LED特性の自動計測ver3.1改.pptx

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1 LED 特性の自動計測 テキストの変更追加と実験手順の詳細が記載してあります 必ず事前に確認してから実験を始めること 実験の目的 電子計測用プログラムで 測定機器を操作して 実際に経験して 電子計測を理解する データを解析する

2 今回の実験のあらまし LabVIEW でプログラムを作成して オシロスコープを操作して データから LED の I-V 特性 I-P 特性を解析 テキストの要約 実験手順を再確認してください 4

3 実験全体の流れ 準備 プログラムの作成 プログラムの試験 I-V 特性の測定 光出力特性の測定 後始末 データ処理 LED 毎に繰り返し (2 測定 /LED) 5 準備 } パソコンの起動 } 電源を入れて Windows の起動を確認 } ディジタルオシロの起動 } 電源を入れてオシロの起動を確認 } ファンクションジェネレータ (FG) の起動 } 電源を入れる } 設定 } 周波数 100Hz } 波形 正弦波 } 出力最大 (ATT:0db VR:Max) 6

4 5-3-1 LabVIEW プログラムの作成 ( テキスト P25) なお 半完成の骨格のプログラムが提供されている場合は下記手順でプログラムを完成させること サーバーの 実験のソースファイル を実験用のフォルダにコピー 解凍する 次に LabVIEW を立ち上げて 実験用フォルダ内の骨格プログラム ( 標準は骨格プログラム 6) をクリックすると フロントパネル のウィンドウが現れる ファイルメニューの 別名で保存 で VI ウィンドウの名称を 実験年月日 + 実験者名前 に変更して 実験用のフォルダに保存する VI ウィンドウの名称を変更した後 制御器を追加してプログラムを完成させる ( 制御器の追加方法はテキスト末尾の添付資料 4 制御器を接続する便利な方法 を参照 ) ( 注意 ) プログラムはステップ毎に保存して PC のフリーズなどに備えてください 今回の実験では作成途中の骨格プログラム 6 を使ってプログラムする 7 プログラムの作成 準備 ディスクトップに実験用のフォルダを作成 実験用のソースファイル をダウンロードして解凍する 解凍した 実験用のソースファイル の内容を実験用のフォルダにすべてコピーする LabVIEW を起動 起動後 骨格プログラム 6 を開き 別名で保存 でプログラム名を変更する プログラムの作成 制御器を追加してプログラムを完成させる テキスト記載の添付資料 4 制御器を接続する便利な方法を参照して作成する 8

5 ( 参考 ) 制御器を接続する便利な方法 LabVIEWVer8X 基本操作説明 ver2.pdf 12. VI の端子に制御器を接続する便利な方法から抜粋 1 端子を選択してマウスを右クリックする 端子の名前が表示される ( 詳細ヘルプ内の端子も明滅します ) 9 2 メニューの 作成 をポイントしてサブメニューを表示する 10

6 3 サブメニューの 制御器 をクリックすると制御器が作成 接続される 11 4 制御器を右クリックしてメニューを表示する 5 アイコンとして表示 をクリックしてチェックを外す 12

7 6 見やすい配置になるように移動する 13 ( 参考 ) 完成したブロックダイアグラム ( テキスト P26) 図 ブロックダイアグラム 14

8 レイアウトの整理 ブロックダイアグラムの整理 ブロックダイアグラムが完成したら 見やすいレイアウトに整理する 配線が正しいか 制御器や表示器の名称は正しいか 最終的な確認をする フロントパネルの整理 フロントパネルに必要な要素がすべてそろっているか 確認する 見やすく 操作しやすいレイアウトに整理する 測定はフロントパネルを使って行うので 見易さ 操作のしやすさ が大切です レイアウト整理のポイント 1 2 制御器や配線を重複しないように配置する 配線は接続先が分かりやすく配置する 見易いレイアウトは実験中の操作ミスやプログラムの間違い防ぎます LabVIEW プログラムの動作確認 ( デバッグ ) ( テキスト P27,P38) テキストの添付資料 2 デバッグの手順を参照 2-1(2)2 制御器の設定 プログラムの動作試験 ( デバッグ ) 2-2(1) 単純動作試験 ( 複合動作試験は省略 ) 2-2(4) 計測ファイルへの書き込み試験 確認ポイント 較正信号の波形が正しく表示されているか? 次ページを参照 計測データが正しく実験用フォルダに保存されているか? デバッグ結果の保存 ブロックダイアグラムとフロントパネルの画面をコピーして保存する コピーしたブロックダイアグラム フロントパネルは報告書に記載する 記載趣旨は測定に使ったプログラムの動作証明 16

