輸入電壓，測量電流，獲取數據

使用Ossila源測量單元簡化和加速數據收集

概述

控制儀器的能力是實驗科學家和工程師的關鍵技能。我們設計了Ossila源測量單元，這樣無論你的技能水平如何，你都可以擁有價格經濟、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加速您的數據收集吧。

源測量單元包含兩個測量電流的電壓源表和兩個測量電壓的電壓表。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。此產品免費保修2年。

什么是源測量單元?

源測量單元(也稱為SMU或源表)的基本工作原理非常簡單——它輸出電壓并測量流過的電流。在這方面，它就像一個臺式電源。然而，它是可編程的，允許用戶在一個特定范圍掃描電壓。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。

五個電流范圍
五個獨立的電流范圍可供選擇，以滿足您的實驗需要。

靈活可拓展的通信
通過USB連接源測量單元或通過以太網連接同時使用幾個單元。

用戶界面友好的PC軟件
沒有編程經驗要求!內置的PC軟件帶有預設模式，讓您可以執行簡單的測量。

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，電流范圍開關可以使用包含的PC軟件控制-不需要手動調整。

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

Adam Surmiak, 太陽能轉換激子系統博士研究生
莫納什大學, 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家和工程師設計的。從碳納米管和量子阱異質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

· 用戶手冊和QC數據

· USB 驅動程序和前面板軟件安裝程序

背景

源測量單元輸出一個可控電壓并測量流過的電流。作為生產和質量控制過程的一部分，許多日常物品都要使用源測量單元進行測試。如果你用LED照亮你的家或在你的屋頂上裝有太陽能板，所有這些質量控制過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，并允許用戶在特定范圍掃描電壓。

對于臺式電源，你通常使用一個表盤來選擇你想要產生的電壓，然后看一下顯示器來讀出多少電流流過你的電路。通常，一個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，這是非常棒的。然而，如果你想進行精確的科學測量，那么一毫安實際上是一個巨大的電流量-通常需要有微安(百萬分之一安培)或納米安培(十億分之一安培)的精度來表征許多電子設備。

源測量單元與萬用表有什么不同?

將源測量單元的功能與普通萬用表分開是很重要的;兩者都很有用，但用途不同。標準的萬用表可以測量電壓，也可以測量電流，但不能同時測量電壓和電流。它也不輸出電壓。一個好的手持式萬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-比一個臺式電源要好得多。因此，您也可以通過使用一個臺式電源輸出電壓/電流和兩個良好質量的萬用表（一個測量電壓，另一個測量電流），來建立一個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)。

為什么有一個可編程源測量單元是重要的?

對于某些應用來說，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間變化的性能，或將多個設備連接在一起。 然而，手動操作是耗時且困難的。還有很多不同的實驗需要自動收集數據以獲得更快或更精確的測量，或者在較長的時間尺度(數月甚至數年)進行測量。在這里，您肯定需要一臺計算機來收集數據并將其導出到電子表格或數據庫中進行分析。

為什么負電壓很重要?

并不是所有的實驗都需要負電壓－在某些情況下，你可以避免這種情況。然而，許多不同類型的器件在施加正或負電壓時工作方式是不同的。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。

以一個二極管為例，這個器件只允許電流以一個方向通過。為了評估一個二極管是否工作，我們需要看看它是否能在兩個方向通過電流。我們有兩種方法可以做到這一點。我們可以在一個方向上測量二極管，然后手動將其翻轉并在另一個方向上測量，然后將數據集“縫合”在一起。然而，更簡單的是，當我們施加正電壓或負電壓時，我們只測量電流。事實上，這種技術非常有用，它被用于描述許多類型的具有類似二極管行為的器件——太陽能電池和發光二極管等。

用源測量單元測量太陽能電池

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

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

當太陽能電池被照亮時，我們可以簡單地將萬用表放在太陽能電池的兩端來測量產生的電壓。同樣，我們也可以用萬用表測量電流;如果我們把它除以太陽能電池的面積，就得到電流密度

然而，如果你用電壓乘以電流(或電流密度)，那么這只會告訴我們，如果我們有一個完美的設備，我們可以產生多少功率(或單位面積功率)。這樣做的原因是一個好的電壓表有一個非常高的(接近無窮大的)內阻，當我們測量電壓本身時，沒有電流流動，因此沒有功率產生。 類似地，一個好的安培計的內阻接近于零，所以當我們把萬用表放在兩端測量電流時，我們就是在測試短路的設備。

對于任何實際的(真實的)太陽能電池，它輸出的電壓取決于產生了多少電流。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能電池原型的典型JV曲線。在JV中，J代表電流密度，V代表電壓。JV曲線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能電池產生的實際功率。

典型的鈣鈦礦太陽能電池的JV曲線

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

鈣鈦礦太陽能電池產生的功率密度

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

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

測量JV曲線是太陽能電池開發和優化的重要工具之一。同樣地，采用IV和JV曲線對于理解包括LED和OLED、晶體管、傳感器等多種設備類型非常重要。

技術規格

源測量單元由位于一塊板上的四個儀器組成-兩個SMU(電壓源，電流檢測)和兩個精密電壓檢測通道。還有一個通用快門/觸發器，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。每個源測量單元都有多個電流量程，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，同時也有一個寬動態范圍(±10 V)。

快門/觸發器

快門/觸發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送觸發信號，或配置為等待其他儀器的觸發。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。

編程語言

X200的設計用戶界面友好，可以兼容幾乎所有的編程語言(至少是支持串行com或以太網的編程語言，幾乎是所有常用的編程語言)。可用于與之接口的通用語言是：

· 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源測量單元有一個軟件前面板，使您能夠盡快開始測量。通過該程序界面，您可以獨立控制每個SMU和Vsense通道，可以執行許多常見的電子測量。

Ossila源測量單元前面板PC軟件

主要特征

控制兩個SMU通道

使用兩個獨立的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Vsense通道精確測量小電壓

容易設置采樣率

通過該接口設置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程序頁面免費下載。當前可用的測量有:

· I-V curves I-V特性曲線

· 太陽能電池特性和壽命

· 四點探針薄層電阻

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)電特性的實驗室級設備都可以用SMU測量。

我們使用X200 SMU開發了測量片電阻(四點探針)、IV曲線和OLED壽命(OLED壽命系統和太陽能電池IV測試系統)和循環伏安測量(Ossila電位器)的系統。

有關完整的“即開即用”測量相關信息，請參閱我們的測試和測量頁面相關內容。有關如何編程源測量單元的指導，請參閱我們的入門頁面。要使用Python編程，請參閱我們的科學Python教程。

                                                             Ossila源測量單元為LED供電