一種全自動(dòng)二極管伏安特性測(cè)試裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種全自動(dòng)二極管伏安特性測(cè)試裝置，屬于電工電子測(cè)量設(shè)備領(lǐng)域。包括ATmega16單片機(jī)為核心控制單元并實(shí)現(xiàn)電壓步進(jìn)，加上繼電器控制切換電路模塊和數(shù)據(jù)采集模塊以及上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集，顯示和存儲(chǔ)等功能，直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源：為整個(gè)系統(tǒng)供電。測(cè)量速度快、精度高，操作非常簡(jiǎn)單、方便、快捷。
【專利說(shuō)明】一種全自動(dòng)二極管伏安特性測(cè)試裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于電工電子測(cè)量設(shè)備領(lǐng)域，涉及一種全自動(dòng)二極管伏安特性測(cè)試裝置?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]在工程實(shí)踐中，經(jīng)常需要迅速了解某些二極管的正反向伏安特性，以便正確的接入電路發(fā)揮相應(yīng)的功能。基本的測(cè)量思路是，在利用普通信號(hào)源供電的情況下，對(duì)接入電路的二極管兩端的壓降和通過(guò)流經(jīng)二極管的電流進(jìn)行相應(yīng)逐步測(cè)量并且繪制成曲線，從而可以了解到其伏安特性。另外，目前見(jiàn)到的一些伏安特性測(cè)試儀器雖然能完成二極管伏安特性的基本測(cè)試，但還存在一些問(wèn)題，如:為了同時(shí)測(cè)量二極管的正反特性，在實(shí)驗(yàn)中無(wú)法快速進(jìn)行換路連接，許多較為復(fù)雜的電路無(wú)法在不增加硬件成本及節(jié)省時(shí)間的情況下實(shí)現(xiàn)多個(gè)測(cè)量。此外，傳統(tǒng)的電路接法會(huì)造成各種各樣的誤差，測(cè)試的結(jié)果必然也不可靠。雖然采用普通拆線換路多次測(cè)量的方案成本較低，但當(dāng)控制器針對(duì)較為復(fù)雜多變的電路增加多種附加功能時(shí)，其靈活性不夠，不能達(dá)到簡(jiǎn)單可操作性強(qiáng)的效果，而且反而增加硬件的復(fù)雜程度?？偟膩?lái)講，這些測(cè)量方法的便捷化程度不高，準(zhǔn)確性差。
[0003]從測(cè)試儀器發(fā)展的趨勢(shì)上看，總的趨勢(shì)是自動(dòng)化，智能化。因此提供一種裝置，可以利用質(zhì)量更高的數(shù)據(jù)采集和計(jì)算方案，以更加便捷的方法實(shí)現(xiàn)選路功能，在考慮時(shí)間成本要求的前提下選擇適合這種設(shè)計(jì)的硬件裝置。因此可以考慮選擇以基于單片機(jī)為核心的模塊來(lái)設(shè)計(jì)該伏安特性測(cè)試儀。不僅能直接給電路提供較為明確精準(zhǔn)的步進(jìn)電壓，同時(shí)亦可實(shí)時(shí)采集二極管和電阻兩端的電壓并將其結(jié)果進(jìn)行顯示和儲(chǔ)存，使人們可以快速準(zhǔn)確地了解元件的伏安特性，就顯得尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提出一種全自動(dòng)二極管伏安特性測(cè)試裝置，能避免手動(dòng)操作所造成的誤差影響，并使操作簡(jiǎn)單、便捷。另外，本發(fā)明使得實(shí)驗(yàn)?zāi)茉诳煽氐姆秶鷥?nèi)進(jìn)行，數(shù)據(jù)采集、上位機(jī)顯示更加直觀化，集成后隨著電子器件的普及以及價(jià)格的逐步低廉化，本發(fā)明將更符合今后的發(fā)展趨勢(shì)。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，技術(shù)解決方案是提供一種全自動(dòng)二極管伏安特性測(cè)試裝置，包括:
