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设置测量模式

如何在 miniSMU MS01 上设置和使用不同的测量模式

miniSMU MS01 通过不同的工作模式提供多种测量能力。本节介绍如何设置和使用两种主要测量模式：施加电压、测量电流（Force Voltage, Measure Current，FVMI）模式，以及施加电流、测量电压（Force Current, Measure Voltage，FIMV）模式。

了解测量模式

选择测量模式之前，了解各模式之间的区别非常重要：

模式说明最适合注意事项
FVMI施加稳定的电压，并测量由此产生的电流电阻、二极管、太阳能电池、LED可能需要限制电流以进行保护
FIMV施加稳定的电流，并测量由此产生的电压电池、传感器、低阻测量可能需要限制电压以进行保护

施加电压、测量电流（FVMI）模式

在 FVMI 模式下，miniSMU MS01 用作电压源：

  • 被测器件两端的电压保持在您设定的值
  • miniSMU 会根据需要调整其输出电流，以维持该电压
  • 测量并报告所施加的电压和流过器件的电流

何时使用 FVMI 模式

FVMI 模式非常适合：

  • 电阻表征：施加已知电压并测量电流，从而计算电阻
  • 二极管测试：扫描电压并测量电流，生成 I-V 曲线
  • 太阳能电池测试：施加反向偏置电压并测量漏电流
  • LED 表征：精确控制电压并观察电流消耗
  • 晶体管测试：施加特定的栅源电压并测量漏极电流

要在指定通道上启用 FVMI 模式，请使用 SOURx:FVMI ENA 命令，其中 x 为通道号（1 或 2）：

SOURx:FVMI ENA

示例：

SOUR1:FVMI ENA

此命令在通道 1 上启用 FVMI 模式。

完整的 FVMI 配置示例：

SOUR1:VOLT 3.3        # Set channel 1 to output 3.3V
SOUR1:CURR:PROT 0.02  # Limit current to 20mA for protection
SOUR1:FVMI ENA        # Enable FVMI mode
OUTP1 ON              # Enable the output
MEAS1:CURR?           # Measure the resulting current

施加电流、测量电压（FIMV）模式

在 FIMV 模式下，miniSMU MS01 用作电流源：

  • 流过被测器件的电流保持在您设定的值
  • miniSMU 会根据需要调整其输出电压，以维持该电流
  • 测量并报告器件两端的电压和流过器件的电流

何时使用 FIMV 模式

FIMV 模式非常适合：

  • 电池测试：施加特定的充电/放电电流并测量电压响应
  • 低阻测量：施加已知电流并测量微小的电压降
  • 温度传感器表征：以恒定电流驱动 RTD（电阻温度检测器）或热敏电阻
  • LED 亮度控制：精确控制 LED 电流，使亮度保持一致
  • 电流驱动型器件：测试需要以电流方式工作的元件

要在指定通道上启用 FIMV 模式，请使用 SOURx:FIMV ENA 命令：

SOURx:FIMV ENA

示例：

SOUR2:FIMV ENA

此命令在通道 2 上启用 FIMV 模式。

完整的 FIMV 配置示例：

SOUR2:CURR 0.01       # Set channel 2 to output 10mA
SOUR2:VOLT:PROT 5     # Limit voltage to 5V for protection
SOUR2:FIMV ENA        # Enable FIMV mode
OUTP2 ON              # Enable the output
MEAS2:VOLT?           # Measure the resulting voltage

各模式的注意事项

FVMI 模式注意事项

  • 开路时的行为：在 FVMI 模式下开路时，测得的电流将非常接近零
  • 短路风险：存在短路风险时，使用 FVMI 模式要格外小心，因为电流可能会迅速增大
  • 电流限制：启用输出之前，务必设置合适的电流保护限值
  • 限值指示：如果达到电流保护限值，通道 LED 将变为红色

FIMV 模式注意事项

  • 开路时的行为：在 FIMV 模式下开路时，miniSMU 会不断升高电压，直至达到保护限值
  • 零伏源：FIMV 模式非常适合测试工作在接近零伏电压下的器件（例如超级电容器、某些类型的电池）
  • 电压限制：启用输出之前，务必设置合适的电压保护限值
  • 限值指示：如果达到电压保护限值，通道 LED 将变为红色

四线开尔文测量模式

四线（开尔文）测量使用独立的施加（Force）和检测（Sense）连接，从而消除引线电阻和接触电阻对测量的影响。

工作原理

在四线模式下：

  • 通道 1 用作施加（Force）通道
  • 通道 2 以高阻模式用作 Sense 通道
  • 电压在 Sense 端子处测量，不受 Force 引线上任何电压降的影响

何时使用四线模式

四线模式非常适合：

  • 低阻测量：引线电阻会显著影响精度的场合
  • 高精度电压测量：针对存在接触电阻的器件
  • 电池内阻测量
  • 连接器和接触电阻测试

启用四线模式

通过 miniSMU 应用（v1.1.0+）： 进入 Settings > About，打开“4-Wire Mode”开关（仅在已连接设备时可见）。

通过 Python 库（v0.3.0+）：

smu.enable_fourwire_mode()   # Enable 4-wire mode
smu.disable_fourwire_mode()  # Disable 4-wire mode
status = smu.get_fourwire_mode()  # Query current state

通过 SCPI 命令：

SYST:4WIR ENA    # Enable 4-wire mode
SYST:4WIR DIS    # Disable 4-wire mode
SYST:4WIR?       # Query 4-wire mode status

重要说明

  • 四线模式启用时，通道 2 不能单独使用
  • 在四线模式下，OUTP1 ON/OFF 会同时控制两个通道
  • 在数据流或扫描进行期间，无法启用四线模式
  • 在 miniSMU 应用中，通道 2 的控件将被禁用，并有工具提示说明原因