Semiconductor Curve Tracer: 4 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:25

HILSENER!

Kunnskap om driftsegenskapene til en hvilken som helst enhet er avgjørende for å få innsikt i den. Dette prosjektet vil hjelpe deg med å plotte kurver av dioder, bipolare kryss-transistorer av NPN-type og M-type MOSFET-er på den bærbare datamaskinen, hjemme!

For de som ikke vet hva karakteristiske kurver er: Karakteristiske kurver er grafer som viser forholdet mellom strøm gjennom og spenning over de to terminalene på en enhet. For en 3 -terminalenhet er denne grafen plottet for en varierende parameter for den tredje terminalen. For 2 terminalenheter som dioder, motstander, lysdioder osv., Viser karakteristikken forholdet mellom spenning over enhetens terminaler og strømmen som strømmer gjennom enheten. For 3 terminalenheter, der den tredje terminalen fungerer som en kontrollpinne eller sorterer, er spennings-strømforholdet også avhengig av tilstanden til den tredje terminalen, og derfor må egenskapene også inkludere det.

En halvlederkurvesporing er en enhet som automatiserer kurveplottingsprosessen for enheter som dioder, BJT, MOSFET. Dedikerte kurvesporere er vanligvis dyre og ikke rimelige for entusiaster. En brukervennlig enhet som er i stand til å oppnå IV-egenskapene til grunnleggende elektroniske enheter, ville være svært fordelaktig, spesielt for studenter, hobbyister som er interessert i elektronikk.

For å gjøre dette prosjektet til et grunnkurs i elektronikk og konsepter som forsterker, PWM, ladepumper, spenningsregulatorer, vil noen koding på en hvilken som helst mikrokontroller være nødvendig. Hvis du har disse ferdighetene, gratulerer, du er i gang!

For referanser om emnene ovenfor, noen lenker jeg fant nyttige:

www.allaboutcircuits.com/technical-article…

www.allaboutcircuits.com/textbook/semicond…

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

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

Trinn 1: Forstå maskinvaren

Sporeren vil bli koblet til en bærbar datamaskin og DUT (enheten under test) i sporene på kortet. Deretter vil den karakteristiske kurven vises på den bærbare datamaskinen.

Jeg brukte MSP430G2553 som min mikrokontroller, men når du forstår tilnærmingen til designet, kan hvilken som helst kontroller brukes.

For å gjøre dette ble den gitte tilnærmingen fulgt.

● For å få verdier til enhetsstrøm ved forskjellige verdier av enhetsspenning, trenger vi et økende signal (noe som rampesignal). For å oppnå tilstrekkelig antall poeng for å plotte kurven, velger vi å undersøke enheten for 100 forskjellige verdier av enhetsspenning. Dermed trenger vi et 7-bits rampesignal for det samme. Dette oppnås ved å generere PWM og føre det gjennom et lavpassfilter.

● Siden vi trenger å plotte enhetens egenskaper ved forskjellige verdier for basestrøm i BJT og forskjellige verdier for grensespenning i tilfelle MOSFET, trenger vi et trappesignal som skal genereres ved siden av rampesignalet. Ved å begrense systemets evne velger vi å plotte 8 kurver for forskjellige verdier av basestrøm/grensespenning. Dermed trenger vi en 8-nivå eller 3-biters trappebølgeform. Dette oppnås ved å generere PWM og føre det gjennom et lavpassfilter.

● Det viktige punktet å merke seg her er at vi trenger hele rampesignalet for å gjenta for hvert trinn i 8-trinns trappesignal, og derfor bør frekvensen til rampesignalet være nøyaktig 8 ganger mer enn trappesignalets, og det bør være tid synkronisert. Dette oppnås ved koding av PWM -generasjonen.

● Samleren/avløpet/anoden til DUT er sondet for å oppnå signalet som skal mates som X-akse inn i oscilloskopet/i ADC til mikrokontrolleren etter spenningsdelerkretsen.

● En strømfølende motstand plasseres i serie med DUT, som etterfølges av en differensialforsterker for å oppnå signalet som kan mates inn i oscilloskopet som Y-akse/ til ADC på mikrokontrolleren etter spenningsdelerkrets.

● Etter dette overfører ADC verdiene til UART -registerene som skal overføres til PC -enheten, og disse verdiene plottes ved hjelp av et python -skript.

Du kan nå fortsette med å lage kretsen din.

Trinn 2: Lag maskinvare

Det neste og veldig viktige trinnet er faktisk å lage maskinvaren.

Siden maskinvaren er kompleks, vil jeg foreslå PCB -fabrikasjon. Men hvis du har mot, kan du også gå på brødbrett.

Brettet har 5V forsyning, 3.3V for MSP, +12V og -12V for op amp. 3.3V og +/- 12V genereres fra 5V ved bruk av regulator LM1117 og XL6009 (modulen er tilgjengelig, jeg laget den fra diskrete komponenter skjønt) og en ladningspumpe.

Dataene fra UART til USB trenger en konverteringsenhet. Jeg har brukt CH340G.

Neste trinn vil være å lage skjematiske og tavlefiler. Jeg har brukt EAGLE CAD som mitt verktøy.

Filene lastes opp som referanse.

Trinn 3: Skrive kodene

Har du laget maskinvaren? Testet spenningspolaritet på alle punkter?

Hvis ja, la oss kode nå!

Jeg har brukt CCS for koding av MSP, fordi jeg er komfortabel med disse plattformene.

For å vise grafen har jeg brukt Python som min plattform.

Mikrokontrollerens eksterne enheter som brukes er:

· Timer_A (16 bit) i sammenligningsmodus for å generere PWM.

· ADC10 (10 bit) til inngangsverdier.

· UART for å overføre dataene.

Kodefilene er gitt for din bekvemmelighet.

Trinn 4: Hvordan bruke den?

Gratulerer! Det eneste som gjenstår er sporingen.

I tilfelle av en ny kurvesporing, må trimpotten på 50 k ohm stilles inn.

Dette kan gjøres ved å endre potensiometerposisjonen og observere grafen til IC-VCE for en BJT. Posisjonen der den laveste kurven (for IB = 0) ville justeres med X-aksen, dette ville være den nøyaktige posisjonen til trimpotten.

· Koble til Semiconductor Curve Tracer i USB -porten på PCen. En rød LED vil lyse, noe som indikerer at kortet er slått på.

· Hvis det er en BJT /diode -enhet hvis kurver skal tegnes, må du ikke koble til jumperen JP1. Men hvis det er en MOSFET, koble til header.

· Gå til ledeteksten

· Kjør python -skriptet

· Skriv inn antall terminaler på DUT.

· Vent mens programmet kjører.

· Grafen er plottet.

Glad i å lage!