[0006]步進(jìn)電源:用于給測(cè)試電路供電，采用AVR開(kāi)發(fā)板,包括ATmegal6單片機(jī)，USB器件TOIUSBD12和DAC轉(zhuǎn)換芯片TLV5617，其中TOIUSBD12采用模塊化的方法實(shí)現(xiàn)一個(gè)USB接口，允許在眾多可用的微控制器中選擇最合適的作為系統(tǒng)控制器，允許使用現(xiàn)存的體系結(jié)構(gòu)并使固件投資減到最小，TLV5617為主要的DAC轉(zhuǎn)換芯片，利用它將相應(yīng)的數(shù)字量進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到對(duì)應(yīng)的步進(jìn)電源電壓，ATmegal6通過(guò)控制器控制TLV5617將相應(yīng)的數(shù)字量進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到對(duì)應(yīng)的步進(jìn)電源電壓，來(lái)實(shí)現(xiàn)電源步進(jìn)；
[0007]繼電器控制切換電路模塊:采用兩個(gè)6V的繼電器來(lái)進(jìn)行電路的切換，以便不拆接電路就可直接進(jìn)行二極管的正反向伏安特性的測(cè)試，這兩個(gè)繼電器使用6V的直流電壓控制，在其中一個(gè)繼電器常閉線路上反接一個(gè)二極管，常開(kāi)線路上接入一個(gè)100ΚΩ的電阻；另一個(gè)繼電器的常閉端接有一個(gè)500 Ω的電阻，常開(kāi)線路直接接入電路；
[0008]數(shù)據(jù)采集模塊:采用基于Matlab環(huán)境下的AVR單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，使用ATmegal6作為微控制器，信號(hào)采集結(jié)果通過(guò)USB接口直接送入Matlab的工作空間并使用Matlab的⑶I界面顯不,便于信號(hào)的分析與處理；
[0009]上位機(jī):用于操控整個(gè)裝置及接收并實(shí)時(shí)顯示測(cè)試結(jié)果；
[0010]直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源:為整個(gè)系統(tǒng)供電。
[0011]所述的步進(jìn)電源是在D/A轉(zhuǎn)換模塊的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)數(shù)控直流穩(wěn)壓電源功能，電壓步進(jìn)為0.1V，步進(jìn)時(shí)間為ls，輸出電壓的范圍為0.0-4.0V ；
[0012]所述的USB器件TOIUSBD12，主要是完成上位機(jī)和數(shù)據(jù)采集設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸功能，它的最大速度能達(dá)到12Mb/s，由上位機(jī)來(lái)控制數(shù)據(jù)的傳輸，當(dāng)上位發(fā)出模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)模轉(zhuǎn)換、I/O輸入輸出或是一次性完成數(shù)模轉(zhuǎn)換和模數(shù)轉(zhuǎn)換的命令時(shí)，設(shè)備就會(huì)執(zhí)行相關(guān)的應(yīng)用程序進(jìn)行工作，并把結(jié)果發(fā)送到TOIUSBD12的緩沖區(qū)中保存，當(dāng)上位機(jī)發(fā)出讀取數(shù)據(jù)的命令請(qǐng)求后，PDIUSBD12把緩存區(qū)中的數(shù)據(jù)以幀的形式傳輸?shù)組atlab應(yīng)用軟件中，以便于數(shù)據(jù)處理。
[0013]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)本發(fā)明的有益效果為:
[0014]I)步進(jìn)電源設(shè)計(jì):采用AVR開(kāi)發(fā)板，基于以ATmegal6為核心，PDIUSBD12、TLV5617等重要芯片為基礎(chǔ)的方法進(jìn)行步進(jìn)電源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。
[0015]2) 二極管正反向切換:設(shè)計(jì)電路利用繼電器使得二極管迅速進(jìn)行正反向切換，這樣可實(shí)現(xiàn)伏安特性測(cè)試儀集成化。繼電器和步進(jìn)電源的聯(lián)合使原始測(cè)量電路更加智能化，逐步脫離手動(dòng)控制的繁瑣。
[0016]3) 二極管的電壓不需要變換，二極管的電流需要用電阻兩端的電壓除以電阻阻值獲得。
[0017]4)數(shù)據(jù)的采集:利用基于Matlab的AVR單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。使用AVR系列的ATmegal6作為微控制器，可提高系統(tǒng)運(yùn)行速度。同時(shí)它內(nèi)部帶有8通道獨(dú)立的10位精度A/D接口，工作于降噪聲模式，增強(qiáng)了抗干擾能力并降低了成本。
