基于NI Multisim 10與LabVIEW的單結(jié)晶體管伏安特性測試
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1 用Multisim 10進(jìn)行數(shù)據(jù)采集
Multisim 10的元器件庫提供數(shù)千種電路元器件供實(shí)驗(yàn)選用，虛擬測試儀器儀表種類齊全，有一般實(shí)驗(yàn)用的通用儀器，但沒有晶體管圖示儀，只能測試晶體三極管、PMOS和NMOS伏安特性曲線，不具備測試單結(jié)晶體管的伏安特性的功能?？梢岳肕ultisim 10強(qiáng)大的仿真功能，對單結(jié)晶體管的測試電路進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
1.1 單結(jié)晶體管的測試電路
單結(jié)晶體管的伏安特性測試條件是當(dāng)?shù)诙鶚OB2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中畫出單結(jié)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號線接發(fā)射極E；3號線接第二基極B2；0號線接第一基極B1；電壓源V1和V2的數(shù)值不固定，可在直流掃描時(shí)進(jìn)行修改。
1.2 單結(jié)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，掃描曲線的數(shù)量等于V2直流源的采樣點(diǎn)數(shù)。每條曲線相當(dāng)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。橫坐標(biāo)是V2，縱坐標(biāo)是V(4)電壓(即VE)和I(V3)電流(即IE)，不符合單結(jié)晶體管伏安特性VE與IE之間的關(guān)系曲線，即直流掃描曲線不能直觀地反映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(jié)晶體管測試數(shù)據(jù)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(yàn)數(shù)據(jù)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?yàn)槊總€(gè)點(diǎn)均有橫坐標(biāo)與縱坐標(biāo)的值，所以會出現(xiàn)多次的X-Trace欄。至此，由Multisim10進(jìn)行的數(shù)據(jù)采集工作已經(jīng)結(jié)束。
2 用LabVIEW顯示單結(jié)晶體管伏安特性
LabVIEW的主要特點(diǎn)是用戶可依托計(jì)算機(jī)的資源構(gòu)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，開發(fā)程序都被稱為VI(虛擬儀器)，其擴(kuò)展名默認(rèn)為．vi。所有的VI都包括前面板(front panel)、框圖(block diagram)及圖標(biāo)和連接器窗格(icon and connector pane)3部分。虛擬儀器的交互式用戶接口被稱為前面板，它模仿了實(shí)際儀器的面板。Multisim 10采集的數(shù)據(jù)為Excel電子表格數(shù)據(jù)，1個(gè)點(diǎn)1對坐標(biāo)，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(jié)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(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，可以通過LabVIEW進(jìn)行相應(yīng)數(shù)據(jù)的提取。
2.1 LabVIEW軟件程序開發(fā)
LabVIEW程序設(shè)計(jì)具有結(jié)構(gòu)化和層次化的特征。通過采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，一個(gè)應(yīng)用程序可以分為許多個(gè)相對獨(dú)立的模塊，每個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)特定的功能。通過對模塊的不同管理和組合，可以完成各種復(fù)雜VI的程序設(shè)計(jì)。當(dāng)程序規(guī)模較大，或有多個(gè)相同的處理模塊時(shí)，用戶可以為這些模塊設(shè)計(jì)一個(gè)子程序，即子VI。子VI類似于傳統(tǒng)文本語言的子程序，它可以被多次調(diào)用，而不用重新編寫代碼，這使得設(shè)計(jì)復(fù)雜的重復(fù)性動作變得更加容易，應(yīng)用程序的維護(hù)更加簡單。創(chuàng)建應(yīng)用程序時(shí)，通常從頂層VI開始，為應(yīng)用程序定義輸入和輸出，然后構(gòu)建子VI，完成對流過框圖數(shù)據(jù)流的必要操作。數(shù)據(jù)顯示程序的設(shè)計(jì)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(shù)據(jù)顯示程序結(jié)構(gòu)中子程序介紹
SN TRAN子程序功能：字符串轉(zhuǎn)換子程序，讀取含有以逗號、換行或其他非數(shù)字字符分隔的數(shù)字ASCII字符串，并將其轉(zhuǎn)換為一個(gè)數(shù)組，采用該子程序可以將Multisim 10中采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成LabVIEW中可以讀取的數(shù)據(jù)，其程序框圖如圖4所示。
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