Learning Objectives
- 把「設定、量測、記錄」寫成迴圈，完成一次掃描量測
- 用電源供應器與數位電錶量出 LED 的 I-V 曲線，看出導通電壓
- 產生掃描點時避開浮點數累加的誤差
- 在掃描中設定限流，碰到定電流（CC）就停止並關閉輸出
一次量測不夠，要量一整條曲線
上一課以前，我們每次只量一個點：設定 5 V，量一次電流。可是要了解一個元件，常常要知道它在每一個電壓下的電流， 這條電流對電壓的曲線叫 I-V 曲線（I-V curve），是元件的「身分證」：
| 元件 | I-V 曲線的樣子 |
|---|---|
| 電阻 | 一條通過原點的直線，斜率是 1 ÷ 電阻（歐姆定律） |
| LED、二極體 | 低於某個電壓時幾乎沒有電流，超過之後電流快速增加（像一個轉彎） |
手動量一條曲線要轉旋鈕、抄數字幾十次；用程式就是一個迴圈：
對每一個掃描點：設定電壓 → 量電壓與電流 → 記下來
這種「一個參數一步一步改、每一步都量」的方法叫掃描量測（sweep）。本課的電路和上一課一樣： 電源供應器經過 150 Ω 的限流電阻接到一顆紅色 LED，數位電錶量 LED 兩端的電壓。
模擬的 LED 用簡化模型：超過約 1.9 V 才有電流，之後電壓每增加一點，電流就大幅增加。真實二極體的電流隨電壓近似指數增加，曲線更平滑，但轉彎的樣子相同。
逐步看：最簡單的掃描迴圈
注意迴圈每一圈在通訊紀錄裡留下的三筆指令：VOLT（設定）、MEAS:VOLT:DC?（電錶量 LED 電壓）、MEAS:CURR?（電源供應器回報電流）。
也注意電路畫面上的 LED：設定 2 V 時只有微弱的光，之後越來越亮。
讀懂這張表
把剛才的輸出整理一下（數字是模擬的讀值，最後一位會有一點雜訊）：
| 設定 V | LED 電壓 V | 電流 mA |
|---|---|---|
| 0 | 0.0 | 約 0 |
| 1 | 1.0 | 約 0 |
| 2 | 1.906 | 0.62 |
| 3 | 1.969 | 6.86 |
| 4 | 2.031 | 13.14 |
| 5 | 2.094 | 19.39 |
- 1 V 以下：LED 還沒導通，沒有電流，電阻上沒有壓降，所以電源的電壓全部落在 LED 兩端（LED 電壓＝設定電壓）。
- 2 V 以上：LED 導通，它兩端的電壓幾乎固定在 1.9～2.1 V，多出來的電壓都落在 150 Ω 的電阻上。 例如設定 4 V 時，電阻上約 4 − 2.031 ＝ 1.969 V，電流＝1.969 ÷ 150 ≈ 13.1 mA，和電源供應器讀到的一致。
- 只有 6 個點，曲線的「轉彎」落在 1 V 和 3 V 之間，看不清楚。掃描點要放在變化大的地方，下一個範例就在轉彎附近加密。
在電腦上，通常把兩個串列交給繪圖套件畫圖，例如 matplotlib.pyplot.plot(v_led, i_ma)；
本頁的逐步動畫改用長條圖顯示電流串列，你可以看著它一格一格長出來。
逐步看：把結果存進串列、找出導通電壓
這次不邊量邊印，而是把結果存進兩個串列，量完再分析。看上方的長條圖：前兩個點幾乎是 0，之後每 0.5 V 電流增加約 3 mA。
掃描點用串列生成式產生，並且用 round() 去掉浮點數的尾數。
怎麼產生掃描點
掃描點最常見的寫法有三種：
steps = [0, 1, 2, 3, 4, 5] # 直接列出：點數少時最清楚
steps = [round(1.8 + 0.05 * k, 3) for k in range(13)] # 起點＋間隔 × k：1.8～2.4 V，13 點
n = int(round((stop - start) / step)) + 1 # 由起點、終點、間隔算出點數
不要用 v += 0.1 一直累加。 0.1 在二進位裡無法精確表示，加了幾次之後會變成 0.30000000000000004，
while v <= 0.3 這種條件就會少量一個點。用「起點＋間隔 × 第幾點」算，每一點的誤差都不會累積，再用 round() 去掉尾數。
點的密度也要想：
- 均勻間隔：簡單，適合不知道曲線長什麼樣子的第一次掃描。
- 在變化大的地方加密：LED 在 1.8～2.4 V 之間變化最大，在這裡每 0.05 V 量一點，其他地方每 0.5 V 一點就夠。
- 每一點都要花時間（電錶積分、儀器回應），點數越多越慢。先粗掃找到轉彎，再在轉彎附近細掃，是常見的做法。
另外，真實的電源供應器改了電壓之後，輸出要一點時間才會穩定（安定時間）。實務上會在設定後用 *OPC? 等儀器完成，
或依手冊等待一小段時間再量；模擬的電源供應器改電壓是立刻生效的。
逐步看：碰到限流就停止
這次限流設得比較低（12 mA）。看電源供應器的面板：電流到達 12 mA 時，模式從定電壓（CV）變成定電流（CC），
程式用 OUTP:MODE? 問到 CC 就停止掃描，最後由 finally 關閉輸出。
小測驗：掃描點與讀表
下面的程式會印出什麼？
steps = []
v = 0.0
while v <= 0.3:
steps.append(v)
v += 0.1
print(len(steps))
下面的程式會印出什麼？
steps = [round(1.5 + 0.5 * k, 1) for k in range(4)]
print(steps)
設定 4 V 時，LED 兩端量到 2.031 V，限流電阻是 150 Ω。電流大約多少？
小測驗：限流與安全
掃描 LED 的 I-V 曲線時，限流應該什麼時候設定？
電源供應器已經進入定電流（CC），程式繼續把電壓往上設，量到的電流會怎樣？
重點整理
- 掃描量測＝迴圈：設定 → 量測 → 記錄，量完再分析；輸出在掃描前打開、掃描後關閉。
- 掃描點用
起點 + 間隔 × k算再round()，不要用+=累加浮點數；在變化大的地方加密。 - LED 的 I-V 曲線：低於導通電壓幾乎沒有電流，之後電流快速增加，LED 兩端電壓幾乎固定，多出來的電壓落在限流電阻上。
- 量元件特性一定先設限流；用
OUTP:MODE?發現進入 CC 就停止，最後用try／finally關閉輸出。 - 專門量 I-V 曲線的儀器叫電源量測單元（SMU），把電源與電錶做在一起；寫法一樣是設定、量測、記錄的迴圈。
下一課換一種掃描：固定振幅、改變頻率，用函數產生器與示波器量濾波器的頻率響應。