[0018]5)信號(hào)的顯示與儲(chǔ)存:信號(hào)采集結(jié)果通過(guò)USB接口直接送入Matlab的工作空間并使用Matlab的⑶I界面顯示。當(dāng)TOIUSBD12接收到上位機(jī)發(fā)出的讀數(shù)據(jù)請(qǐng)求時(shí)，就把數(shù)據(jù)發(fā)送到PC機(jī)端。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1采用傳統(tǒng)伏安法手動(dòng)測(cè)試的二極管伏安特性曲線；
[0020]圖2用全自動(dòng)二極管伏安特性測(cè)試裝置測(cè)試的二極管伏安特性曲線；
[0021]圖3傳統(tǒng)伏安法手動(dòng)測(cè)試結(jié)果與全自動(dòng)二極管伏安特性測(cè)試裝置測(cè)試結(jié)果的比較；
[0022]圖4為本發(fā)明采集卡電路圖；
[0023]圖5為本發(fā)明電路示意圖。
【具體實(shí)施方式】[0024]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明:
[0025]如圖4、5所示:一種全自動(dòng)二極管伏安特性測(cè)試裝置，包括:
[0026]步進(jìn)電源:用于給測(cè)試電路供電，采用AVR開(kāi)發(fā)板，包括ATmegaie單片機(jī)，USB器件TOIUSBD12和DAC轉(zhuǎn)換芯片TLV5617，其中TOIUSBD12采用模塊化的方法實(shí)現(xiàn)一個(gè)USB接口，允許在眾多可用的微控制器中選擇最合適的作為系統(tǒng)控制器，允許使用現(xiàn)存的體系結(jié)構(gòu)并使固件投資減到最小，TLV5617為主要的DAC轉(zhuǎn)換芯片，利用它將相應(yīng)的數(shù)字量進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到對(duì)應(yīng)的步進(jìn)電源電壓，ATmegal6通過(guò)控制器控制TLV5617將相應(yīng)的數(shù)字量進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到對(duì)應(yīng)的步進(jìn)電源電壓，來(lái)實(shí)現(xiàn)電源步進(jìn)；
[0027]繼電器控制切換電路模塊:采用兩個(gè)6V的繼電器來(lái)進(jìn)行電路的切換，以便不拆接電路就可直接進(jìn)行二極管的正反向伏安特性的測(cè)試，這兩個(gè)繼電器使用6V的直流電壓控制，在其中一個(gè)繼電器常閉線路上反接一個(gè)二極管，常開(kāi)線路上接入一個(gè)100ΚΩ的電阻；另一個(gè)繼電器的常閉端接有一個(gè)500 Ω的電阻，常開(kāi)線路直接接入電路；
[0028]數(shù)據(jù)采集模塊:采用基于Matlab環(huán)境下的AVR單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，使用ATmegal6作為微控制器，信號(hào)采集結(jié)果通過(guò)USB接口直接送入Matlab的工作空間并使用Matlab的⑶I界面顯不,便于信號(hào)的分析與處理；
[0029]上位機(jī):用于操控整個(gè)裝置及接收并實(shí)時(shí)顯示測(cè)試結(jié)果；
[0030]直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源:為整個(gè)系統(tǒng)供電。
[0031]所述的步進(jìn)電源是在D/A轉(zhuǎn)換模塊的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)數(shù)控直流穩(wěn)壓電源功能，電壓步進(jìn)為0.1V，步進(jìn)時(shí)間為ls，輸出電壓的范圍為0.0-4.0V;
[0032]所述的USB器件TOIUSBD12，主要是完成上位機(jī)和數(shù)據(jù)采集設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸功能，它的最大速度能達(dá)到12Mb/s，由上位機(jī)來(lái)控制數(shù)據(jù)的傳輸，當(dāng)上位發(fā)出模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)模轉(zhuǎn)換、I/O輸入輸出或是一次性完成數(shù)模轉(zhuǎn)換和模數(shù)轉(zhuǎn)換的命令時(shí)，設(shè)備就會(huì)執(zhí)行相關(guān)的應(yīng)用程序進(jìn)行工作，并把結(jié)果發(fā)送到TOIUSBD12的緩沖區(qū)中保存，當(dāng)上位機(jī)發(fā)出讀取數(shù)據(jù)的命令請(qǐng)求后，PDIUSBD12把緩存區(qū)中的數(shù)據(jù)以幀的形式傳輸?shù)組atlab應(yīng)用軟件中，以便于數(shù)據(jù)處理。
