Semiconductor Curve Tracer: 4 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:38

ΧΑΙΡΕΤΙΣΜΑΤΑ!

Η γνώση των χαρακτηριστικών λειτουργίας οποιασδήποτε συσκευής είναι απαραίτητη για να αποκτήσετε εικόνα για αυτήν. Αυτό το έργο θα σας βοηθήσει να σχεδιάσετε καμπύλες διόδων, τρανζίστορ διπολικής σύνδεσης τύπου NPN και MOSFET τύπου n στον φορητό υπολογιστή σας, στο σπίτι!

Για όσους δεν γνωρίζουν τι είναι οι χαρακτηριστικές καμπύλες: οι χαρακτηριστικές καμπύλες είναι γραφήματα που δείχνουν τη σχέση μεταξύ του ρεύματος και της τάσης στους δύο ακροδέκτες μιας συσκευής. Για μια τερματική συσκευή 3, αυτό το γράφημα σχεδιάζεται για μια διαφορετική παράμετρο του τρίτου τερματικού. Για 2 τερματικές συσκευές όπως διόδους, αντιστάσεις, λυχνίες LED κ.λπ., το χαρακτηριστικό δείχνει τη σχέση μεταξύ της τάσης στους ακροδέκτες της συσκευής και του ρεύματος που ρέει μέσω της συσκευής. Για 3 τερματικές συσκευές, όπου ο 3ος ακροδέκτης λειτουργεί ως πείρος ελέγχου ή ταξινομείται, η σχέση τάσης-ρεύματος εξαρτάται επίσης από την κατάσταση του 3ου ακροδέκτη και συνεπώς τα χαρακτηριστικά θα πρέπει να περιλαμβάνουν και αυτό.

Ο ιχνηλάτης καμπύλης ημιαγωγών είναι μια συσκευή που αυτοματοποιεί τη διαδικασία σχεδίασης καμπύλης για συσκευές όπως διόδους, BJT, MOSFET. Οι ειδικοί ιχνηλάτες καμπυλών είναι συνήθως ακριβοί και δεν είναι προσιτοί για τους λάτρεις. Μια εύχρηστη συσκευή ικανή να αποκτήσει τα χαρακτηριστικά I-V των βασικών ηλεκτρονικών συσκευών θα ήταν ιδιαίτερα επωφελής, ειδικά για τους μαθητές, χομπίστες που ασχολούνται με τα ηλεκτρονικά.

Για να γίνει αυτό το έργο βασικό μάθημα Ηλεκτρονικής και έννοιες όπως ενισχυτές op, PWM, αντλίες φόρτισης, ρυθμιστές τάσης, θα χρειαζόταν κάποια κωδικοποίηση σε οποιονδήποτε μικροελεγκτή. Εάν έχετε αυτές τις δεξιότητες, συγχαρητήρια, είστε έτοιμοι να πάτε !!

Για αναφορές στα παραπάνω θέματα, μερικοί σύνδεσμοι που βρήκα χρήσιμοι:

www.allaboutcircuits.com/technical-article…

www.allaboutcircuits.com/textbook/semicond…

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

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

Βήμα 1: Κατανόηση του υλικού

Ο ιχνηλάτης θα συνδεθεί σε φορητό υπολογιστή και το DUT (συσκευή υπό δοκιμή) στις υποδοχές που παρέχονται στον πίνακα. Στη συνέχεια, η χαρακτηριστική καμπύλη θα εμφανίζεται στο φορητό υπολογιστή.

Χρησιμοποίησα το MSP430G2553 ως μικροελεγκτή μου, αλλά μόλις καταλάβετε την προσέγγιση του σχεδιασμού, μπορεί να χρησιμοποιηθεί οποιοσδήποτε ελεγκτής.

Για να γίνει αυτό ακολουθήθηκε η δεδομένη προσέγγιση.

Για να λάβουμε τιμές στο ρεύμα της συσκευής σε διαφορετικές τιμές τάσης της συσκευής, χρειαζόμαστε ένα αυξανόμενο σήμα (κάτι σαν σήμα ράμπας). Για να λάβουμε επαρκή αριθμό σημείων για την απεικόνιση της καμπύλης, επιλέγουμε να διερευνήσουμε τη συσκευή για 100 διαφορετικές τιμές τάσης συσκευής. Έτσι χρειαζόμαστε ένα σήμα ράμπας 7-bit για το ίδιο. Αυτό επιτυγχάνεται με τη δημιουργία PWM και τη διέλευση του μέσω φίλτρου χαμηλής διέλευσης.

Δεδομένου ότι πρέπει να σχεδιάσουμε τα χαρακτηριστικά της συσκευής σε διαφορετικές τιμές βασικού ρεύματος σε BJT και διαφορετικές τιμές τάσης πύλης σε περίπτωση MOSFET, χρειαζόμαστε ένα σήμα σκάλας που θα δημιουργηθεί παράλληλα με το σήμα ράμπας. Περιορίζοντας τις δυνατότητες του συστήματος επιλέγουμε να σχεδιάσουμε 8 καμπύλες για διαφορετικές τιμές βασικού ρεύματος/τάσης πύλης. Έτσι χρειαζόμαστε μια κυματομορφή σκάλας 8 επιπέδων ή 3 bit. Αυτό επιτυγχάνεται με τη δημιουργία PWM και τη διέλευση του μέσω φίλτρου χαμηλής διέλευσης.

