基于LABVIEW的光电三极管伏安特性研究

李晓波

摘 要：本文借助虚拟仪器LABVIEW平台，对光电三极管的伏安特性进行了模拟仿真实现。首先，文章在理论上给出了光电三极管伏安特性公式，然后，文章就如何在虚拟平台LABVIEW下，对光电三级管的伏安特性仿真进行了详细论述。最后，文章把得到的结论进一步推广，给出了在此虚拟平台下模拟其它光电器件特性的一般步骤。

关键词：LABVIEW 光电三极管 伏安特性 虚拟仿真

引言

本文结合我校光电技术课程的实际情况，将虚拟仪器LABVIEW引入到光电实验中来。这不仅是LABVIEW虚拟技术在更加广泛的应用领域内的扩展，也是将LABVIEW虚拟平台用于对光电技术课程教学研究优化的尝试。

一、光电三级管伏安特性概述

光电三级管的伏安特性就是指：光电三极管两个电极间电压与其输出电流之间的关系，这种关系与随光照条件不同发生不同的变化。无光照条件下，光电三极管内部仍然有电流流过，也就是我们所说的暗电流，实际上是光电三极管集电极与发射極之间的穿透电流，其值Iceo=（1+hEF）Io，可见光电三极管的暗电流比光电二级管大，由此可知光电三极管相比于光电二极管有更高的灵敏度。

1.三极管的输入特性

通过查阅相关资料可以得知，当Ube较小时同时Uce等于零时，即光电三极管的基极与发射极之间的电压较小同时光电三极管集电极与发射极之间的电压为零时，输入特性满足以下指数关系：

上式中Ib被称为反向饱和电流，它是一个很小的量，通过查阅相关数据我们发现其数值一般小于0.3微安，在这里为了方便对输入特性的模拟，将他作为0.3微安计算。在常温（300K）下，式子中的UT为一个定值，通过查阅相关数据UT=0.026V。

2.三极管的输出特性

输出特性曲线是在不同光照条件下表示Ic与Uce之间关系的曲线图。实际实验中我们先固定一个光照条件，通过改变集电极与发射极之间的电压Uce，测量电流Ic绘制曲线图就可以得到输出特性曲线。

光电三极管的输出特性数学表达式如下：

在数学表达式中I0为反向饱和电流这里与输入特性模拟相同。这里取0.3微安，q为电子电量，K为玻尔兹曼常数，T为热力学温度，β表示三级管的放大倍数，通过查阅资料可得q=1.6×10-19C，K=1.38×10-23，为了方便模拟我们设温度为300K。式子中β和IL随光照变化，在相同的光照条件下为定值，在模拟中改变光照度的设定进行多次模拟。

二、基于LABVIEW的伏安特性可行性分析

LABVIEW系统是一个包含图形，标志性编程技术的软件程序。它使编程形式更加透明，并且处理程序对用户可见。来自其他数据采集程序的是图形编程语言（“G”）。 它配备了一个庞大的功能库它包含了数学，统计和数字信号处理（DSP）等各个方面的图形编程语言可以说十分全面，全面的功能库让工程师在编写程序时可以直接选用方便直观又节省时间，新手编程时这些功能库内的图形基本上就能帮助他完成一个程序。图形编程意味着语句，变量和函数由屏幕图标和“线”表示，而不是文本行，这样一来我们可以直观的了解编程的逻辑，通过线和图形的走向来了解程序的运算过程，不论是在设计还是在检查错误的过程中都十分有帮助。在LABVIEW程序的运行过程中不像其他程序编程都是文本语句运行需要一句一句来按从上至下的固定顺序，而是由生成的数据（面向数据流）控制。

光电三极管伏安特性中无论输入还是输出特性都具有明确的计算公式，完全可以依照LABVIEW以上的特点和功能得以实现。

三、在LABVIEW平台下对三极管伏安特性的模拟

在本次模拟中将用到LABVIEW中的部分函数和控件，通过函数完成公式程序的编写，运用控件实现XY图

1.光电三极管输入特性模拟

（1）在LABVIEW中运用函数编程功能编辑特性公式，（2）输入变量Ube如图2。（3）输入X轴坐标。（4）捆绑xy轴坐标值输入xy图，组合得到完整程序图。（5）利用程序运行结果。本文选择的是XY图，以电压Ube为X轴，以输入电流为Y轴作图，运行结果如图5。

观察上图可以发现，电压从0.6伏开始，随电压增大电流快速增大，这与理论结果相符。

2.光电三级管输出特性模拟

同理可以得到输出特性程序图，如图3所示。

通过程序的细微修改可以模拟不同光照条件下的输出伏安特性曲线图，将电压Uce作为X轴，电流作为Y轴。本次模拟选择了对三个光照强度下的伏安特性进行模拟分别是1000Lx，2000Lx，4000Lx。模拟结果放入XY图中，1000Lx效果如图7，2000Lx效果如图8，5000Lx 效果如图9。

四、结论

虚拟仪器LABVIEW不仅可以用于光电三级管伏安特性的模拟，虚拟仪器LABVIEW不仅可以用于光电三级管伏安特性的模拟，同时可以将其扩展到其它光电器件的特性模拟中。通过研究总结出以下普遍步骤：（1）熟知要模拟的光电器件的特性。（2）通过近似等方法简化出关于特性的具体公式。（3）运用虚拟仪器LABVIEW图形语言即G语言进行编程，得到完整的程序图。（4）运行程序获得效果图，根据理论进行分析。

参考文献

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