9 デバッグ時の設定値 ( テキスト P38) 2-1(2)2 制御器の設定 A) Channel A Channel 1 B) Channel B Channel 2 C) Vertical range 全て 12 V D) Probe Attenuation 全てDefault ( 倍率 : 10) E) Vertical Coupling 全てDefault (DC) F) Vertical Offset 全てDefault (0 divs) G) Time base s H) Trigger Source Default (Channel 1) I) Trigger level 1V J) Trigger Slope Default (rising) K) Trigger Mode Normal L) Position Default (0.0 s) 17 ( 参考 ) デバッグ試験回路のプローブ接続詳細 ( テキスト P38) ディジタル オシロスコープ プローブ補正 5V 1kHz 倍率 SW (x10) ディジタル オシロスコープ 図 1 デバッグ試験回路 18

10 ( 参考 ) プローブ補正 ( 校正 ) 信号の波形 プローブ補正 ( 校正 ) 信号のポイント 1 電圧 0V と 5V のパルス波 2 周波数 1KHz 3 波形は 1:1の方形波 この波形が正しく表示されればプログラムは正常 DC 結合にすると直流成分を含んだ信号が表示される Y 軸スケールに注意 19 ( 参考 ) 計測ファイルの名前を入力する ( テキスト P (4)) 有効 にする! 1 ファイル名 のテキストボックス内でマウスをクリックする ( 文字の入力が可能になる ) 重要! 2 エクセルで読み込めるように エクセルの拡張子 (.xls 半角英数字 ) をつけて 計測ファイルの名前.xls と入力する 3 コメント のテキストボックスに実験の条件などを入力する ( 注意 ) 計測ファイルのファイル名とコメントの入力制御器はフロントパネルに配置されますので labview を実行するとき 他の制御器の設定に合わせて入力するようにしてください ( LabVIEWVer8X 基本操作説明 ver2.pdf 抜粋 ) 20

11 ( 参考 ) 画面のコピー方法 ( テキスト P ) プリントスクリーンでは一部分しかコピーできないので LabVIEW の機能を使って全画面をコピーする コピー手順 1. 予めエクセルのファイルを作成しておく 2. コピーするブロックダイアグラムまたはフロントパネルを開く 3. 編集 メニューをプルダウンして すべて選択 をクリック 4. 再度 編集 メニューをプルダウンして コピー をクリック 5. エクセルのファイルを開いて 貼り付け をクリック 6. 貼り付けた画像を確認してエクセルのファイルを保存する 21 I-V 特性の測定 (1) ( テキスト P29,41) 測定回路の組み立て A C X Y I-V 特性測定用の配線 22

12 I-V 特性の測定 (2) 制御器の設定 Vertical Coupling は DC( 直流結合 ) Trigger Level は 1V に設定 Time Base は 1 サイクル程度の波形が表示される値 (0.001s) その他 添付資料 3 測定の手順 予備測定 計測ファイルへの書き込み ボタンを無効にする 波形が滑らかな曲線で表示されるように CH1 CH2 の Vertical Range の値を調整 本測定 ファイル名とコメントをボックスに入力し 計測ファイルへの書き込み ボタンを有効にする プログラムを実行 フロントパネルの画面をコピーして ファイルに保存する 23 フロントパネルのコピー例 24

13 光出力特性の測定 (1) ( テキスト P31,42) 測定回路の接続変更 A C X Y こちらに変更 25 光出力特性の測定 (2) 予備測定 計測ファイルへの書き込み ボタンを無効にする 波形が滑らかな曲線で表示されるように CH1,CH2 の Vertical Range の値を調整 他の制御器はそのまま 本測定 ファイル名とコメントをボックスに入力し 計測ファイルへの書き込み ボタンを有効にする プログラムを実行 フロントパネルの画面をコピーして ファイルに保存する 26

14 フロントパネルのコピー例 27 複数の LED の測定 LED を差し替える I-V 特性の測定 (1) に戻って測定 28

15 後始末 (1) ( テキスト P31,32) 実験用フォルダ内のデータ確認 1 デバッグした結果 ブロックダイアグラムのコピー 1 フロントパネルのコピー 1 測定データ ( 計測ファイル ) 1 2 電流電圧特性の測定データ フロントパネルのコピー LEDの数 測定データ ( 計測ファイル ) 3 電流光出力の測定データ フロントパネルのコピー LEDの数 測定データ ( 計測ファイル ) 29 後始末 (2) 実験用のフォルダを USB メモリに保存する USB メモリの内容を確認後 教官の指示に従ってフォルダを削除する パソコンの停止 ディジタルオシロ FG の電源を切る ケーブル パーツ類の整理 30

