Śledzenie krzywej półprzewodnikowej: 4 kroki (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:32

POZDROWIENIA!

Znajomość charakterystyki działania dowolnego urządzenia jest niezbędna, aby uzyskać o nim wgląd. Ten projekt pomoże ci wykreślić krzywe diod, bipolarnych tranzystorów złączowych typu NPN i tranzystorów MOSFET typu n na twoim laptopie, w domu!

Dla tych, którzy nie wiedzą, czym są krzywe charakterystyczne: krzywe charakterystyczne to wykresy, które pokazują zależność między prądem i napięciem na dwóch zaciskach urządzenia. Dla urządzenia z 3 terminalami ten wykres jest wykreślany dla zmiennego parametru trzeciego terminala. Dla urządzeń z dwoma końcówkami, takich jak diody, rezystory, diody LED itp., charakterystyka pokazuje zależność między napięciem na zaciskach urządzenia a prądem przepływającym przez urządzenie. W przypadku urządzenia z 3 zaciskami, gdzie 3 zacisk działa jako pin sterujący lub sortuje, zależność napięcie-prąd zależy również od stanu 3 zacisku, a zatem charakterystyka musiałaby to również uwzględniać.

Semiconductor curve tracer to urządzenie, które automatyzuje proces wykreślania krzywych dla urządzeń takich jak diody, tranzystory BJT, tranzystory MOSFET. Dedykowane lokalizatory krzywych są zazwyczaj drogie i niedostępne dla entuzjastów. Łatwe w obsłudze urządzenie zdolne do uzyskania charakterystyk I-V podstawowych urządzeń elektronicznych byłoby bardzo korzystne, szczególnie dla studentów, hobbystów, którzy interesują się elektroniką.

Aby ten projekt był podstawowym kursem z elektroniki i pojęć, takich jak wzmacniacze operacyjne, PWM, pompy ładujące, regulatory napięcia, wymagane byłoby kodowanie na dowolnym mikrokontrolerze. Jeśli masz te umiejętności, Gratulacje, jesteś gotowy!

Aby uzyskać odniesienia do powyższych tematów, pomocne okazały się linki:

www.allaboutcircuits.com/technical-articles…

www.allaboutcircuits.com/textbook/semicond…

www.electronicdesign.com/power/charge-pump-…

www.electronics-tutorials.ws/opamp/opamp_1….

Krok 1: Zrozumienie sprzętu

Tracer byłby podłączony do laptopa, a testowane urządzenie (testowane urządzenie) do gniazd znajdujących się na płycie. Wtedy krzywa charakterystyczna byłaby wyświetlana na laptopie.

Użyłem MSP430G2553 jako mojego mikrokontrolera, ale kiedy zrozumiesz podejście do projektu, można użyć dowolnego kontrolera.

W tym celu zastosowano podane podejście.

● Aby uzyskać wartości prądu urządzenia przy różnych wartościach napięcia urządzenia, potrzebujemy sygnału narastającego (coś w rodzaju sygnału rampy). Aby uzyskać wystarczającą liczbę punktów do wykreślenia krzywej, wybieramy sondowanie urządzenia dla 100 różnych wartości napięcia urządzenia. Dlatego potrzebujemy 7-bitowego sygnału rampy do tego samego. Uzyskuje się to poprzez generowanie PWM i przepuszczanie go przez filtr dolnoprzepustowy.

● Ponieważ musimy wykreślić charakterystykę urządzenia przy różnych wartościach prądu bazowego w BJT i różnych wartościach napięcia bramki w przypadku tranzystorów MOSFET, musimy wygenerować sygnał klatki schodowej wraz z sygnałem rampy. Ograniczając możliwości systemu, wybieramy wykreślenie 8 krzywych dla różnych wartości prądu bazowego/napięcia bramki. Dlatego potrzebujemy 8-poziomowego lub 3-bitowego przebiegu klatki schodowej. Uzyskuje się to poprzez generowanie PWM i przepuszczanie go przez filtr dolnoprzepustowy.