[0033]本發(fā)明的機(jī)理和技術(shù)特點(diǎn):
[0034]采用可控的壓值遞增的步進(jìn)電源供電，并且要實(shí)現(xiàn)電路及時(shí)切換、數(shù)據(jù)采集和結(jié)果顯示，因此需要設(shè)計(jì)一個(gè)智能便捷、性價(jià)比高、操作簡(jiǎn)單的測(cè)試系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于ATMEA16為核心的控制模塊，另外需要通過(guò)轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行電源的設(shè)計(jì)，以達(dá)到使用動(dòng)態(tài)電源對(duì)電路供電的效果，還需在必要時(shí)進(jìn)行快速電路切換，之后對(duì)不同電源供電中的二極管和電阻的電壓進(jìn)行采集并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，顯示出來(lái)后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后擬合成伏安特性曲線。該測(cè)試模塊主要由步進(jìn)電源輸出模塊、繼電器切換電路模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、采集結(jié)果顯示等模塊構(gòu)成。此方案是以單片機(jī)為核心，主要控制核心就是對(duì)步進(jìn)電壓的設(shè)計(jì)，通過(guò)這一步驟便可與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)完全區(qū)別開(kāi)來(lái)，之后通過(guò)其它模塊將各項(xiàng)控制和數(shù)據(jù)處理操作，避免了在之前的實(shí)驗(yàn)中手動(dòng)操作所造成的誤差影響，大大減少了一些冗雜的操作。另外利用了相對(duì)快捷的方案設(shè)計(jì)使得實(shí)驗(yàn)?zāi)茉诳煽氐姆秶鷥?nèi)進(jìn)行，數(shù)據(jù)采集、上位機(jī)顯示更加直觀化。
[0035]采用AVR 開(kāi)發(fā)板，基于以 ATmegal6 為核心，PDIUSBD12、TLC27L4C、MCP1541、TLV5617等重要芯片為基礎(chǔ)的方法進(jìn)行步進(jìn)電源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。這其中的ATmegal6是基于增強(qiáng)的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器，由于其先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間，ATmegal6的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)lMIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。因此選擇此芯片作為電源模塊設(shè)計(jì)的核心。PDIUSBD12是一個(gè)性能優(yōu)化的USB器件，該器件采用模塊化的方法實(shí)現(xiàn)一個(gè)USB接口，允許在眾多可用的微控制器中選擇最合適的作為系統(tǒng)控制器，允許使用現(xiàn)存的體系結(jié)構(gòu)并使固件投資減到最小。TLV5617為主要的DAC轉(zhuǎn)換芯片，利用它可將相應(yīng)的數(shù)字量進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到對(duì)應(yīng)的步進(jìn)電源電壓。
[0036]在進(jìn)行伏安特性測(cè)試時(shí)，為了不再手動(dòng)拆卸導(dǎo)線以達(dá)到二極管反向接入電路的效果，直接設(shè)計(jì)電路利用繼電器使得二極管迅速進(jìn)行反向切換，這樣可以實(shí)現(xiàn)伏安特性測(cè)試儀集成化，可以為以后的大規(guī)模使用打下良好的基礎(chǔ)。這樣，繼電器和步進(jìn)電源的使用將會(huì)共同將原始測(cè)量電路更加智能化，逐步脫離手動(dòng)控制的繁瑣步驟。
