Полупроводникова крива Tracer: 4 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:54

ПОЗДРАВЛЕНИЯ!

Познаването на работните характеристики на всяко устройство е от съществено значение за получаване на представа за него. Този проект би ви помогнал да начертаете криви на диоди, транзистори с биполярен преход NPN тип и n-тип MOSFET на вашия лаптоп, у дома!

За тези, които не знаят какви са характеристичните криви: характерните криви са графики, които показват връзката между тока през и напрежението в двата извода на устройството. За 3 терминално устройство тази графика е начертана за променлив параметър на третия терминал. За 2 терминални устройства като диоди, резистори, светодиоди и т.н. характеристиката показва връзката между напрежението в клемите на устройството и тока, протичащ през устройството. За 3 терминално устройство, където 3-тият терминал действа като контролен щифт или сортира, връзката напрежение-ток също зависи от състоянието на 3-ия терминал и следователно характеристиките трябва да включват и това.

Полупроводников индикатор за криви е устройство, което автоматизира процеса на нанасяне на криви за устройства като диоди, BJT, MOSFET. Специализираните криви трасери обикновено са скъпи и не са достъпни за ентусиастите. Лесно за управление устройство, способно да получи I-V характеристики на основните електронни устройства, би било много полезно, особено за студенти, любители, които се занимават с електроника.

За да превърне този проект в основен курс по електроника и понятия като операционни усилватели, ШИМ, зареждащи помпи, регулатори на напрежението, ще е необходимо известно кодиране на всеки микроконтролер. Ако имате тези умения, поздравления, добре сте да тръгнете !!

За препратки по горните теми, някои връзки, които намерих за полезни:

www.allaboutcircuits.com/technical-article…

www.allaboutcircuits.com/textbook/semicond…

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

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

Стъпка 1: Разбиране на хардуера

Проследяващият ще бъде включен в лаптоп, а DUT (тестваното устройство) в слотовете, предоставени на платката. След това характеристичната крива ще се покаже на лаптопа.

Използвах MSP430G2553 като мой микроконтролер, но след като разберете подхода към дизайна, можете да използвате всеки контролер.

За целта беше следван дадения подход.

● За да получим стойности на тока на устройството при различни стойности на напрежението на устройството, се нуждаем от нарастващ сигнал (нещо като сигнал на рампа). За да получим достатъчен брой точки за начертаване на кривата, ние избираме да изследваме устройството за 100 различни стойности на напрежението на устройството. По този начин се нуждаем от 7-битов рампа сигнал за същото. Това се получава чрез генериране на ШИМ и преминаване през нискочестотен филтър.

● Тъй като трябва да начертаем характеристиките на устройството при различни стойности на базовия ток в BJT и различни стойности на напрежението на портата в случай на MOSFET, се нуждаем от стълбищен сигнал, който да се генерира заедно с сигнала на рампата. Ограничавайки възможностите на системата, ние избираме да начертаем 8 криви за различни стойности на базовия ток/напрежението на портата. По този начин се нуждаем от 8-степенна или 3-битова форма на стълбище. Това се получава чрез генериране на ШИМ и преминаване през нискочестотен филтър.

● Важното, което трябва да се отбележи тук, е, че се нуждаем от целия сигнал на рампата да се повтаря за всяка стъпка в 8-степенния сигнал на стълбището, като по този начин честотата на сигнала на рампата трябва да бъде точно 8 пъти по-голяма от тази на стълбищния сигнал и те трябва да са време синхронизиран. Това се постига при кодирането на PWM поколението.

● Колекторът/дренажът/анодът на DUT се изследва за получаване на сигнала, който да се подава като ос X в осцилоскопа/в ADC на микроконтролера след делителя на напрежението.

● Резистор за измерване на ток се поставя последователно с DUT, което е последвано от диференциален усилвател за получаване на сигнала, който може да бъде подаден в осцилоскоп като ос Y/ в ADC на микроконтролера след веригата на делителя на напрежение.

● След това ADC прехвърля стойностите в регистрите UART, за да бъдат предадени на компютърното устройство и тези стойности се начертават с помощта на скрипт на python.

Сега можете да продължите с изграждането на вашата верига.

Стъпка 2: Създаване на хардуер

Следващата и много важна стъпка е всъщност да направите хардуера.

Тъй като хардуерът е сложен, бих предложил производството на печатни платки. Но ако имате смелост, можете да отидете и на макет.

Платката има 5V захранване, 3.3V за MSP, +12V и -12V за операционния усилвател. 3.3V и +/- 12V се генерират от 5V с помощта на регулатор LM1117 и XL6009 (модулът му е наличен, въпреки че го направих от дискретни компоненти) и съответно зареждаща помпа.

Данните от UART към USB се нуждаят от устройство за преобразуване. Използвал съм CH340G.

Следващата стъпка би била създаването на схеми и файлове на борда. Използвах EAGLE CAD като свой инструмент.

Файловете се качват за ваша справка.

Стъпка 3: Писане на кодовете

Направили хардуера? Изпитани полярности на напрежението във всички точки?

Ако да, нека кодираме сега!

Използвах CCS за кодиране на моя MSP, защото се чувствам добре с тези платформи.

За показване на графиката използвах Python като моя платформа.

Използваните периферни устройства на микроконтролера са:

· Timer_A (16 бита) в режим на сравнение за генериране на PWM.

· ADC10 (10 бита) към входни стойности.

· UART за предаване на данните.

Кодовите файлове са предоставени за ваше удобство.

Стъпка 4: Как да го използвате?

Честито! Остава само работата на проследяващия механизъм.

В случай на нов криволинейно устройство, трябва да се настрои неговият гарнитур от 50k ома.

Това може да стане чрез смяна на позицията на потенциометъра и наблюдение на графиката на IC-VCE на BJT. Позицията, в която най-ниската крива (за IB = 0) би се подравнявала с оста X, това би била точната позиция на подрезащия пот.

· Включете Semiconductor Curve Tracer в USB порта на компютъра. Ще светне червен светодиод, който показва, че платката е включена.

· Ако това е BJT /диодно устройство, чиито криви трябва да бъдат начертани, не свързвайте джъмпера JP1. Но ако е MOSFET, свържете заглавието.

· Отидете на командния ред

· Стартирайте скрипта на python

· Въведете броя на клемите на DUT.

· Изчакайте, докато програмата работи.

· Графиката е нанесена.

Приятно правене!