Индикатор кривой полупроводника: 4 шага (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:53

ПРИВЕТСТВУЮ!

Знание рабочих характеристик любого устройства имеет важное значение для понимания его сути. Этот проект поможет вам построить кривые диодов, биполярных переходных транзисторов NPN-типа и полевых МОП-транзисторов n-типа на вашем ноутбуке дома!

Для тех, кто не знает, что такое характеристические кривые: характеристические кривые - это графики, которые показывают взаимосвязь между сквозным током и напряжением на двух клеммах устройства. Для 3-оконечного устройства этот график построен для изменяющегося параметра третьего терминала. Для двух оконечных устройств, таких как диоды, резисторы, светодиоды и т. Д., Характеристика показывает соотношение между напряжением на выводах устройства и током, протекающим через устройство. Для устройства с 3 выводами, где 3-й вывод действует как управляющий вывод или сортирует, соотношение напряжение-ток также зависит от состояния 3-го вывода, и поэтому характеристики должны также включать это.

Индикатор кривой полупроводника - это устройство, которое автоматизирует процесс построения кривой для таких устройств, как диоды, BJT, MOSFET. Специализированные измерители кривой обычно дороги и недоступны для энтузиастов. Простое в эксплуатации устройство, способное получать ВАХ основных электронных устройств, было бы очень полезным, особенно для студентов, любителей электроники.

Чтобы сделать этот проект базовым курсом по электронике и таким концепциям, как операционные усилители, ШИМ, насосы заряда, регуляторы напряжения, потребуется некоторое кодирование на любом микроконтроллере. Если у вас есть эти навыки, поздравляю, все готово !!

Для справок по указанным выше темам я нашел полезными некоторые ссылки:

www.allaboutcircuits.com/technical-article…

www.allaboutcircuits.com/textbook/semicond…

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

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

Шаг 1: понимание оборудования

Трассирующее устройство должно быть подключено к портативному компьютеру, а тестируемое устройство (тестируемое устройство) - в слоты, предусмотренные на плате. Затем характеристическая кривая будет отображаться на ноутбуке.

Я использовал MSP430G2553 в качестве своего микроконтроллера, но как только вы поймете подход к дизайну, можно использовать любой контроллер.

Для этого использовался данный подход.

● Чтобы получить значения тока устройства при различных значениях напряжения устройства, нам нужен возрастающий сигнал (что-то вроде сигнала Ramp). Чтобы получить достаточное количество точек для построения кривой, мы выбираем зонд устройства для 100 различных значений напряжения устройства. Таким образом, для этого нам нужен 7-битный линейный сигнал. Это достигается путем генерации ШИМ и пропускания его через фильтр нижних частот.

● Поскольку нам нужно построить характеристики устройства при различных значениях базового тока в BJT и разных значениях напряжения затвора в случае полевых МОП-транзисторов, нам необходимо генерировать ступенчатый сигнал вместе с сигналом линейного нарастания. Ограничивая возможности системы, мы решили построить 8 кривых для различных значений тока базы / напряжения затвора. Таким образом, нам нужна 8-уровневая или 3-битная ступенчатая форма волны. Это достигается путем генерации ШИМ и пропускания его через фильтр нижних частот.

● Здесь важно отметить, что нам нужно, чтобы весь сигнал рампы повторялся для каждого шага в 8-уровневом сигнале лестницы, поэтому частота сигнала рампы должна быть ровно в 8 раз больше, чем частота сигнала лестницы, и они должны соответствовать времени синхронизировано. Это достигается при кодировании генерации ШИМ.

● Коллектор / сток / анод тестируемого устройства проверяется для получения сигнала, который будет подаваться по оси X в осциллограф / в АЦП микроконтроллера после схемы делителя напряжения.

● Резистор, чувствительный к току, включен последовательно с ИУ, за которым следует дифференциальный усилитель для получения сигнала, который может быть подан на осциллограф в виде оси Y / в АЦП микроконтроллера после схемы делителя напряжения.

● После этого АЦП передает значения в регистры UART для передачи на устройство ПК, и эти значения наносятся на график с использованием скрипта Python.

Теперь вы можете приступить к созданию схемы.

Шаг 2: Изготовление оборудования

Следующим и очень важным шагом является изготовление оборудования.

Поскольку оборудование сложное, я бы предложил изготовление печатной платы. Но если у вас хватит смелости, вы можете пойти и на макетную плату.

Плата имеет питание 5 В, 3,3 В для MSP, + 12 В и -12 В для операционного усилителя. 3,3 В и +/- 12 В генерируются от 5 В с помощью регулятора LM1117 и XL6009 (его модуль доступен, хотя я сделал его из дискретных компонентов) и подкачки заряда соответственно.

Для передачи данных с UART на USB требуется устройство преобразования. Я использовал CH340G.

Следующим шагом будет создание файлов схемы и платы. Я использовал EAGLE CAD в качестве своего инструмента.

Файлы загружены для вашей справки.

Шаг 3: Написание кодов

Сделано оборудование? Проверены полярности напряжения во всех точках?

Если да, то давайте код прямо сейчас!

Я использовал CCS для кодирования своего MSP, потому что мне комфортно работать с этими платформами.

Для отображения графика я использовал Python в качестве платформы.

Используемые периферийные устройства микроконтроллера:

· Timer_A (16 бит) в режиме сравнения для генерации ШИМ.

· ADC10 (10 бит) для ввода значений.

· UART для передачи данных.

Файлы кода предоставлены для вашего удобства.

Шаг 4: как его использовать?

Поздравляю! Остается только работа трассировщика.

В случае нового измерителя кривой необходимо установить его потенциометр на 50 кОм.

Это можно сделать, изменив положение потенциометра и наблюдая за графиком IC-VCE BJT. Положение, в котором самая нижняя кривая (для IB = 0) будет совпадать с осью X, это будет точное положение потенциометра.

· Подключите Semiconductor Curve Tracer к USB-порту ПК. Загорится красный светодиод, указывая на то, что на плату подано питание.

· Если это устройство BJT / диод, кривые которого должны быть построены, не подключайте перемычку JP1. Но если это MOSFET, подключите заголовок.

· Перейти в командную строку

· Запустите скрипт python

· Введите количество терминалов DUT.

· Подождите, пока программа запустится.

· График построен.

Удачи!