Moku:Go 在一台高性能设备中结合了 15 多种实验室仪器。 本应用笔记使用 Moku:Go 的示波器及其集成波形发生器来研究二极管的正向偏置行为。
Moku:Go
Moku:Go 在一台高性能设备中结合了 15 多种实验室仪器，具有 2 个模拟输入、2 个模拟输出、16 个数字 I/O 引脚和可选的集成电源。
二极管 PN 结
二极管是由单个 PN 结组成的最简单、最基本的半导体器件。 由于 PN 结是许多半导体的基本功能特征，因此对二极管行为的扎实基础知识对于成功学习晶体管和其他半导体的更高级实验室实验至关重要。
IV 曲线表征是一项基础测量，也是常见的实验室实验，有助于理解半导体结。IV 曲线是电流与电压的函数关系图。对于电阻器，IV 曲线可以是一条通过 0 V 和 0 A 的直线。虽然市面上有专用的 IV 曲线仪器，并且一些实现方案使用源测量单元 (SMU) 和相应的软件，但这些解决方案需要笨重且昂贵的传统独立设备。这里我们展示了使用 Moku:Go 示波器及其内置波形发生器进行的二极管 IV 测量。捕获的数据会共享到 Excel（或 MATLAB），以便学生处理捕获的数据并绘制 IN4001 二极管的 IV 曲线。因此，实验仅需 Moku:Go 即可完成，无需其他仪器。
实验装置
为了绘制 IN4001 二极管的 IV 曲线，我们设置了图 1 中的电路。
数字 1: 正向偏置二极管电路
R1 代表波形发生器的输出阻抗。 Moku:Go 的示波器通道 2 用于测量施加在二极管和限流和感应电阻器 (R2) 上的电压。 然后，示波器通道 1 测量 R2（一个 1% 容差的 100 Ω 电阻）两端的电压，使我们能够计算通过二极管的电流。
Moku:Go 的示波器仪器集成了一个波形发生器。它用于生成一个三角波，幅度设置为 3.2 V，直流偏移量为 1.6 V。因此，二极管始终处于正向偏置，允许我们施加扫频电压，频率设置为较低的、不太重要的 50 Hz。图 2 显示了 macOS 应用程序中的波形发生器设置。请注意，我们仅使用波形发生器通道 1（绿色）；通道 2（紫色）处于关闭状态。Windows 应用程序与此非常相似。
图2： Moku:Go 的波形发生器配置为扫描电压
我们现在可以使用 Moku:Go 的示波器观察通道 1 和通道 2 上的电压（通道探测点参见图 1）。 图 3 显示示波器，通道 A（输入 1）为红色，通道 B（输入 2）为蓝色，二极管的行为显而易见。
我们还使用示波器数学通道绘制了橙色的 XY 曲线，这显示了二极管的一般预期 IV 曲线。
图3： Moku:Go 的示波器、XY 通道和集成波形发生器
参考图1电路； 我们看到二极管中的电流：
I二极管 =（Vch1/ 100）
并且相应的
V二极管 V =ch2 - V.ch1
由于 Moku:Go 通过 USB-C 或网络连接到应用程序，我们可以简单地将示波器数据导出到 CSV 文件，然后计算并绘制 I二极管 对 V二极管 在 Excel、MATLAB 或类似软件中。
图4： 将数据导出到 CSV
产生的 IV 图
从 Moku 导入 CSV 后：进入 Excel，V二极管 和我二极管 被计算和绘制。 IN4001 二极管的最终 IV 图如图 5 所示，展示了典型的正向偏置导通电压； 之后我们看到电流大幅增加。
图5： 正向偏置 IN4001 二极管的测量 IV 图
结语
我们使用 Moku:Go 及其示波器和集成波形发生器来研究、测量和记录二极管的 IV 行为。 这是通过一个简单的面包板和一个 Moku:Go 完成的。 不需要其他实验室设备来演示这个常见的电子工程实验室实验。
Moku:Go 的好处
对于教育工作者和实验室助理
- 有效利用实验室空间和时间
- 易于一致的仪器配置
- 专注于电子设备，而不是仪器设置
- 最大化实验室助教时间
- 个人实验室，个人学习
- 通过屏幕截图简化评估和评分
对于学生
- 以自己的节奏进行的各个实验室可以增强理解和记忆
- 便携式，选择实验室工作的节奏、地点和时间，无论是在家、在校园实验室还是远程协作
- 熟悉的 Windows 或 macOS 笔记本电脑环境，但配备专业级仪器
Moku:Go 演示模式
您还可以 download 适用于 macOS 和 Windows 的 Moku:Go 应用程序。 演示模式无需任何硬件即可运行，并提供了使用 Moku:Go 的精彩概述
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