16 データ処理 (1) ( テキスト P32) データ換算 計測ファイルのデータを使って 1 LEDの電流 =CH1/R1 2 LEDの端子間電圧 =CH2-CH1 3 PDの電流 =CH2/R2 4 LEDの光出力 =PD 電流 /PD 受光感度 を計算する 31 データ処理 (2) 時間波形グラフの作成 124 のデータを使って作成 横軸時間 縦軸 LED 電流 LED 端子間電圧 LED 光出力 LED 特性グラフの作成 124 のデータを使って作成 横軸 LED 電流 縦軸 LED 端子間電圧 LED 光出力 実験結果には LED 特性グラフを添付する グラフの形式は実験室内の掲示を参照 作成したグラフは LED 毎にまとめて報告書に記載 32

17 基礎知識 実験に必要なオシロスコープ LabVIEW パソコンの基礎知識を各人で再確認してください 33 基礎知識 ( 続き ) 今回の実験に必要な知識の大部分は実験 Ⅰ のテーマですが 今回の実験では実際に装置を操作する知識が必要です ( 実験 Ⅰ の復習が必須 ) オシロスコープ 入力結合 (DC,AC) Vertical Coupling 掃引速度 (ms/div) Time Base 水平同期 Trigger Level Trigger Slope 垂直感度 (V/div) Vertical Range LabVIEW ディジタルオシロ用 VI Tektronix TDS Series パソコン プログラムの作成 保存 オペレーティングシステム アプリケーション 34

18 Vertical Coupling と表示波形 AC 結合で測定すると信号の交流成分だけが表示される DC 結合にすると直流成分を含んだ信号が表示される Y 軸スケールの違いに注目 35 Time Base と表示波形 Time Base の設定が適切 Time Base の設定が過大 Time Base の設定が過小 36

19 水平同期に関係する設定 Ch2 Ch1 Trigger 点 37 Trigger Level と表示波形 適正な Trigger Level 不適切な Trigger Level ( 同期はずれ ) 38

20 Vertical Range で測定精度が変わる Range の設定が適切 Range の設定が過大 Range の設定が過小 39 ( 頭の体操 )3bits で量子化すると測定波形はどうなる? Vertical Range の設定を変えると LabVIEW の表示は 1V 2V 1V 1V この刻みが量子化誤差 40

21 オシロの計測範囲と自動スケール後の表示 オシロの計測範囲 LabVIEW による波形の表示 Ch1 Vertical Range Ch1 0 V Time Base 10 Vertical Range を 256 に分割してディジタル化する ( 量子化誤差 0.4%) 自動スケールで波形を表示 ( 計測波形の最大値と最小値で Y 軸の範囲を決定する ) 41 基礎知識を実験に反映すると 設定の方向が見えてくる Vertical Coupling の設定 直流成分を含んだ信号を測定する必要があるので DC 結合に設定すべし Trigger Level の設定 正弦波の + 半波を使うので Trigger Level は + 電圧に設定すべし Vertical Range Trigger Level Ch1 0 V Vertical Range の設定 測定信号の最大電圧 2+α に設定すると量子化誤差が少ない Time Base 10 42

22 LabVIEW プログラムはどの様に動作するか PC の電源を入れる (PC を起動する ) オペレーティングシステム (Windows) が起動する LabVIEW プログラムを起動する 計測プログラムを作成する 計測プログラムを起動する 計測プログラムの作成 計測プログラム Open 設定命令 読込命令 Close ディジタル オシロスコープ このファイル名でデータを保存する 計測データ 基礎知識を実験に反映すると 保存 の意味が理解できる プログラムの保存操作 この操作でプログラム本体を保存 計測ファイル名の保存操作 この操作はファイル名称を保存するだけで計測データは保存されない 計測プログラムの作成 プログラムを保存する 計測プログラム このファイル名でデータを保存する 計測データの保存 計測プログラムを ( 計測データ出力有効で ) 実行すると計測ファイルが作成され データが書き込まれる ( 注意 ) プログラムを実行しないと計測データは保存されない ファイル名を保存する 計測データを保存する このファイル名でデータを保存する 計測データ 44

23 グラフの作成例 20 LED 電流 - 電圧特性 5 18 LED 電流 [ma] LED 電圧 [V] LED 電流 [A] LED 電圧 [V] 時間 (s) 0 45 グラフの作成例 20 LED 電流 - 光出力特性 4 LED 電流 [ma] LED 光出力 [mw] LED 電流 [ma] LED 光出力 [mw] 時間 [s]

24 LED 特性の自動計測 実験 Ⅱ-2_LabVIEW フォルダの内容 Ⅱ-2 電子応用計測サブテキスト.pdf LabVIEW Ver8X 基本操作説明.pdf 骨格プログラム6.vi 終り 47