● Το σημαντικό σημείο που πρέπει να σημειωθεί εδώ είναι ότι χρειαζόμαστε να επαναλαμβάνουμε ολόκληρο το σήμα της ράμπας για κάθε βήμα στο σήμα της σκάλας 8 επιπέδων, οπότε η συχνότητα του σήματος της ράμπας πρέπει να είναι ακριβώς 8 φορές μεγαλύτερη από αυτή του σήματος σκάλας και πρέπει να είναι χρόνος συγχρονισμένο. Αυτό επιτυγχάνεται στην κωδικοποίηση της γενιάς PWM.

Is Ο συλλέκτης/αποστράγγιση/άνοδος του DUT ανιχνεύεται για να λάβει το σήμα που θα τροφοδοτηθεί ως Άξονας Χ στον παλμογράφο/στο ADC του μικροελεγκτή μετά από κύκλωμα διαχωριστή τάσης.

● Μια αντίσταση ανίχνευσης ρεύματος τοποθετείται σε σειρά με το DUT, ο οποίος ακολουθείται από έναν διαφορικό ενισχυτή για να ληφθεί το σήμα που μπορεί να τροφοδοτηθεί στον παλμογράφο ως Y-Axis/ στο ADC του μικροελεγκτή μετά από κύκλωμα διαχωριστή τάσης.

● Μετά από αυτό, το ADC μεταφέρει τις τιμές στους καταχωρητές UART για μετάδοση στη συσκευή PC και αυτές οι τιμές σχεδιάζονται χρησιμοποιώντας ένα σενάριο python.

Τώρα μπορείτε να προχωρήσετε στη δημιουργία του κυκλώματος σας.

Βήμα 2: Δημιουργία υλικού

Το επόμενο και πολύ σημαντικό βήμα είναι στην πραγματικότητα η κατασκευή του υλικού.

Δεδομένου ότι το υλικό είναι περίπλοκο, θα πρότεινα την κατασκευή PCB. Αλλά αν έχετε το θάρρος, μπορείτε επίσης να πάτε για ψωμί.

Ο πίνακας διαθέτει τροφοδοσία 5V, 3,3V για το MSP, +12V και -12V για τον ενισχυτή op. 3.3V και +/- 12V παράγονται από 5V χρησιμοποιώντας ρυθμιστές LM1117 και XL6009 (η μονάδα του είναι διαθέσιμη, το έφτιαξα όμως από διακριτά εξαρτήματα) και αντλία φόρτισης αντίστοιχα.

Τα δεδομένα από UART σε USB χρειάζονται συσκευή μετατροπής. Έχω χρησιμοποιήσει CH340G.

Το επόμενο βήμα θα ήταν η δημιουργία σχηματικών αρχείων και αρχείων πίνακα. Έχω χρησιμοποιήσει το EAGLE CAD ως εργαλείο μου.

Τα αρχεία μεταφορτώνονται για αναφορά σας.

Βήμα 3: Γράψιμο των κωδικών

Κατασκευάστηκε το υλικό; Ελεγμένες πολικότητες τάσης σε όλα τα σημεία;

Αν ναι, ας κωδικοποιήσουμε τώρα!

Έχω χρησιμοποιήσει το CCS για την κωδικοποίηση του MSP μου, επειδή είμαι άνετος με αυτές τις πλατφόρμες.

Για να εμφανίσω το γράφημα, χρησιμοποίησα την Python ως πλατφόρμα μου.

Τα περιφερειακά μικροελεγκτών που χρησιμοποιούνται είναι:

· Χρονόμετρο_Α (16 bit) σε κατάσταση σύγκρισης για τη δημιουργία PWM.

· ADC10 (10 bit) στις τιμές εισόδου.

· UART για τη μετάδοση των δεδομένων.

Τα αρχεία κώδικα παρέχονται για τη διευκόλυνσή σας.

Βήμα 4: Πώς να το χρησιμοποιήσετε;

Συγχαρητήρια! Το μόνο που απομένει είναι η εργασία του ιχνηλάτη.

Σε περίπτωση νέου ιχνηλάτη καμπύλης, θα πρέπει να ρυθμιστεί το διακοσμητικό δοχείο των 50k ohm.

Αυτό μπορεί να γίνει αλλάζοντας τη θέση του ποτενσιόμετρου και παρατηρώντας το γράφημα του IC-VCE ενός BJT. Η θέση στην οποία η χαμηλότερη καμπύλη (για IB = 0) θα ευθυγραμμιζόταν με τον άξονα Χ, αυτή θα ήταν η ακριβής θέση του δοχείου επένδυσης.

· Συνδέστε το Semiconductor Curve Tracer στη θύρα USB του υπολογιστή. Ένα κόκκινο LED θα ανάψει, υποδεικνύοντας ότι η πλακέτα έχει ενεργοποιηθεί.

· Εάν πρόκειται για συσκευή BJT /δίοδο της οποίας οι καμπύλες πρέπει να σχεδιαστούν, μην συνδέσετε το βραχυκυκλωτήρα JP1. Αλλά αν πρόκειται για MOSFET, συνδέστε την κεφαλίδα.

· Μεταβείτε στη γραμμή εντολών

· Εκτελέστε το σενάριο python

· Εισαγάγετε τον αριθμό των τερματικών του DUT.

· Περιμένετε καθώς τρέχει το πρόγραμμα.

· Το γράφημα έχει σχεδιαστεί.

Καλή κατασκευή!