVIEW控制NI9263輸出指定波形,并控制NI9221在對應位置采集電壓信號,再進行相關(guān)數(shù)據(jù)處理。需要指出的是,為了提高采樣的準確率,需要進行多次采樣,去除極值后求均值作為測量值。另外,一次采樣中有重復的部分,也可以進行波形“折疊”,提高測量精度。

        3 元器件測試

        常見元器件一般有2~3個引腳,比如電阻、電容、二極管、三極管等,測試電容充電曲線和其他元器件的伏安特性,測試電路如圖2所示。針對不同的元器件及參數(shù),采用不同的激勵信號與處理方法,直觀展現(xiàn)該元器件的特性。

        圖2 兩端元件測試電路

        3.1 電容測試

        電容是一種雙端元器件,主要特性曲線為充放電曲線,如圖3所示。將電容與電阻串聯(lián),并給電路加載階躍激勵信號,檢測電容在此激勵下的響應。信號采集點為A、B,則

        圖3 電容測試響應波形

        3.2 電阻和二極管測試

        電阻和二極管的測試電路與電容相同,區(qū)別在于加載正弦振蕩激勵信號,檢測這兩種元器件的伏安特性。Uab=Ua,R為電阻阻值,測得響應曲線如圖4所示。

        圖4 穩(wěn)壓二極管測得的伏安特性曲線

        3.3 三極管測試

        三極管是一種三端元器件,其特性曲線較多,這里主要測試其集電極與射極間的伏安特性。三極管測試電路如圖5所示,為共射極單管放大電路。

        圖5 三極管測量電路

        測量NPN型三極管時,在C處施加正弦正向全波整流信號,在B處施加階梯電壓,使其能夠在每個C處半波周期內(nèi)保持不變。如果被測三極管為PNP型,則將波形反向,取負值即可。檢測C與E處電壓信號,通過計算可知集電極與射極間電壓Uce=Uc-Ue=UC-UE,集電極電流Ic=Ie=,R為射極電阻阻值。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計,采用NPN型三極管9012為代表測量,其特性曲線如圖6所示。

        4 結(jié)束語

        本設(shè)計測量的原理是依據(jù)信號生成的理論與誤差處理的方法,根據(jù)被測對象生成恰當?shù)募钚盘枺⑹┘佑诒粶y元器件的單元電路上,然后采集其電路響應的數(shù)據(jù),再通過處理和運算得出特性曲線。本設(shè)計能夠便捷測量出元器件的特性曲線,除了能夠服務(wù)初學者學習電類課程,還能夠作為電子設(shè)計的輔助工具。

        圖6 9012集電極與射極間伏安特性曲線

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