● Ważną kwestią, na którą należy zwrócić uwagę, jest to, że potrzebujemy powtarzania całego sygnału rampy dla każdego kroku w 8-poziomowym sygnale klatki schodowej, dlatego częstotliwość sygnału rampy powinna być dokładnie 8 razy większa niż częstotliwość sygnału klatki schodowej i powinna być czasem zsynchronizowane. Osiąga się to w kodowaniu generacji PWM.

● Kolektor/dren/anoda testowanego urządzenia jest sondowany w celu uzyskania sygnału, który ma być podawany jako oś X do oscyloskopu / do ADC mikrokontrolera za obwodem dzielnika napięcia.

● Rezystor wykrywający prąd jest połączony szeregowo z testowanym urządzeniem, za którym następuje wzmacniacz różnicowy w celu uzyskania sygnału, który może być doprowadzony do oscyloskopu jako oś Y/ do ADC mikrokontrolera za obwodem dzielnika napięcia.

● Następnie ADC przesyła wartości do rejestrów UART w celu przesłania do urządzenia PC i te wartości są wykreślane za pomocą skryptu Pythona.

Możesz teraz przystąpić do tworzenia obwodu.

Krok 2: Tworzenie sprzętu

Kolejnym i bardzo ważnym krokiem jest wykonanie sprzętu.

Ponieważ sprzęt jest skomplikowany, sugerowałbym produkcję PCB. Ale jeśli masz odwagę, możesz również wybrać deskę do krojenia chleba.

Płytka ma zasilanie 5V, 3,3V dla MSP, +12V i -12V dla wzmacniacza operacyjnego. 3,3 V i +/-12 V są generowane z 5 V za pomocą regulatora LM1117 i XL6009 (jego moduł jest dostępny, zrobiłem go jednak z elementów dyskretnych) i odpowiednio pompy ładującej.

Dane z UART na USB wymagają urządzenia do konwersji. Użyłem CH340G.

Następnym krokiem byłoby utworzenie plików schematów i płyt. Jako narzędzia używałem EAGLE CAD.

Pliki są przesyłane w celach informacyjnych.

Krok 3: Pisanie kodów

Zrobiłeś sprzęt? Sprawdzone polaryzacje napięcia we wszystkich punktach?

Jeśli tak, zacznijmy kodować teraz!

Użyłem CCS do kodowania mojego MSP, ponieważ czuję się komfortowo z tymi platformami.

Do wyświetlenia wykresu użyłem Pythona jako mojej platformy.

Zastosowane urządzenia peryferyjne mikrokontrolera to:

· Timer_A (16 bitów) w trybie porównania do generowania PWM.

· ADC10 (10 bitów) do wartości wejściowych.

· UART do przesyłania danych.

Pliki kodu są dostarczane dla Twojej wygody.

Krok 4: Jak z niego korzystać?

Gratulacje! Pozostaje tylko działanie znacznika.

W przypadku nowego znacznika krzywej, jego potencjometr trymera na 50k omów musiałby być ustawiony.

Można to zrobić zmieniając położenie potencjometru i obserwując wykres IC-VCE BJT. Pozycja, w której najniższa krzywa (dla IB=0) zrównałaby się z osią X, byłaby to dokładna pozycja potencjometru trymującego.

· Podłącz Semiconductor Curve Tracer do portu USB komputera. Zaświeci się czerwona dioda LED, wskazując, że płyta została włączona.

· Jeśli jest to urządzenie BJT /diodowe, którego krzywe mają być wykreślone, nie należy podłączać zworki JP1. Ale jeśli jest to MOSFET, podłącz nagłówek.

· Przejdź do wiersza poleceń

· Uruchom skrypt Pythona

· Wprowadź liczbę zacisków testowanego urządzenia.

· Poczekaj na uruchomienie programu.

· Wykres został wykreślony.

Miłego robienia!