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什么是信号源测量单元?

发布时间:2021-03-29    来源:亚博APP安全有保障26590

本文摘要:信号源测量单元(SMU)是一种将信号源功能和测量功能融合在同一插槽或连接器上的仪器。

信号源测量单元(SMU)是一种将信号源功能和测量功能融合在同一插槽或连接器上的仪器。它可以获取电压或电流,并同时测量电压和/或电流。它将电源或函数发生器、数字万用表(DMM)或示波器、电流源及电子负载的功能构建到单个密切实时的仪器中。

图1.一个ADALM1000SMU地下通道的框图。ADALM1000本质上是一款信号源测量单元,但也可将其视作独立国家的示波器和函数发生器。

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但当分而视之时,由于输入功能(发生器)和输出功能(示波器)共用一个插槽,因此一次不能用于一个功能。可编程信号源测量单元为什么很最重要?对于某些类型的测试,可编程仪器有可能并不最重要。您有可能只想加载一次或少量次数。

但有很多情况下,有可能必须搜集大量数据,以便分解性能随时间变化的曲线或图表。不过,手动操作者的话不会十分耗时且更容易错误。还有大量有所不同的实验拒绝自动搜集数据以取得更加较慢或更加精确的测量结果,或者提供宽时间尺度(数月甚至几年)的测量结果。

此时,您认同必须一台计算机来搜集数据并将其给定到数据库中展开分析。为什么必须胜电压?不是所有实验都必须胜电压,在某些情况下,您可以防止用于。但是,如果产生于是以电压或负电压,许多有所不同类型的器件不会以有所不同方式工作。

为充份理解此类器件的工作原理,我们必须需要转变所产生电压的符号。ADALM1000中的每个SMU地下通道不能产生0V至5V的电压(相对于地)。

它获取相同的2.5V和5V输入,这些输入既能流入电流,也能排出电流。DUT可以相连在2.5V输入和SMU输入之间,而不是短路,以将DUT电压从–2.5V扫瞄到+2.5V。此外,由于ADALM1000有两个SMU,所以DUT可以相连两个SMU输入之间。

一个地下通道从0V扫瞄到5V,另一个地下通道从5V扫瞄到0V,DUT两端的电压乃是从–5V到+5V。荐个例子,考虑到一个二极管——这种器件仅有容许电流沿一个方向通过其中。为了评估二极管否长时间工作,我们必须想到两个方向的电流否皆能通过其中。检查方法有两种。

我们可以在一个方向测量二极管,再行手动改向,测量另一个方向,然后将数据人组在一起。然而,如果我们产生于是以电压和负电压,那么只需测量电流就行了。事实上,这种技术十分简单,经常被用来密切相关很多具备类二极管不道德的器件,太阳能电池和发光二极管就是很好的例子。

图2表明如何将二极管相连到ADALM1000以扫瞄–5V至+5V电压。图2.从–5V到+5V扫瞄二极管。地下通道A编程为从0V扫瞄至5V,而地下通道B编程为从5V扫瞄至0V,地下通道间的差值经常出现在电阻两端,用作容许电流和二极管。时域波形如图3右图。

绿色曲线是地下通道A电压,橙色曲线是地下通道B电压,黄色曲线是地下通道B电流(地下通道A电流并未表明,其与地下通道B电流恰好忽略)。图3.电压和电流波形与时间的关系。我们可以将这些测量数据彼此对照以绘制成图,并同时展开一些非常简单的数学计算。

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我们想要绘制的是通过二极管的电流与二极管两端电压的关系。为了计算出来二极管两端的电压,我们可以从地下通道A和地下通道B的电压之差中乘以电阻上的压降(V=I×R)。

下面的Python方程式(用在ALICE中)可继续执行该计算出来:其中100为电阻的值。二极管电流与该方程式的关系曲线如图4右图。图4.二极管电流与–5V至+5V电压的关系。

