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什么是信号源测量单元?

编辑:快三平台 来源:快三平台 创发布时间:2021-03-26阅读2978次
  

信号源测量单元(SMU)是一种将信号源功能和测量功能集成在同一个插槽或连接器中的仪器。它可以采集电压或电流,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、电流源和电子负载的功能构建到一个封闭的实时仪器中。

图1。ADALM1000SMU地下通道框图。ADALM1000本质上是信号源测量单元,但在独立国家也可以看作示波器和函数发生器。

但分开看,因为输入函数(发生器)和输出函数(示波器)共用同一个槽,所以不能一次用于一个函数。为什么可编程信号源测量单元最重要?对于某些类型的测试,可编程仪器可能不是最重要的。您可能只想加载一次或几次。然而,在许多情况下,为了分解性能随时间变化的曲线或图表,可能需要收集大量数据。

但是人工操作员的话不是很费时,更容易出错。有大量不同的实验拒绝自动收集数据以获得更慢或更精确的测量结果,或者提供大时间尺度(数月甚至数年)的测量结果。在这一点上,你同意你必须有一台计算机来收集数据并把它交给数据库进行分析。为什么一定要赢电压?并非所有实验都必须赢得电压。

在某些情况下,您可以阻止它在中使用。然而,如果产生电压或负电压,许多不同类型的设备不会以不同的方式工作。为了充分了解这类器件的工作原理,必须改变产生电压的符号。

ADALM1000中的每个SMU地下通道都不能产生0V到5V(相对于地面)。它获得相同的2.5V和5V输入,可以吸收和消耗电流。DUT可以连接在2.5V输入和SMU输入之间,而不是短路扫描-2.5V至2.5V的DUT电压.此外,由于ADALM1000有两个smu,DUT可以连接在两个SMU输入之间。

一条地下通道从0V到5V扫描,另一条地下通道从5V到0V扫描,DUT两端的电压从5V到5V。例如,考虑二极管——,它只允许电流沿一个方向通过。为了评价二极管是否长期工作,必须考虑两个方向的电流能否通过。

有两种检查方法。我们可以测量一个方向的二极管,然后手动改变方向,测量另一个方向,然后将数据人分组在一起。然而,如果我们产生负电压和负电压,我们只需要测量电流。

事实上,这项技术非常简单,通常用于与许多具有二极管般不道德性的设备密切相关。太阳能电池和发光二极管就是很好的例子。图2显示了如何将二极管连接到ADALM1000以扫描5V至5V。图2。

扫描二极管从5V到5V。地下通道A编程扫描0V到5V,地下通道B编程扫描5V到0V。地下通道之间的差异经常出现在电阻器两端,电阻器用作允许电流和二极管。

时域波形如图3右图所示。绿色曲线是地下通道a的电压,橙色曲线是地下通道b的电压,黄色曲线是地下通道b的电流(没有标明地下通道a的电流,只是和地下通道b的电流一起忽略)。

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相互比较以绘制图表,同时进行一些非常简单的数学计算。我们要绘制的是流经二极管的电流和二极管两端的电压之间的关系。为了计算二极管两端的电压,我们可以用地下通道a和地下通道b之间的电压差乘以电阻两端的电压降(V=IR),下面的Python方程(在ALICE中使用)可以继续这个计算:其中100是电阻值。二极管电流和该方程之间的关系如图4的右图所示。

图4。二极管电流与5V至5V电压的关系。

信号源测量单元的用途是什么?作为工厂测试和质量控制过程的一部分,许多日常用品都由SMU进行测试。 用于家庭照明的发光二极管灯和安装在屋顶的太阳能电池板已经过SMU的测试,这是生产过程的一部分。ADALM1000是专门为正在学习下一代电子设备的工科学生设计的。从碳纳米管和量子阱异质结构到生物膜和生物传感器,为了理解大量材料和器件是如何导电的,它们必须在SMU使用。

简而言之,您可以使用ADALM1000了解DC或低频范围内任何器件的电气特性,5V至5V,并测量0.1mA至180毫安的电流。能否推荐一个必要信号源测量单位的具体测量实例?以太阳能电池为例。在研究实验室,工程师们正在寻找使太阳能电池更高效、更便宜的方法。

为了了解太阳能电池的工作效率,实验室制作了一个小型测试装置,其大小可能只有几平方毫米到几平方厘米,然后与其性能密切相关。这些测试电池太小,无法产生高达灯功率的任何可用功率(例如,单个发光二极管),但它们不足以与基本工作范围和效率密切相关。例如,该实验室使用ADALM1000测量小型太阳能电池。

太阳能电池的关键特征是其将太阳能转化为电能的效率。为此,可以用强度未知的太阳光测试电池,然后测量单位面积产生的电功率。功率相等的电压除以电流,因此我们首先测量产生的端电压(v)和电流(I)。

为了测量产生的电压,可以在阳光照射时将电压表连接到电池端子上。在某种程度上,将电流表连接到电池端子可以测量电流。将测得的电流除以太阳能电池的面积,即可得到电流密度。

但有一个问题:用电流(或电流密度)除以电压,并不能告诉他,如果我们有一个理想的器件,我们能产生多少功率(或单位面积的功率)。原因是电压表的内阻是完全无限大的,只有测量电压时才会有电流流过。这种情况下,产生零功率(测量电压零电流=零)。

这种测量称为开路电压测量。同样,当电流表放在端子上测量电流时,我们在短路的情况下测试太阳能电池,因为电流表的内阻完全为零。在这种情况下,没有电流,但不会产生电压。

任何功率都会在一定程度上产生(测得的电流零电压=零)。这种测量称为短路电流测量。对于任何实际的太阳能电池,输入电压都会和产生的电流不一样,这也是——可以在测量电流变化的同时改变电压的原因。

图5是一个小型太阳能电池的典型IV曲线(太阳能庭院灯的3cm3cm太阳能电池)。电流被转移到SMU地下隧道(被其吸收),因此电流为负。0v时的电流为短路电流,0V时的电压为开路电压。

图5。太阳能电池的伏安曲线。

x轴:电压(v);y轴:电流I(毫安)。IV曲线告诉他我们的电压和电流是如何变化的,我们可以计算出太阳能电池产生的实际功率。图6的右图显示了功率(mW)和电池电压之间的关系。

功率等于v i,下面的Python方程计算功率(mW):图6。太阳能电池功率与电压的关系。x轴:电压(v);y轴:pMW。图中的峰值是仅次于功率的点(所谓仅次于功率点)。

SMU吸收电池产生的能量,所以能量是负的。如果在图2的技术中使用,我们还可以在产生获胜电压(偏置)时测量太阳能电池。这给了我们一些简单的信息。首先,它告诉他设备将在偏置下穿透。

这表明该设备质量良好。其次,它告诉他我们是否有额外的可用电流。通过产生获胜电压,我们可以有效地从器件中吸取电荷,否则这些电荷就会出来。

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虽然这些提取的电荷不能用来发电(此时我们本质上是让功率流过器件而不是提取能量),但是我们可以理解光电流通过它损失的一些机制。 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。从某种程度上说,获得IV曲线对于理解其他各种器件也是非常重要的,包括LED和OLED、晶体管、传感器等等。

图7。ADI公司的ADALM1000信号源测量单元。

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