一種基于虛擬儀器平臺的電子元器件特性曲線測量儀設計

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)框圖與硬件設計

電子元器件種類繁多，特性復雜，本設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)支持更換采集設備，能夠方便地切換端口適應新?lián)Q設備。具體的測量設定與更底層、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。本設計能夠便捷測量出元器件的特性曲線，除了能夠服務初學者學習電類課程，還能夠作為電子設計的輔助工具。

圖6 9012集電極與射極間伏安特性曲線