[0037]由于二極管的反向電流很小，無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量。本發(fā)明在二極管反向特性測(cè)試電路中加入一個(gè)100ΚΩ的電阻，將微小的反向電流用電阻兩端的電壓顯示出來(lái)。處理數(shù)據(jù)的時(shí)候，二極管的電壓不需要變換，二極管的電流需要用電阻兩端的電壓除以電阻阻值獲得。
[0038]數(shù)據(jù)采集采用基于Matlab環(huán)境下的AVR單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。使用AVR系列的單片機(jī)中的ATmegaie作為微控制器，可提高系統(tǒng)運(yùn)行速度。同時(shí)它內(nèi)部帶有8通道獨(dú)立的10位精度A/D接口，工作于降噪聲模式，增強(qiáng)了抗干擾能力并降低了成本。信號(hào)采集結(jié)果通過(guò)USB接口直接送入Matlab的工作空間并使用Matlab的⑶I界面顯示，便于信號(hào)的分析與處理。
[0039]進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)其工作流程為:被測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)放進(jìn)行1:1放大后，從模擬信號(hào)輸入通道輸入，送到ATmegal6的ADC模塊，ADC模塊內(nèi)嵌在AVR單片機(jī)內(nèi)部，可以通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)ADC轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換結(jié)束以后把結(jié)果發(fā)送到HHUSBD12的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)域中；iH)IUSBD12接收到上位機(jī)發(fā)出的讀數(shù)據(jù)請(qǐng)求時(shí)，就把數(shù)據(jù)發(fā)送到PC機(jī)端；而DAC部分就是當(dāng)接收到上機(jī)發(fā)來(lái)的DAC轉(zhuǎn)換請(qǐng)求命令和轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)時(shí)，ATmegal6就會(huì)啟動(dòng)，控制DA芯片TLV5617，開(kāi)始進(jìn)行DAC轉(zhuǎn)換。其中系統(tǒng)中ADC電路含4路輸入，DAC電路含2路輸出，且ADC的前兩路輸入增益可通過(guò)反饋電阻值來(lái)調(diào)節(jié)。
[0040]USB接口電路主要是完成上位機(jī)和數(shù)據(jù)采集設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸功能。它的最大速度能達(dá)到12Mb/s，數(shù)據(jù)的傳輸決定權(quán)完全由上位機(jī)來(lái)控制。本次設(shè)計(jì)使用的是Philip公司的USB芯片TOIUSBD12。當(dāng)上位發(fā)出模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)模轉(zhuǎn)換、I/O輸入輸出或是一次性完成數(shù)模轉(zhuǎn)換和模數(shù)轉(zhuǎn)換的命令時(shí)，設(shè)備就會(huì)執(zhí)行相關(guān)的應(yīng)用程序進(jìn)行工作，并把結(jié)果發(fā)送到PDIUSBD12的緩沖區(qū)中保存。當(dāng)上位機(jī)發(fā)出讀取數(shù)據(jù)的命令請(qǐng)求后，PDIUSBD12就會(huì)把緩存區(qū)中的數(shù)據(jù)以幀的形式傳輸?shù)組atlab應(yīng)用軟件中，以便于數(shù)據(jù)處理。
[0041]上位機(jī)Matlab圖形界面及接口設(shè)計(jì):圖形用戶界面由窗口、光標(biāo)、按鍵、菜單、文字說(shuō)明等構(gòu)成的一個(gè)用戶界面。用戶通過(guò)一定的方法(如鼠標(biāo)或鍵盤(pán))選擇、激活這些圖形對(duì)象，使計(jì)算機(jī)產(chǎn)生某種動(dòng)作或變化，比如實(shí)現(xiàn)計(jì)算、繪圖等。虛擬示波器利用Matlab的圖形用戶界面顯示采集的數(shù)據(jù)。這樣，既可以利用VC速度快的特點(diǎn)作后臺(tái)采集，又能利用Matlab的強(qiáng)大功能，這對(duì)于作數(shù)據(jù)分析的科研工作者具有很大意義。本次虛擬示波器界面實(shí)現(xiàn)了歷史數(shù)據(jù)記錄、超前滯后觸發(fā)、量程選擇等功能。
