輸入電壓，測量電流，獲取數據

使用Ossila源測量單元簡(jiǎn)化和加速數據收集

概述

控制儀器的能力是實(shí)驗科學(xué)家和工程師的關(guān)鍵技能。我們設計了Ossila源測量單元，這樣無(wú)論你的技能水平如何，你都可以擁有價(jià)格經(jīng)濟、性能可靠的儀器。今天使用這種多功能、高性能和低成本的測量設備來(lái)加速您的數據收集吧。

源測量單元包含兩個(gè)測量電流的電壓源表和兩個(gè)測量電壓的電壓表。有了它，你可以測量各種研究設備，包括光伏，LED和OLED，晶體管等等。此產(chǎn)品免費保修2年。

什么是源測量單元?

源測量單元(也稱(chēng)為SMU或源表)的基本工作原理非常簡(jiǎn)單——它輸出電壓并測量流過(guò)的電流。在這方面，它就像一個(gè)臺式電源。然而，它是可編程的，允許用戶(hù)在一個(gè)特定范圍掃描電壓。它也比常規電源更精確。

主要特征

Ossila源測量單元具有雙源測量和電壓表通道，可能是我們迄今為止通用的設備。

五個(gè)電流范圍
五個(gè)獨立的電流范圍可供選擇，以滿(mǎn)足您的實(shí)驗需要。

靈活可拓展的通信
通過(guò)USB連接源測量單元或通過(guò)以太網(wǎng)連接同時(shí)使用幾個(gè)單元。

用戶(hù)界面友好的PC軟件
沒(méi)有編程經(jīng)驗要求!內置的PC軟件帶有預設模式，讓您可以執行簡(jiǎn)單的測量。

便攜式數據輸出
所有的測試數據可以保存為csv格式，方便您用喜歡的軟件包進(jìn)行數據分析。

軟件控制的電流范圍
為了安全和方便，電流范圍開(kāi)關(guān)可以使用包含的PC軟件控制-不需要手動(dòng)調整。

廣泛的語(yǔ)言兼容性
兼容所有通用的編程語(yǔ)言(LabVIEW, Matlab, C, Java, Fortran, Python, Perl等)。 

Adam Surmiak, 太陽(yáng)能轉換激子系統博士研究生
莫納什大學(xué), 澳大利亞

Ossila源測量單元占地面積小，非常適合空間有限的繁忙的實(shí)驗室使用

應用

Ossila源測量單元是為研究下一代電子設備的科學(xué)家和工程師設計的。從碳納米管和量子阱異質(zhì)結構到生物膜和生物傳感器，要了解大量材料和設備是如何導電的，就需要一個(gè)源測量單元.

您可以使用X200源測量單元了解直流或低頻電壓范圍從- 10V到+ 10V的任何設備的電氣特性，記錄電流從10納米安培(nA)到150毫安(mA)。

標準配置包括什么

Ossila源測量單元包含的標準配置是:

· Ossila源測量單元

· 24 V / 2 A DC電源轉換器

· USB-B 電線(xiàn)

· 用戶(hù)手冊和QC數據

· USB 驅動(dòng)程序和前面板軟件安裝程序

背景

源測量單元輸出一個(gè)可控電壓并測量流過(guò)的電流。作為生產(chǎn)和質(zhì)量控制過(guò)程的一部分，許多日常物品都要使用源測量單元進(jìn)行測試。如果你用LED照亮你的家或在你的屋頂上裝有太陽(yáng)能板，所有這些質(zhì)量控制過(guò)程中都將用到源測量單元。

SMUs vs. 臺式電源

源測量單元(SMUs) 從基本工作原理上講類(lèi)似于臺式電源，但SMUs精確的數量級更高，是完全可編程的，并允許用戶(hù)在特定范圍掃描電壓。

對于臺式電源，你通常使用一個(gè)表盤(pán)來(lái)選擇你想要產(chǎn)生的電壓，然后看一下顯示器來(lái)讀出多少電流流過(guò)你的電路。通常，一個(gè)臺式電源輸出電壓范圍從0到12或24伏，并測量電流到z近的毫安(千分之一安培)左右。當測量電機、燈泡或大功率設備使用的電流時(shí)，這是非常棒的。然而，如果你想進(jìn)行精確的科學(xué)測量，那么一毫安實(shí)際上是一個(gè)巨大的電流量-通常需要有微安(百萬(wàn)分之一安培)或納米安培(十億分之一安培)的精度來(lái)表征許多電子設備。

源測量單元與萬(wàn)用表有什么不同?

