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基于NI Multisim 10與LabVIEW的單結晶體管伏安特性測試
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時(shí)間：2017-02-27
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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單結晶體管是近幾年發(fā)展起來(lái)的一類(lèi)新型電子器件，它具有一種重要的電氣性能，即負阻特性，可以大大簡(jiǎn)化自激多諧振蕩器、階梯波發(fā)生器及定時(shí)電路等多種脈沖產(chǎn)生單元電路的結構，故而應用十分廣泛。了解單結晶體管的伏安特性曲線(xiàn)，是理解及設計含單結晶體管電路工作原理的基礎。在傳統的單結晶體管伏安特性測試實(shí)驗中，通常需要直流電源與晶體管圖示儀兩種設備配合使用，然而圖示儀沒(méi)有相應的器件插孔，測試很不方便。另外，因圖示儀的頻率特性低，無(wú)法顯示單結晶體管伏安特性的負阻區，這給理解其特性曲線(xiàn)帶來(lái)困難?？梢岳肕ultisim 10與LabVIEW結合完整地顯示其特性曲線(xiàn)，且方便于讀取峰點(diǎn)與谷點(diǎn)的電壓及電流值。
1 用Multisim 10進(jìn)行數據采集
Multisim 10的元器件庫提供數千種電路元器件供實(shí)驗選用，虛擬測試儀器儀表種類(lèi)齊全，有一般實(shí)驗用的通用儀器，但沒(méi)有晶體管圖示儀，只能測試晶體三極管、PMOS和NMOS伏安特性曲線(xiàn)，不具備測試單結晶體管的伏安特性的功能?？梢岳肕ultisim 10強大的仿真功能，對單結晶體管的測試電路進(jìn)行數據采集。
1.1 單結晶體管的測試電路
單結晶體管的伏安特性測試條件是當第二基極B2與第一基極B1之間的電壓VBB固定時(shí)，測試發(fā)射極電壓VE和發(fā)射極電流IE之間的關(guān)系。在Multisim 10中畫(huà)出單結晶體管的測試電路，如圖l所示。選取2N6027管為測試管，圖1中4號線(xiàn)接發(fā)射極E；3號線(xiàn)接第二基極B2；0號線(xiàn)接第一基極B1；電壓源V1和V2的數值不固定，可在直流掃描時(shí)進(jìn)行修改。
1.2 單結晶體管測試電路的直流掃描分析
Multisim 10可同時(shí)對2個(gè)直流源進(jìn)行掃描，仿真時(shí)，選擇V2直流源，掃描曲線(xiàn)的數量等于V2直流源的采樣點(diǎn)數。每條曲線(xiàn)相當于V2直流源取某個(gè)電壓值時(shí)，對V1直流源進(jìn)行直流掃描分析所得的曲線(xiàn)。橫坐標是V2，縱坐標是V(4)電壓(即VE)和I(V3)電流(即IE)，不符合單結晶體管伏安特性VE與IE之間的關(guān)系曲線(xiàn)，即直流掃描曲線(xiàn)不能直觀(guān)地反映VE與IE之間的關(guān)系，必須進(jìn)行進(jìn)一步的處理。
1.3 單結晶體管測試數據的后處理
可采用Multisim 10提供的后處理功能與直流掃描功能相配合，將采集的實(shí)驗數據輸出到Excel電子表格中，如圖2所示。在Excel表中，X-Trace欄顯示的是變化的V2電壓值；Y-Trace顯示的是不同V2電壓下，I(V2)的電流值和V(4)的電壓值，因為每個(gè)點(diǎn)均有橫坐標與縱坐標的值，所以會(huì )出現多次的X-Trace欄。至此，由Multisim10進(jìn)行的數據采集工作已經(jīng)結束。
2 用LabVIEW顯示單結晶體管伏安特性
LabVIEW的主要特點(diǎn)是用戶(hù)可依托計算機的資源構建虛擬儀器，以代替實(shí)際儀器完成測試和測量任務(wù)。在LabVIEW中，開(kāi)發(fā)程序都被稱(chēng)為VI(虛擬儀器)，其擴展名默認為．vi。所有的VI都包括前面板(front panel)、框圖(block diagram)及圖標和連接器窗格(icon and connector pane)3部分。虛擬儀器的交互式用戶(hù)接口被稱(chēng)為前面板，它模仿了實(shí)際儀器的面板。Multisim 10采集的數據為Excel電子表格數據，1個(gè)點(diǎn)1對坐標，是輸入電壓V2與I(V2)及輸入電壓V2與V(4)的關(guān)系，而單結晶體管的伏安特性描述的是電壓V(4)，即VE與電流I(V2)，即IE之間的關(guān)系，因此不能直接用Multisim 10采集的數據進(jìn)行顯示，可以通過(guò)LabVIEW進(jìn)行相應數據的提取。
2.1 LabVIEW軟件程序開(kāi)發(fā)
LabVIEW程序設計具有結構化和層次化的特征。通過(guò)采用模塊化的設計方法，一個(gè)應用程序可以分為許多個(gè)相對獨立的模塊，每個(gè)模塊實(shí)現特定的功能。通過(guò)對模塊的不同管理和組合，可以完成各種復雜VI的程序設計。當程序規模較大，或有多個(gè)相同的處理模塊時(shí)，用戶(hù)可以為這些模塊設計一個(gè)子程序，即子VI。子VI類(lèi)似于傳統文本語(yǔ)言的子程序，它可以被多次調用，而不用重新編寫(xiě)代碼，這使得設計復雜的重復性動(dòng)作變得更加容易，應用程序的維護更加簡(jiǎn)單。創(chuàng )建應用程序時(shí)，通常從頂層VI開(kāi)始，為應用程序定義輸入和輸出，然后構建子VI，完成對流過(guò)框圖數據流的必要操作。數據顯示程序的設計層次如圖3所示，圖中自創(chuàng )文件主要有三個(gè)，低層文件SN TRAN、中層文件SM、高層文件UTJ VI。
2.1.1 數據顯示程序結構中子程序介紹
SN TRAN子程序功能：字符串轉換子程序，讀取含有以逗號、換行或其他非數字字符分隔的數字ASCII字符串，并將其轉換為一個(gè)數組，采用該子程序可以將Multisim 10中采集的數據轉換成LabVIEW中可以讀取的數據，其程序框圖如圖4所示。
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