Semiconductor Curve Tracer: 4 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:46

SALUTARI!

Cunoașterea caracteristicilor de funcționare ale oricărui dispozitiv sunt esențiale pentru a obține informații despre acesta. Acest proiect vă va ajuta să trasați curbele diodelor, tranzistoarelor de joncțiune bipolară de tip NPN și MOSFET-urilor de tip n pe laptop, acasă!

Pentru cei care nu știu ce curbe caracteristice sunt: curbele caracteristice sunt grafice care arată relația dintre curent și tensiune pe cele două terminale ale unui dispozitiv. Pentru un dispozitiv cu 3 terminale, acest grafic este reprezentat pentru un parametru variabil al celui de-al treilea terminal. Pentru 2 dispozitive terminale, cum ar fi diode, rezistențe, LED-uri etc., caracteristica arată relația dintre tensiunea dintre terminalele dispozitivului și curentul care curge prin dispozitiv. Pentru dispozitivul cu 3 terminale, în care cel de-al treilea terminal acționează ca un pin de control sau se sortează, relația tensiune-curent este, de asemenea, dependentă de starea celui de-al treilea terminal și, prin urmare, caracteristicile ar trebui să includă și acesta.

Un semiconductor de curbă este un dispozitiv care automatizează procesul de reprezentare a curbei pentru dispozitive precum diode, BJT, MOSFET. Trasatoarele de curbă dedicate sunt de obicei scumpe și nu sunt accesibile pentru entuziaști. Un dispozitiv ușor de utilizat, capabil să obțină caracteristicile I-V ale dispozitivelor electronice de bază, ar fi extrem de benefic, în special pentru studenți, pasionați de electronică.

Pentru a face din acest proiect un curs de bază în electronică și concepte precum amplificatoare op, PWM, pompe de încărcare, regulatoare de tensiune, ar fi necesară o codificare pe orice microcontroler. Dacă ai aceste abilități, Felicitări, ești bine să mergi !!

Pentru referințe despre subiectele de mai sus, câteva linkuri mi s-au părut utile:

www.allaboutcircuits.com/technical-article…

www.allaboutcircuits.com/textbook/semicond…

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

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

Pasul 1: Înțelegerea hardware-ului

Urmăritorul ar fi conectat la un laptop și DUT (dispozitivul testat) în sloturile furnizate pe placă. Apoi, curba caracteristică va fi afișată pe laptop.

Am folosit MSP430G2553 ca microcontroler, dar odată ce ați înțeles abordarea proiectării, poate fi utilizat orice controler.

Pentru a face acest lucru, a fost urmată abordarea dată.

● Pentru a obține valori ale curentului dispozitivului la diferite valori ale tensiunii dispozitivului, avem nevoie de un semnal în creștere (ceva de genul semnalului Ramp). Pentru a obține un număr suficient de puncte pentru trasarea curbei, alegem să sondăm dispozitivul pentru 100 de valori diferite ale tensiunii dispozitivului. Astfel, avem nevoie de un semnal de rampă de 7 biți pentru același lucru. Acest lucru se obține prin generarea PWM și trecerea acestuia printr-un filtru trece jos.

● Deoarece trebuie să trasăm caracteristicile dispozitivului la valori diferite ale curentului de bază în BJT și valori diferite ale tensiunii porții în cazul MOSFET-urilor, avem nevoie de un semnal de scară care să fie generat alături de semnalul de rampă. Limitând capacitatea sistemului, alegem să trasăm 8 curbe pentru diferite valori ale curentului de bază / tensiunii porții. Astfel, avem nevoie de o formă de undă a scării de 8 sau 3 biți. Acest lucru se obține prin generarea PWM și trecerea acestuia printr-un filtru trece jos.

● Punctul important de remarcat aici este că avem nevoie de întregul semnal de rampă pentru a repeta pentru fiecare pas din semnalul scării de 8 nivele, astfel frecvența semnalului de rampă ar trebui să fie exact de 8 ori mai mare decât cea a semnalului scării și ar trebui să fie timpul sincronizat. Acest lucru se realizează în codificarea generației PWM.

● Colectorul / drenajul / anodul DUT-ului este sondat pentru a obține semnalul care trebuie alimentat ca axă X în osciloscop / în ADC al microcontrolerului după circuitul divizor de tensiune.

● Un rezistor de detectare a curentului este plasat în serie cu DUT, care este urmat de un amplificator diferențial pentru a obține semnalul care poate fi alimentat în osciloscop ca axa Y / în ADC a microcontrolerului după circuitul divizor de tensiune.

● După aceasta, ADC transferă valorile în registrele UART pentru a fi transmise către dispozitivul PC și aceste valori sunt reprezentate grafic folosind un script python.

Acum puteți continua cu realizarea circuitului.

Pasul 2: Realizarea hardware-ului

Următorul și foarte important pas este de fapt realizarea hardware-ului.

Deoarece hardware-ul este complex, aș sugera fabricarea PCB-urilor. Dar dacă aveți curaj, puteți alege și pentru panoul de testare.

Placa are alimentare de 5V, 3,3V pentru MSP, + 12V și -12V pentru amplificatorul op. 3.3V și +/- 12V sunt generate de la 5V folosind regulatorul LM1117 și XL6009 (modulul său este disponibil, l-am făcut din componente discrete totuși) și respectiv o pompă de încărcare.

Datele de la UART la USB necesită un dispozitiv de conversie. Am folosit CH340G.

Următorul pas ar fi crearea fișierelor Schematic și Board. Am folosit EAGLE CAD ca instrument.

Fișierele sunt încărcate pentru referință.

Pasul 3: Scrierea codurilor

Ați făcut hardware-ul? Au fost testate polaritățile de tensiune în toate punctele?

Dacă da, permite codul acum!

Am folosit CCS pentru codificarea MSP-ului meu, deoarece sunt confortabil cu aceste platforme.

Pentru a afișa graficul, am folosit Python ca platformă.

Perifericele microcontrolerului utilizate sunt:

· Timer_A (16 biți) în modul de comparare pentru a genera PWM.

· ADC10 (10 biți) la valorile de intrare.

· UART pentru a transmite datele.

Fișierele cod sunt furnizate pentru confortul dumneavoastră.

Pasul 4: Cum să îl utilizați?

Felicitări! Nu mai rămâne decât funcționarea trasorului.

În cazul unui nou trasor de curbă, ar trebui setat potul său de tăiere de 50k ohmi.

Acest lucru se poate face prin schimbarea poziției potențiometrului și respectarea graficului IC-VCE al unui BJT. Poziția în care curba cea mai mică (pentru IB = 0) s-ar alinia cu axa X, aceasta ar fi poziția exactă a potului de tăiere.

· Conectați Semiconductor Curve Tracer în portul USB al computerului. Un LED roșu se va aprinde, indicând faptul că placa a fost alimentată.

· Dacă este un dispozitiv BJT / diodă ale cărui curbe urmează a fi trasate, nu conectați jumperul JP1. Dar dacă este un MOSFET, conectați antetul.

· Mergeți la promptul de comandă

· Rulați scriptul python

· Introduceți numărul de terminale ale DUT.

· Așteptați ca programul să ruleze.

· Graficul a fost trasat.

Fericire fericită!