將源測量單元的功能與普通萬(wàn)用表分開(kāi)是很重要的;兩者都很有用，但用途不同。標準的萬(wàn)用表可以測量電壓，也可以測量電流，但不能同時(shí)測量電壓和電流。它也不輸出電壓。一個(gè)好的手持式萬(wàn)用表能夠測量電壓的精度為幾百微伏，電流的精度為微安左右-比一個(gè)臺式電源要好得多。因此，您也可以通過(guò)使用一個(gè)臺式電源輸出電壓/電流和兩個(gè)良好質(zhì)量的萬(wàn)用表（一個(gè)測量電壓，另一個(gè)測量電流），來(lái)建立一個(gè)中等精度的源測量單元。然而，這樣的源測量單元不支持編程，也不能非常容易地測量負電壓(這兩者對許多應用都很重要)。

為什么有一個(gè)可編程源測量單元是重要的?

對于某些應用來(lái)說(shuō)，使用可編程儀器可能并不重要——您可能只想讀取一次或少量的值。然而，在許多情況下，您可能希望收集大量數據，以便繪制圖表或度量隨時(shí)間變化的性能，或將多個(gè)設備連接在一起。 然而，手動(dòng)操作是耗時(shí)且困難的。還有很多不同的實(shí)驗需要自動(dòng)收集數據以獲得更快或更精確的測量，或者在較長(cháng)的時(shí)間尺度(數月甚至數年)進(jìn)行測量。在這里，您肯定需要一臺計算機來(lái)收集數據并將其導出到電子表格或數據庫中進(jìn)行分析。

為什么負電壓很重要?

并不是所有的實(shí)驗都需要負電壓－在某些情況下，你可以避免這種情況。然而，許多不同類(lèi)型的器件在施加正或負電壓時(shí)工作方式是不同的。為了充分理解這種設備是如何工作的，我們需要能夠改變施加電壓的正負。

以一個(gè)二極管為例，這個(gè)器件只允許電流以一個(gè)方向通過(guò)。為了評估一個(gè)二極管是否工作，我們需要看看它是否能在兩個(gè)方向通過(guò)電流。我們有兩種方法可以做到這一點(diǎn)。我們可以在一個(gè)方向上測量二極管，然后手動(dòng)將其翻轉并在另一個(gè)方向上測量，然后將數據集“縫合”在一起。然而，更簡(jiǎn)單的是，當我們施加正電壓或負電壓時(shí)，我們只測量電流。事實(shí)上，這種技術(shù)非常有用，它被用于描述許多類(lèi)型的具有類(lèi)似二極管行為的器件——太陽(yáng)能電池和發(fā)光二極管等。

用源測量單元測量太陽(yáng)能電池

能有效演示源測量單元用處的一個(gè)應用是新太陽(yáng)能電池的測量。研究人員通常會(huì )表征小規模測試設備的性能，而不是建立一個(gè)完整的全規模電池。這些設備太小，無(wú)法產(chǎn)生任何可用的電力，但卻足以決定設計的效率。

太陽(yáng)能電池的效率可以通過(guò)在電池的面積上照射已知數量的光能，并計算單位面積產(chǎn)生的電能來(lái)確定。因為功率就是電壓乘以電流，所以起點(diǎn)就是測量施加的電壓和單位面積產(chǎn)生的電流。

當太陽(yáng)能電池被照亮時(shí)，我們可以簡(jiǎn)單地將萬(wàn)用表放在太陽(yáng)能電池的兩端來(lái)測量產(chǎn)生的電壓。同樣，我們也可以用萬(wàn)用表測量電流;如果我們把它除以太陽(yáng)能電池的面積，就得到電流密度

然而，如果你用電壓乘以電流(或電流密度)，那么這只會(huì )告訴我們，如果我們有一個(gè)完美的設備，我們可以產(chǎn)生多少功率(或單位面積功率)。這樣做的原因是一個(gè)好的電壓表有一個(gè)非常高的(接近無(wú)窮大的)內阻，當我們測量電壓本身時(shí)，沒(méi)有電流流動(dòng)，因此沒(méi)有功率產(chǎn)生。 類(lèi)似地，一個(gè)好的安培計的內阻接近于零，所以當我們把萬(wàn)用表放在兩端測量電流時(shí)，我們就是在測試短路的設備。

對于任何實(shí)際的(真實(shí)的)太陽(yáng)能電池，它輸出的電壓取決于產(chǎn)生了多少電流。源測量單元能夠改變電壓并測量電流的變化。

下圖顯示了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池原型的典型JV曲線(xiàn)。在JV中，J代表電流密度，V代表電壓。JV曲線(xiàn)告訴我們電壓和電流是如何相互影響的，并允許我們計算太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的實(shí)際功率。

典型的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的JV曲線(xiàn)

如果我們用電壓乘以電流密度，我們就得到了太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的功率密度，如下圖所示。圖中的峰值是產(chǎn)生最大功率的點(diǎn)(即所謂的最大功率點(diǎn))。

