基于LabVIEW的二极管伏安特性测量.doc

基于LabVIEW的二极管伏安特性测量（一） 胡启洋 沈阳航空航天大学自动化学院 摘要：本文设计了一个基于LabVIEW的二极管伏安特性测量的系统，使用的方法是电压扫描法，需要外围电路、数据采集器BNC16S以及相应的LabVIEW软件程序相互配合才可进行测量，通过测量和计算出二极管两端的电压和电流，将结果送入软件示波器，来显示二极管的伏安特性曲线。 关键字： 伏安特性；电压扫描法；labVIEW；BNC16S 0. 前言 虚拟仪器技术是基于计算机的仪器及测量技术。与传统技术不同，虚拟仪器技术指在包括数据采集设备的通用计算机的平台，根据需求可以高效地构建起形形色色的测量系统，对大多数用户而言，主要的工作变成了软件设计。虚拟仪器技术突破了传统仪器的局限，可以将许多信号处理的方法方便的应用于测量中，并且为自动测量和网络化测量创造条件。早期的虚拟仪器技术主要用于军事、航空、航天等领域和科研院所，现在已经越来越多地出现在工厂及其他民用场合。虚拟仪器技术反映了当前测量技术的发展方向：涉及面广，包括数学、物理、电工电子技术、计算机软硬件、信号处理及相关专业的测试技术。 LabVIEW(laboratory virtual instrument engineering workbench)是一种图形化的编程语言和开发环境，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，被公认为是标准的数据采集和仪器控制软件。 虚拟仪器的硬件系统由PC 机和数据采集器组成. 数据采集器包括多路开关、放大器、采样/保持器、A/D 转换器以及其它有关电路组成. 这些部分共同配合完成对信号数据的采集、放大以及模/数转换任务.同时数据采集器上的数模转换器（D/A）可用于将计算机输出的数字量转换为模拟量，从而实现控制功能. 数据采集卡的种类非常多，其功能也有很大不同. 使用时可根据需要选择.使用数据采集卡时必须对其性能指标有所了解，主要包括输入通道数、信号输入方式、输入范围、阻抗、A/D 转换器的采样速率和位数、分辨率和精度等. 1. 总体方案设计 电压扫描法测量二级管的伏安特性主要包括硬件电路的连接，数据采集器BNC16S将采集的数据送入软件系统，通过软件程序将采集结果进行处理分类并将其送入XYGraph波形显示器显示输出结果三个大部分。硬件电路由信号源（即电源，由LabVIEW的程序产生）、二极管及限流电阻组成；硬件电路和软件程序通过 数据采集器BNC16S连接，数据采集器采集二极管两端的电压和电阻两端的电压；采集到的数据送入电脑程序，由程序算得通过二极管的电流，将二极管两端的电压信号和通过二极管的电流信号送入波形显示器，得到二极管的伏安特性曲线。 总体的流程图如图1所示： 图1 总体流程框图 1.1硬件电路测量信号的原理 将被测二极管与一个10 kΩ 的电阻串联，得到所需要的测量电路，如图2所示。在输入端口施加电压，令U2为二极管的端电压，流经二极管的电流为U1/R。通过测得这两个数据即可得二极管的伏安特性曲线。该电路非常简单，直接在面包板上连接。 图2 硬件电路 1.2数据采集器BNC16S的采集原理 BNC16S型多功能接口盒各部分的功能。多功能接口盒具有16路单端/8路差分模拟输入，可以测量三种模拟输入信号：差分浮地信号（DIFF_FS）、差分有参考地信号（DIFF_GS）、单端有参考地信号（SINGLE_RSE）。多功能接口盒的信号发生器可以产生正弦波、方波、三角波以及TLL信号，并可通过旋钮调节信号的幅值和频率。该多功能接口盒还具有2路模拟输出。 在关机状态，将BNC16S多功能接口盒与PC机上的数据采集卡联结。如果连接正常，则多功能接口盒上的红色电源指示灯处于点亮状态。将接口盒的信号发生器SOURCE端口与某一模拟输入通道相连。 要将数据采集到计算机里，并对其进行合理的组织，需要构建一个完整的数据采集系统。它包括：传感器和变换器、信号调理设备、数据采集卡、驱动程序、硬件配置管理软件、应用软件和计算机等。使用不同的传感器和变换器可以测量各种不同的物理量，并将它们转化成电信号；信号调理设备可对采集到的信号进行加工，使它们适合数据采集卡等设备的需求；计算机通过数据采集卡等获得测量数据；软件则控制着整个测量系统，它告诉采集设备什么时候从哪个通道获取设备，同时还对原始数据作分析处理，并将最后的结果表示成容易理解的方式。 在该设计中，用输出端口OUT采集LabVIEW程序产生的电压信号，将此信号送入硬件电路充当电路中的电源。设置“0”通道和“1”通道，分别将数据采集器的输入端口IN0和输入端口IN1接在电阻和二极管的一端测量电阻和二极管各自产生的电压信号，再将此信号送给LabVIEW程序。 2. LabVIEW下的程序设计 Basic Function