基于LABVIEW的光電三極管伏安特性研究

李曉波

摘 要：本文借助虛擬儀器LABVIEW平臺，對光電三極管的伏安特性進行了模擬仿真實現。首先，文章在理論上給出了光電三極管伏安特性公式，然后，文章就如何在虛擬平臺LABVIEW下，對光電三級管的伏安特性仿真進行了詳細論述。最后，文章把得到的結論進一步推廣，給出了在此虛擬平臺下模擬其它光電器件特性的一般步驟。

關鍵詞：LABVIEW 光電三極管 伏安特性 虛擬仿真

引言

本文結合我校光電技術課程的實際情況，將虛擬儀器LABVIEW引入到光電實驗中來。這不僅是LABVIEW虛擬技術在更加廣泛的應用領域內的擴展，也是將LABVIEW虛擬平臺用于對光電技術課程教學研究優化的嘗試。

一、光電三級管伏安特性概述

光電三級管的伏安特性就是指：光電三極管兩個電極間電壓與其輸出電流之間的關系，這種關系與隨光照條件不同發生不同的變化。無光照條件下，光電三極管內部仍然有電流流過，也就是我們所說的暗電流，實際上是光電三極管集電極與發射極之間的穿透電流，其值Iceo=（1+hEF）Io，可見光電三極管的暗電流比光電二級管大，由此可知光電三極管相比于光電二極管有更高的靈敏度。

1.三極管的輸入特性

通過查閱相關資料可以得知，當Ube較小時同時Uce等于零時，即光電三極管的基極與發射極之間的電壓較小同時光電三極管集電極與發射極之間的電壓為零時，輸入特性滿足以下指數關系：

上式中Ib被稱為反向飽和電流，它是一個很小的量，通過查閱相關數據我們發現其數值一般小于0.3微安，在這里為了方便對輸入特性的模擬，將他作為0.3微安計算。在常溫（300K）下，式子中的UT為一個定值，通過查閱相關數據UT=0.026V。

2.三極管的輸出特性

輸出特性曲線是在不同光照條件下表示Ic與Uce之間關系的曲線圖。實際實驗中我們先固定一個光照條件，通過改變集電極與發射極之間的電壓Uce，測量電流Ic繪制曲線圖就可以得到輸出特性曲線。

光電三極管的輸出特性數學表達式如下：

在數學表達式中I0為反向飽和電流這里與輸入特性模擬相同。這里取0.3微安，q為電子電量，K為玻爾茲曼常數，T為熱力學溫度，β表示三級管的放大倍數，通過查閱資料可得q=1.6×10-19C，K=1.38×10-23，為了方便模擬我們設溫度為300K。式子中β和IL隨光照變化，在相同的光照條件下為定值，在模擬中改變光照度的設定進行多次模擬。

二、基于LABVIEW的伏安特性可行性分析

LABVIEW系統是一個包含圖形，標志性編程技術的軟件程序。它使編程形式更加透明，并且處理程序對用戶可見。來自其他數據采集程序的是圖形編程語言（“G”）。 它配備了一個龐大的功能庫它包含了數學，統計和數字信號處理（DSP）等各個方面的圖形編程語言可以說十分全面，全面的功能庫讓工程師在編寫程序時可以直接選用方便直觀又節省時間，新手編程時這些功能庫內的圖形基本上就能幫助他完成一個程序。圖形編程意味著語句，變量和函數由屏幕圖標和“線”表示，而不是文本行，這樣一來我們可以直觀的了解編程的邏輯，通過線和圖形的走向來了解程序的運算過程，不論是在設計還是在檢查錯誤的過程中都十分有幫助。在LABVIEW程序的運行過程中不像其他程序編程都是文本語句運行需要一句一句來按從上至下的固定順序，而是由生成的數據（面向數據流）控制。

光電三極管伏安特性中無論輸入還是輸出特性都具有明確的計算公式，完全可以依照LABVIEW以上的特點和功能得以實現。

三、在LABVIEW平臺下對三極管伏安特性的模擬

在本次模擬中將用到LABVIEW中的部分函數和控件，通過函數完成公式程序的編寫，運用控件實現XY圖

1.光電三極管輸入特性模擬

（1）在LABVIEW中運用函數編程功能編輯特性公式，（2）輸入變量Ube如圖2。（3）輸入X軸坐標。（4）捆綁xy軸坐標值輸入xy圖，組合得到完整程序圖。（5）利用程序運行結果。本文選擇的是XY圖，以電壓Ube為X軸，以輸入電流為Y軸作圖，運行結果如圖5。

觀察上圖可以發現，電壓從0.6伏開始，隨電壓增大電流快速增大，這與理論結果相符。

2.光電三級管輸出特性模擬

同理可以得到輸出特性程序圖，如圖3所示。

通過程序的細微修改可以模擬不同光照條件下的輸出伏安特性曲線圖，將電壓Uce作為X軸，電流作為Y軸。本次模擬選擇了對三個光照強度下的伏安特性進行模擬分別是1000Lx，2000Lx，4000Lx。模擬結果放入XY圖中，1000Lx效果如圖7，2000Lx效果如圖8，5000Lx 效果如圖9。

四、結論

虛擬儀器LABVIEW不僅可以用于光電三級管伏安特性的模擬，虛擬儀器LABVIEW不僅可以用于光電三級管伏安特性的模擬，同時可以將其擴展到其它光電器件的特性模擬中。通過研究總結出以下普遍步驟：（1）熟知要模擬的光電器件的特性。（2）通過近似等方法簡化出關于特性的具體公式。（3）運用虛擬儀器LABVIEW圖形語言即G語言進行編程，得到完整的程序圖。（4）運行程序獲得效果圖，根據理論進行分析。

參考文獻

[1]張瀟雪.虛擬儀器及其在電工電子實驗中的應用[M].湖南：中南工業大學出版社，2001.04

[2] R. Young.LED Measurement Instrumentation[J].CIE Advanced LED Seminar，2001

[3]王海寶.虛擬儀器程序設計與應用[M].四川：西南交通大學出版社，2005.04

[4]川侯國屏，王..ubvlEw7.1編程與虛擬儀器設計[M].北京：清華大學出版社，2005.12endprint