信号源测量单元的用途 - 可编程信号源测量单元是什么？有何用途？

信号源测量单元有何用途？

许多日常物品都会通过SMU进行测试，作为工厂测试和质量控制流程的一部分。家中照明使用的LED灯和屋顶上安装的太阳能面板，都已利用SMU进行测试，这是制造过程的一部分。

ADALM1000专为正在研究下一代电子设备的工程专业学生使用而设计。从碳纳米管、量子阱异质结构到生物膜、生物传感器，要了解大量材料和器件如何导电，必须使用SMU。简言之，您可以利用ADALM1000去了解任何器件在DC或低频、–5 V至+5 V电压范围内的电气特性，并测量±0.1 mA至180 mA的电流。

能否举一个需要信号源测量单元的具体测量例子？

以太阳能电池为例。在研究实验室，工程师们正在寻找让太阳能电池效率更高、成本更低的方法。为了解太阳能电池的工作效能，实验室生产了一种小型测试器件，其尺寸可能只有几平方毫米到几平方厘米，然后表征其性能。这些测试电池太小，不足以产生超过照明功率（例如单个LED）的任何可用功率，但它们足以表征基本工作范围和效率。作为例子的这家实验室采用ADALM1000测量小型太阳能电池。

太阳能电池的关键特性是其将太阳能转化为电能的效率。为此，可以用已知强度的光照射测试电池，然后测量每单位面积产生的电功率。功率等于电压乘以电流，所以从测量所产生的端电压 (V) 和电流 (I) 开始。

要测量所产生的电压，可以在照射的时候将一个电压表连接在电池端子上。同样，在电池端子上连接一个电流表可以测量电流。将测得的电流除以太阳能电池的面积，便得到电流密度。

但有一个问题：用电流（或电流密度）乘以电压只能告诉我们，如果我们有一个理想器件，可以产生多少功率（或单位面积的功率）。原因是电压表的内阻几乎是无限大，当用它测量电压时，不会有电流流过。这种情况下产生的是零功率（实测电压 × 零电流 = 零）。这种测量称为开路电压测量。类似地，当把电流表放在端子上测量电流时，我们是在太阳能电池短路的情况下测试电池，因为电流表的内阻几乎为零。在这种情况下，存在电流但未施加电压。同样不会产生任何功率（实测电流×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，其输出电压将取决于所产生的电流大小，这就是为什么使用SMU的原因——在测量电流变化的同时可以改变电压。

图5显示了某一小型太阳能电池（来自太阳能庭院灯的3 cm × 3 cm太阳能电池）的典型IV曲线。电流进入SMU通道（被其吸收），所以电流为负值。0 V时的电流是短路电流，0电流时的电压是开路电压。

图5. 太阳能电池I与V的曲线。x轴：电压 (V)；y轴：电流I (mA)。

IV曲线告诉我们电压和电流如何变化，而且我们可以据此计算太阳能电池产生的实际功率量。图6所示为功率 (mW) 与电池电压的关系曲线。功率就等于V × I。下面的Python方程计算功率（单位为mW）：

图6. 太阳能电池功率与电压的关系。x轴：电压 (V)；y轴：P – mW。

图中的峰值是产生最大功率的点（所谓最大功率点）。SMU吸收电池产生的功率，所以功率为负值。

如果使用图2中的技术，我们也可以在施加负电压（反向偏置）时测量太阳能电池。这给我们提供了一些有用信息。首先，它告诉我们该器件在反向偏置下不会击穿。这表明该器件质量很好。其次，它告诉我们是否有任何额外的可用电流。通过施加负电压，我们可以有效地从器件中吸取电荷，否则这些电荷不会出来。虽然这些吸取的电荷不能用来产生功率（我们此时实际上是将功率注入器件，而不是提取能量），但通过它我们可以了解一些光电流损失机制。因此，测量IV曲线是太阳能电池开发和优化中最重要的工具之一。同样，获得IV曲线对于了解各类其他器件，包括LED和OLED、晶体管、传感器等等，也非常重要。

图7. ADI公司信号源测量单元ADALM1000。