一种基于虚拟仪器平台的电子元器件特性曲线测量仪设计

2019-03-13徐善岗

科技与创新 2019年4期

薛鹏，徐善岗，陈亮

（淮安信息职业技术学院，江苏淮安 223003）

1 系统框图与硬件设计

电子元器件种类繁多，特性复杂，本设计能直观地描绘出它们的特性曲线。测量仪工作原理是利用虚拟仪器模块产生激励信号，加载在被测元器件的单元电路上，检测其电路响应得出特性曲线。系统由模拟输入模块NI9221与模拟输出模块NI9263构成，被测元器件根据其特性设计不同的单元电路。NI9263输出激励信号加载在电路上，并通过NI9221在典型测量点采集响应信号。通过对采集数据的处理、运算，可以得出不同元器件的参数、响应函数及特性曲线。

2 软件设计与采样算法

系统界面如图1所示，具体测量对象可由下方选择，并配置“电源指示灯”与“测试过程指示灯”，表明当前的工作状态。每种类型元器件有独立的测试界面，配有测量原理图与波形图，能够直观地展示被测元器件的特性。

图1 系统操作界面图

系统支持更换采集设备，能够方便地切换端口适应新换设备。具体的测量设定与更底层、更丰富的参数可以通过子VI界面调整。

LabVIEW控制NI9263输出指定波形，并控制NI9221在对应位置采集电压信号，再进行相关数据处理。需要指出的是，为了提高采样的准确率，需要进行多次采样，去除极值后求均值作为测量值。另外，一次采样中有重复的部分，也可以进行波形“折叠”，提高测量精度。

3 元器件测试

常见元器件一般有2～3个引脚，比如电阻、电容、二极管、三极管等，测试电容充电曲线和其他元器件的伏安特性，测试电路如图2所示。针对不同的元器件及参数，采用不同的激励信号与处理方法，直观展现该元器件的特性。

图2 两端元件测试电路

3.1 电容测试

电容是一种双端元器件，主要特性曲线为充放电曲线，如图3所示。将电容与电阻串联，并给电路加载阶跃激励信号，检测电容在此激励下的响应。信号采集点为A、B，则

图3 电容测试响应波形

3.2 电阻和二极管测试

电阻和二极管的测试电路与电容相同，区别在于加载正弦振荡激励信号，检测这两种元器件的伏安特性。Uab=Ua，R为电阻阻值，测得响应曲线如图4所示。

图4 稳压二极管测得的伏安特性曲线

3.3 三极管测试

三极管是一种三端元器件，其特性曲线较多，这里主要测试其集电极与射极间的伏安特性。三极管测试电路如图5所示，为共射极单管放大电路。

图5 三极管测量电路

测量NPN型三极管时，在C处施加正弦正向全波整流信号，在B处施加阶梯电压，使其能够在每个C处半波周期内保持不变。如果被测三极管为PNP型，则将波形反向，取负值即可。检测C与E处电压信号，通过计算可知集电极与射极间电压Uce=Uc－Ue=UC－UE，集电极电流Ic=Ie=，R为射极电阻阻值。根据系统设计，采用NPN型三极管9012为代表测量，其特性曲线如图6所示。