[0042]基于這塊采集板可以迅速連接Matlab并且將所需測(cè)得的數(shù)據(jù)在虛擬示波器上顯示真實(shí)測(cè)量值，所以直接在本設(shè)計(jì)中增加了將測(cè)試結(jié)果繪圖顯示的功能。Matlab的強(qiáng)大功能眾所周知，但是它直接支持的硬件很少而且極貴，USB接口的幾乎沒(méi)有。這塊采集板(開(kāi)發(fā)板)是專為Matlab優(yōu)化設(shè)計(jì)的，能直接支持SMULINK進(jìn)行硬件在線仿真。
[0043]采用了基于ATmegaie的數(shù)據(jù)采集板連接上位機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果的顯示，具體的顯示結(jié)果和實(shí)際電路分析基本符合，數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。
[0044]測(cè)試過(guò)程
[0045]I)首先，利用傳統(tǒng)的伏安法手動(dòng)測(cè)試二極管的正向伏安特性，電路選用電流表外接法，手動(dòng)記錄二極管的電壓和電流數(shù)據(jù)。
[0046]2)用利用傳統(tǒng)的伏安法手動(dòng)測(cè)試二極管的反向伏安特性，電路選用電流表內(nèi)接法，手動(dòng)記錄二極管的電壓和電流數(shù)據(jù)。
[0047]3)用本發(fā)明提出的全自動(dòng)二極管伏安特性測(cè)試裝置測(cè)試二極管的伏安特性，利用繼電器實(shí)現(xiàn)二極管正反向的切換，利用步進(jìn)電源提供步進(jìn)電壓為0.1V的電壓，利用數(shù)據(jù)采集模塊采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)自動(dòng)顯示并保存在上位機(jī)中。
[0048]4)將傳統(tǒng)測(cè)試方法獲得的數(shù)據(jù)輸入到軟件中，畫(huà)出二極管的伏安特性曲線。
[0049]5)將全自動(dòng)二極管伏安特性測(cè)試裝置獲得的數(shù)據(jù)拷貝到軟件中，二極管的電壓不需要變換，二極管的電流需要用電阻兩端的電壓除以電阻阻值獲得，然后利用軟件畫(huà)出二極管的伏安特性曲線。
[0050]測(cè)試結(jié)果
[0051]按照上述測(cè)試條件，首先采用傳統(tǒng)的伏安法測(cè)量二極管的伏安特性。利用Origin軟件處理數(shù)據(jù)，得到二極管的伏安特性曲線，如圖1所示。正向?qū)妷杭s0.7伏；反向時(shí)，直至電壓達(dá)到15伏，二極管一直處于截止?fàn)顟B(tài)。
[0052]接著利用本發(fā)明所述全自動(dòng)二極管伏安特性測(cè)試裝置測(cè)試二極管的伏安特性。利用Origin軟件處理數(shù)據(jù)，得到二極管的伏安特性曲線，如圖2所示。
[0053]為比較兩種測(cè)試結(jié)果的差異，利用Origin軟件，將傳統(tǒng)伏安法手動(dòng)測(cè)試結(jié)果與全自動(dòng)二極管伏安特性測(cè)試裝置測(cè)試結(jié)果放在同一幅圖中，如圖3所示?？梢?jiàn)，二者吻合。
[0054]如圖4所示，本發(fā)明的工作原理為:(二極管正向特性測(cè)試:上位機(jī)發(fā)布命令給步進(jìn)電源，步進(jìn)電源開(kāi)始0-4V的電壓掃描，掃描速率0.1V/S，此時(shí)繼電器I和繼電器2均沒(méi)有加電壓，此時(shí)，電壓加到500Ω的電阻和待測(cè)二極管兩端，二極管處在正向偏置狀態(tài)，ab之間的電壓是500Ω的電阻兩端的電壓，be之間的電壓是二極管兩端的電壓，這兩個(gè)電壓信號(hào)被數(shù)據(jù)采集模塊采集后發(fā)送給單片機(jī)。
[0055]二極管反向特性測(cè)試:利用直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源給繼電器I和繼電器2供電，兩個(gè)繼電器動(dòng)作，電路自動(dòng)切換為反向特性測(cè)試電路。利用上位機(jī)發(fā)布命令給步進(jìn)電源模塊，步進(jìn)電源模塊開(kāi)始0-4V的電壓掃描，掃描速率0.1V/S，此時(shí)，電壓加到100ΚΩ的電阻和待測(cè)二極管兩端，二極管處在反向偏置狀態(tài)，ab之間的電壓是二極管兩端的電壓，be之間的電壓是IOOKΩ電阻兩端的電壓，這兩個(gè)電壓信號(hào)被數(shù)據(jù)采集模塊采集后發(fā)送給單片機(jī)。
[0056]測(cè)試完畢，將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，電阻兩端的電壓除以電阻值得到電流，將二極管的電壓和電流數(shù)據(jù)導(dǎo)入Origin軟件，得到待測(cè)二極管的伏安特性曲線。
