Semiconductor Curve Tracer: 4 kroky (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:24

POZDRAVY!

Znalost provozních charakteristik jakéhokoli zařízení je nezbytná k získání přehledu o něm. Tento projekt vám pomůže vykreslit křivky diod, bipolárních tranzistorů typu NPN a MOSFETů typu n na vašem notebooku, doma!

Pro ty, kteří nevědí, co jsou charakteristické křivky: charakteristické křivky jsou grafy, které ukazují vztah mezi proudem a napětím na obou svorkách zařízení. U 3 koncových zařízení je tento graf vynesen pro měnící se parametr třetího terminálu. U 2 koncových zařízení, jako jsou diody, odpory, LED diody atd., Ukazuje charakteristika vztah mezi napětím na svorkách zařízení a proudem procházejícím zařízením. U 3 koncových zařízení, kde 3. terminál funguje jako řídicí kolík nebo třídí, závisí vztah napětí-proud také na stavu 3. terminálu, a proto by charakteristiky musely zahrnovat také to.

Polovodičový sledovač křivek je zařízení, které automatizuje proces vykreslování křivek pro zařízení, jako jsou diody, BJT, MOSFET. Vyhrazené značkovače křivek jsou obvykle drahé a pro nadšence nedostupné. Snadno ovladatelné zařízení schopné získat charakteristiky I-V základních elektronických zařízení by bylo velmi výhodné, zejména pro studenty, fandy, kteří se zajímají o elektroniku.

Aby byl tento projekt základním kurzem elektroniky a konceptů, jako jsou operační zesilovače, PWM, nabíjecí pumpy, regulátory napětí, bylo by nutné nějaké kódování na jakémkoli mikrokontroléru. Pokud máte tyto dovednosti, gratulujeme, jste dobří!

Pro odkazy na výše uvedená témata mi pomohly některé odkazy:

www.allaboutcircuits.com/technical-article…

www.allaboutcircuits.com/textbook/semicond…

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

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

Krok 1: Porozumění hardwaru

Tracer by byl zapojen do notebooku a DUT (testované zařízení) do slotů na desce. Poté se na notebooku zobrazí charakteristická křivka.

Jako mikrokontrolér jsem použil MSP430G2553, ale jakmile porozumíte přístupu k návrhu, lze použít jakýkoli ovladač.

K tomu byl použit daný přístup.

● Abychom získali hodnoty proudu zařízení při různých hodnotách napětí zařízení, potřebujeme rostoucí signál (něco jako signál rampy). Abychom získali dostatečný počet bodů pro vykreslení křivky, zvolili jsme sondu zařízení pro 100 různých hodnot napětí zařízení. Proto pro to samé potřebujeme 7bitový signál rampy. Toho se dosáhne generováním PWM a jeho průchodem přes dolní propust.

● Protože v případě MOSFET potřebujeme vykreslit charakteristiky zařízení při různých hodnotách základního proudu v BJT a různých hodnotách hradlového napětí, potřebujeme, aby byl podél signálu rampy generován schodišťový signál. Omezením schopnosti systému jsme zvolili vykreslení 8 křivek pro různé hodnoty základního proudu/napětí brány. Potřebujeme tedy 8stupňový nebo 3bitový průběh schodiště. Toho se dosáhne generováním PWM a jeho průchodem přes dolní propust.

● Zde je důležité poznamenat, že potřebujeme, aby se celý signál rampy opakoval pro každý krok v 8stupňovém schodišťovém signálu, takže frekvence signálu rampy by měla být přesně 8krát vyšší než u schodišťového signálu a měly by být časové synchronizovány. Toho je dosaženo při kódování generace PWM.

● Kolektor/odtok/anoda DUT je snímán, aby získal signál, který má být přiváděn jako osa X do osciloskopu/do ADC mikrokontroléru po obvodu děliče napětí.

● Rezistor snímající proud je umístěn v sérii s DUT, za nímž následuje diferenciální zesilovač pro získání signálu, který může být přiváděn do osciloskopu jako osa Y/ do ADC mikrokontroléru po obvodu děliče napětí.

● Poté ADC přenese hodnoty do registrů UART, které mají být přeneseny do PC zařízení, a tyto hodnoty jsou vykresleny pomocí skriptu python.

Nyní můžete pokračovat ve vytváření obvodu.

Krok 2: Výroba hardwaru

Dalším a velmi důležitým krokem je vlastně výroba hardwaru.

Vzhledem k tomu, že hardware je složitý, navrhoval bych výrobu PCB. Ale pokud máte odvahu, můžete také jít na prkénko.

Deska má napájení 5V, 3,3V pro MSP, +12V a -12V pro operační zesilovač. 3,3 V a +/- 12V jsou generovány z 5 V pomocí regulátoru LM1117 a XL6009 (jeho modul je k dispozici, ale vyrobil jsem ho z diskrétních komponent) a nabíjecího čerpadla.

Data z UART na USB potřebují převodní zařízení. Použil jsem CH340G.

Dalším krokem by bylo vytvoření schematických a deskových souborů. Jako svůj nástroj jsem použil EAGLE CAD.

Soubory se nahrají pro vaši referenci.

Krok 3: Psaní kódů

Vyrobili jste hardware? Testované polarity napětí ve všech bodech?

Pokud ano, kód nyní!

K kódování MSP jsem použil CCS, protože jsem s těmito platformami spokojený.

K zobrazení grafu jsem jako platformu použil Python.

Použité periferie mikrokontroléru jsou:

· Timer_A (16 bitů) v režimu porovnání pro generování PWM.

· ADC10 (10 bitů) na vstupní hodnoty.

· UART pro přenos dat.

Soubory kódů jsou poskytovány pro vaše pohodlí.

Krok 4: Jak jej používat?

Gratulujeme! Zbývá jen práce stopovače.

V případě nového sledovače křivek by bylo nutné nastavit jeho trim potu 50 k ohmů.

To lze provést změnou polohy potenciometru a pozorováním grafu IC-VCE BJT. Poloha, ve které by nejnižší křivka (pro IB = 0) byla zarovnána s osou X, to by byla přesná poloha trimovacího hrnce.

· Zapojte Semiconductor Curve Tracer do USB portu počítače. Rozsvítí se červená LED dioda indikující, že je deska napájena.

· Pokud se jedná o BJT /diodové zařízení, jehož křivky mají být vykresleny, nepřipojujte propojku JP1. Pokud se ale jedná o MOSFET, připojte záhlaví.

· Přejděte na příkazový řádek

· Spusťte skript pythonu

· Zadejte počet svorek DUT.

· Počkejte, až se program spustí.

· Graf byl vykreslen.

Šťastné tvoření!