基于NI Multisim 10与LabVIEW的单结晶体管伏安特性测试

单结晶体管是近几年发展起来的一类新型电子器件，它具有一种重要的电气性能，即负阻特性，可以大大简化自激多谐振荡器、阶梯波发生器及定时电路等多种脉冲产生单元电路的结构，故而应用十分广泛。了解单结晶体管的伏安特性曲线，是理解及设计含单结晶体管电路工作原理的基础。在传统的单结晶体管伏安特性测试实验中，通常需要直流电源与晶体管图示仪两种设备配合使用，然而图示仪没有相应的器件插孔，测试很不方便。另外，因图示仪的频率特性低，无法显示单结晶体管伏安特性的负阻区，这给理解其特性曲线带来困难。可以利用Multisim 10与LabVIEW结合完整地显示其特性曲线，且方便于读取峰点与谷点的电压及电流值。

1 用Multisim 10进行数据采集

Multisim 10的元器件库提供数千种电路元器件供实验选用，虚拟测试仪器仪表种类齐全，有一般实验用的通用仪器，但没有晶体管图示仪，只能测试晶体三极管、PMOS和NMOS伏安特性曲线，不具备测试单结晶体管的伏安特性的功能。可以利用Multisim 10强大的仿真功能，对单结晶体管的测试电路进行数据采集。

1.1 单结晶体管的测试电路

单结晶体管的伏安特性测试条件是当第二基极B2与第一基极B1之间的电压VBB固定时，测试发射极电压VE和发射极电流IE之间的关系。在Multisim 10中画出单结晶体管的测试电路，如图l所示。选取2N6027管为测试管，图1中4号线接发射极E；3号线接第二基极B2；0号线接第一基极B1；电压源V1和V2的数值不固定，可在直流扫描时进行修改。



1.2 单结晶体管测试电路的直流扫描分析

Multisim 10可同时对2个直流源进行扫描，仿真时，选择V2直流源，扫描曲线的数量等于V2直流源的采样点数。每条曲线相当于V2直流源取某个电压值时，对V1直流源进行直流扫描分析所得的曲线。横坐标是V2，纵坐标是V(4)电压(即VE)和I(V3)电流(即IE)，不符合单结晶体管伏安特性VE与IE之间的关系曲线，即直流扫描曲线不能直观地反映VE与IE之间的关系，必须进行进一步的处理。

1.3 单结晶体管测试数据的后处理

可采用Multisim 10提供的后处理功能与直流扫描功能相配合，将采集的实验数据输出到Excel电子表格中，如图2所示。在Excel表中，X-Trace栏显示的是变化的V2电压值；Y-Trace显示的是不同V2电压下，I(V2)的电流值和V(4)的电压值，因为每个点均有横坐标与纵坐标的值，所以会出现多次的X-Trace栏。至此，由Multisim10进行的数据采集工作已经结束。



2 用LabVIEW显示单结晶体管伏安特性

LabVIEW的主要特点是用户可依托计算机的资源构建虚拟仪器，以代替实际仪器完成测试和测量任务。在LabVIEW中，开发程序都被称为VI(虚拟仪器)，其扩展名默认为．vi。所有的VI都包括前面板(front panel)、框图(block diagram)及图标和连接器窗格(icon and connector pane)3部分。虚拟仪器的交互式用户接口被称为前面板，它模仿了实际仪器的面板。Multisim 10采集的数据为Excel电子表格数据，1个点1对坐标，是输入电压V2与I(V2)及输入电压V2与V(4)的关系，而单结晶体管的伏安特性描述的是电压V(4)，即VE与电流I(V2)，即IE之间的关系，因此不能直接用Multisim 10采集的数据进行显示，可以通过LabVIEW进行相应数据的提取。

2.1 LabVIEW软件程序开发

LabVIEW程序设计具有结构化和层次化的特征。通过采用模块化的设计方法，一个应用程序可以分为许多个相对独立的模块，每个模块实现特定的功能。通过对模块的不同管理和组合，可以完成各种复杂VI的程序设计。当程序规模较大，或有多个相同的处理模块时，用户可以为这些模块设计一个子程序，即子VI。子VI类似于传统文本语言的子程序，它可以被多次调用，而不用重新编写代码，这使得设计复杂的重复性动作变得更加容易，应用程序的维护更加简单。创建应用程序时，通常从顶层VI开始，为应用程序定义输入和输出，然后构建子VI，完成对流过框图数据流的必要操作。数据显示程序的设计层次如图3所示，图中自创文件主要有三个，低层文件SN TRAN、中层文件SM、高层文件UTJ VI。



2.1.1 数据显示程序结构中子程序介绍

SN TRAN子程序功能：字符串转换子程序，读取含有以逗号、换行或其他非数字字符分隔的数字ASCII字符串，并将其转换为一个数组，采用该子程序可以将Multisim 10中采集的数据转换成LabVIEW中可以读取的数据，其程序框图如图4所示。