信号源测量单元有何用途?许多日常物品都会通过SMU展开测试,作为工厂测试和质量掌控流程的一部分。家中灯光用于的LED灯和屋顶上加装的太阳能面板,都已利用SMU展开测试,这是生产过程的一部分。ADALM1000专门正在研究下一代电子设备的工程专业学生用于而设计。

从碳纳米管、量子阱异质结构到生物膜、生物传感器,要理解大量材料和器件如何导电,必需用于SMU。简言之,您可以利用ADALM1000去理解任何器件在DC或低频、–5V至+5V电压范围内的电气特性,并测量±0.1mA至180mA的电流。能否荐一个必须信号源测量单元的明确测量例子?以太阳能电池为事例。

在研究实验室,工程师们正在找寻让太阳能电池效率更高、成本更加较低的方法。为理解太阳能电池的工作效能,实验室生产了一种小型测试器件,其尺寸有可能只有几平方毫米到几平方厘米,然后密切相关其性能。这些测试电池太小,足以产生多达灯光功率(例如单个LED)的任何能用功率,但它们不足以密切相关基本工作范围和效率。

作为例子的这家实验室使用ADALM1000测量小型太阳能电池。太阳能电池的关键特性是其将太阳能转化成为电能的效率。为此,可以用未知强度的光太阳光测试电池,然后测量每单位面积产生的电功率。

功率相等电压除以电流,所以从测量所产生的端电压(V)和电流(I)开始。要测量所产生的电压,可以在太阳光的时候将一个电压表相连在电池端子上。

某种程度,在电池端子上相连一个电流表可以测量电流。将测出的电流除以太阳能电池的面积,之后获得电流密度。

但有一个问题:用电流(或电流密度)除以电压不能告诉他我们,如果我们有一个理想器件,可以产生多少功率(或单位面积的功率)。原因是电压表的内阻完全是无限大,都只它测量电压时,会有电流流到。

这种情况下产生的是零功率(测算电压×零电流=零)。这种测量称作开路电压测量。

类似于地,当把电流表放到端子上测量电流时,我们是在太阳能电池短路的情况下测试电池,因为电流表的内阻完全为零。在这种情况下,不存在电流但并未产生电压。某种程度会产生任何功率(测算电流×零电压=零)。这种测量称作短路电流测量。

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对于任何实际的太阳能电池,其输入电压将各不相同所产生的电流大小,这就是为什么用于SMU的原因——在测量电流变化的同时可以转变电压。图5表明了某一小型太阳能电池(来自太阳能庭院灯的3cm×3cm太阳能电池)的典型IV曲线。电流转入SMU地下通道(被其吸取),所以电流为负值。

0V时的电流是短路电流,0电流时的电压是开路电压。图5.太阳能电池I与V的曲线。x轴:电压(V);y轴:电流I(mA)。

IV曲线告诉他我们电压和电流如何变化,而且我们可以据此计算出来太阳能电池产生的实际功率量。图6右图为功率(mW)与电池电压的关系曲线。功率就相等V×I。下面的Python方程计算出来功率(单位为mW):图6.太阳能电池功率与电压的关系。

x轴:电压(V);y轴:P–mW。图中的峰值是产生仅次于功率的点(所谓仅次于功率点)。SMU吸取电池产生的功率,所以功率为负值。

如果用于图2中的技术,我们也可以在产生胜电压(偏移偏置)时测量太阳能电池。这给我们获取了一些简单信息。

首先,它告诉他我们该器件在偏移偏置下会穿透。这指出该器件质量很好。

其次,它告诉他我们否有任何额外的能用电流。通过产生胜电压,我们可以有效地从器件中汲取电荷,否则这些电荷会出来。

虽然这些汲取的电荷无法用来产生功率(我们此时实质上是将功率流经器件,而不是萃取能量),但通过它我们可以理解一些光电流损失机制。因此,测量IV曲线是太阳能电池研发和优化中最重要的工具之一。

某种程度,取得IV曲线对于理解各类其他器件,还包括LED和OLED、晶体管、传感器等等,也十分最重要。图7.ADI公司信号源测量单元ADALM1000。


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