【權(quán)利要求】
1.一種全自動(dòng)二極管伏安特性測(cè)試裝置，其特征在于，包括: 步進(jìn)電源:用于給測(cè)試電路供電，采用AVR開(kāi)發(fā)板，包括ATmegaie單片機(jī)，USB器件PDIUSBD12和DAC轉(zhuǎn)換芯片TLV5617，其中TOIUSBD12采用模塊化的方法實(shí)現(xiàn)一個(gè)USB接口，允許在眾多可用的微控制器中選擇最合適的作為系統(tǒng)控制器，允許使用現(xiàn)存的體系結(jié)構(gòu)并使固件投資減到最小，TLV5617為主要的DAC轉(zhuǎn)換芯片，利用它將相應(yīng)的數(shù)字量進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到對(duì)應(yīng)的步進(jìn)電源電壓，ATmegal6通過(guò)控制器控制TLV5617將相應(yīng)的數(shù)字量進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到對(duì)應(yīng)的步進(jìn)電源電壓，來(lái)實(shí)現(xiàn)電源步進(jìn)； 繼電器控制切換電路模塊:采用兩個(gè)6V的繼電器來(lái)進(jìn)行電路的切換，以便不拆接電路就可直接進(jìn)行二極管的正反向伏安特性的測(cè)試，這兩個(gè)繼電器使用6V的直流電壓控制，在其中一個(gè)繼電器常閉線路上反接一個(gè)二極管，常開(kāi)線路上接入一個(gè)100ΚΩ的電阻；另一個(gè)繼電器的常閉端接有一個(gè)500 Ω的電阻，常開(kāi)線路直接接入電路； 數(shù)據(jù)采集模塊:采用基于Matlab環(huán)境下的AVR單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，使用ATmegal6作為微控制器，信號(hào)采集結(jié)果通過(guò)USB接口直接送入Matlab的工作空間并使用Matlab的⑶I界面顯示，便于信號(hào)的分析與處理； 上位機(jī):用于操控整個(gè)裝置及接收并實(shí)時(shí)顯示測(cè)試結(jié)果； 直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源:為整個(gè)系統(tǒng)供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全自動(dòng)二極管伏安特性測(cè)試裝置，其特征在于，所述的步進(jìn)電源是在D/A轉(zhuǎn)換模塊的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)數(shù)控直流穩(wěn)壓電源功能，電壓步進(jìn)為0.1V，步進(jìn)時(shí)間為ls，輸出電壓的范圍為0.0-4.0V。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全自動(dòng)二極管伏安特性測(cè)試裝置，其特征在于，所述的USB器件TOIUSBD12，主要是完成上位機(jī)和數(shù)據(jù)采集設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸功能，它的最大速度能達(dá)到12Mb/s，由上位機(jī)來(lái)控制數(shù)據(jù)的傳輸，當(dāng)上位發(fā)出模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)模轉(zhuǎn)換、I/O輸入輸出或是一次性完成數(shù)模轉(zhuǎn)換和模數(shù)轉(zhuǎn)換的命令時(shí)，設(shè)備就會(huì)執(zhí)行相關(guān)的應(yīng)用程序進(jìn)行工作，并把結(jié)果發(fā)送到TOIUSBD12的緩沖區(qū)中保存，當(dāng)上位機(jī)發(fā)出讀取數(shù)據(jù)的命令請(qǐng)求后，PDIUSBD12把緩存區(qū)中的數(shù)據(jù)以幀的形式傳輸?shù)組atlab應(yīng)用軟件中，以便于數(shù)據(jù)處理。
【文檔編號(hào)】G01R31/26GK103616629SQ201310626434
【公開(kāi)日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月2日
【發(fā)明者】石明吉, 張丹, 黃大勇, 郭建昌, 張利娜, 楊帥偉, 鄧路路 申請(qǐng)人:南陽(yáng)理工學(xué)院