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的功率密度

在上面的圖表中，我們也測量了負壓(所謂反向偏置)的太陽(yáng)能電池。這告訴我們設備不會(huì )在反向偏置下崩潰，這是設備質(zhì)量好的標志。

其次，它告訴我們是否有多余的可用電流我們沒(méi)有很好地利用，因為通過(guò)施加一個(gè)負電壓，我們可以有效地“吸”出設備中本來(lái)不會(huì )被提取的電荷。雖然這些“被吸”的電荷不能用來(lái)發(fā)電，但它們讓我們了解了一些光電流損耗機制。

測量JV曲線(xiàn)是太陽(yáng)能電池開(kāi)發(fā)和優(yōu)化的重要工具之一。同樣地，采用IV和JV曲線(xiàn)對于理解包括LED和OLED、晶體管、傳感器等多種設備類(lèi)型非常重要。

技術(shù)規格

源測量單元由位于一塊板上的四個(gè)儀器組成-兩個(gè)SMU(電壓源，電流檢測)和兩個(gè)精密電壓檢測通道。還有一個(gè)通用快門(mén)/觸發(fā)器，使它能夠控制(或被控制)其他儀器。

Ossila源測量單元的前面板，突出SMU和Vsense渠道

源測量單元 (SMU 1 & SMU 2)

SMUs輸出一個(gè)電壓，然后測量電壓和電流值。輸出電壓總是在BNC輸出上測量，而不是假定它是設置電壓。這是為了考慮任何負載的影響，例如，輸出短路，或低阻抗導致電壓的小降。每個(gè)源測量單元都有多個(gè)電流量程，可以精確測量大電流和小電流。

電壓源規格

電壓測量規格

電流測量規格

精密電壓表規格(Vsense 1和Vsense 2)

該電壓表的設計用于準確地感知小電壓，同時(shí)也有一個(gè)寬動(dòng)態(tài)范圍(±10 V)。

快門(mén)/觸發(fā)器

快門(mén)/觸發(fā)器既可以用作輸入也可以用作輸出。它可用于向其他儀器發(fā)送觸發(fā)信號，或配置為等待其他儀器的觸發(fā)。此BNC的電壓等級為5V -任何更高的電壓都可能導致端口損壞。

編程語(yǔ)言

X200的設計用戶(hù)界面友好，可以兼容幾乎所有的編程語(yǔ)言(至少是支持串行com或以太網(wǎng)的編程語(yǔ)言，幾乎是所有常用的編程語(yǔ)言)?？捎糜谂c之接口的通用語(yǔ)言是：

· Python

· LabVIEW?

· MATLAB

· Java

· VB

· Fortran

· C / C++

· Perl

物理規格

源測量單元(X200)后面板

軟件

Ossila源測量單元有一個(gè)軟件前面板，使您能夠盡快開(kāi)始測量。通過(guò)該程序界面，您可以獨立控制每個(gè)SMU和Vsense通道，可以執行許多常見(jiàn)的電子測量。

Ossila源測量單元前面板PC軟件

主要特征

控制兩個(gè)SMU通道

使用兩個(gè)獨立的SMU通道(電壓源、電流檢測)設置電壓和測量電流

快速測量電壓

用兩個(gè)Vsense通道精確測量小電壓

容易設置采樣率

通過(guò)該接口設置smu和Vsense通道的OSR采樣率

使用可移植的數據格式

將數據保存為便攜式電子表格(.csv)文件或文本(.txt)文件，以便使用您喜歡的軟件包進(jìn)行分析

其它軟件

我們還擁有使用Ossila源測量單元執行特定測量的軟件。這些可以從我們的軟件和驅動(dòng)程序頁(yè)面免費下載。當前可用的測量有:

· I-V curves I-V特性曲線(xiàn)

· 太陽(yáng)能電池特性和壽命

· 四點(diǎn)探針薄層電阻

軟件要求

應用

Ossila源測量單元可能是我們通用的設備。它的應用范圍很廣;大多數需要直流(或低頻)范圍(每通道±10 V到±150 mA)電特性的實(shí)驗室級設備都可以用SMU測量。

我們使用X200 SMU開(kāi)發(fā)了測量片電阻(四點(diǎn)探針)、IV曲線(xiàn)和OLED壽命(OLED壽命系統和太陽(yáng)能電池IV測試系統)和循環(huán)伏安測量(Ossila電位器)的系統。

有關(guān)完整的“即開(kāi)即用”測量相關(guān)信息，請參閱我們的測試和測量頁(yè)面相關(guān)內容。有關(guān)如何編程源測量單元的指導，請參閱我們的入門(mén)頁(yè)面。要使用Python編程，請參閱我們的科學(xué)Python教程。

                                                             Ossila源測量單元為LED供電