Semiconductor Curve Tracer: 4 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:46

HÄLSNINGAR!

Kunskap om enhetens driftskarakteristik är avgörande för att få insikt om den. Detta projekt skulle hjälpa dig att plotta kurvor av dioder, bipolära korsningstransistorer av NPN-typ och MOSFET av n-typ på din bärbara dator, hemma!

För dem som inte vet vad karaktäristiska kurvor är: karakteristiska kurvor är diagram som visar förhållandet mellan ström genom och spänning över de två terminalerna på en enhet. För en enhet med tre terminaler är denna graf ritad för en varierande parameter för den tredje terminalen. För 2 terminaler som dioder, motstånd, lysdioder etc, visar karaktäristiken förhållandet mellan spänning över enhetens terminaler och strömmen som strömmar genom enheten. För tre terminaler, där den tredje terminalen fungerar som en styrstift eller sorterar, är spännings-strömförhållandet också beroende av den tredje terminalens tillstånd och därför måste egenskaperna också inkludera det.

En halvledarkurvspårare är en enhet som automatiserar kurvplottningsprocessen för enheter som dioder, BJT, MOSFET. Dedikerade kurvspårare är vanligtvis dyra och inte överkomliga för entusiaster. En lättanvänd enhet som kan erhålla I-V-egenskaper för grundläggande elektroniska enheter skulle vara mycket fördelaktigt, särskilt för studenter, hobbyister som ägnar sig åt elektronik.

För att göra detta projekt till en grundkurs i elektronik och koncept som op -ampere, PWM, laddningspumpar, spänningsregulatorer, skulle lite kodning på alla mikrokontroller behövas. Om du har dessa färdigheter, Grattis, du är bra att gå !!

För referenser om ämnena ovan, några länkar som jag tyckte var till hjälp:

www.allaboutcircuits.com/technical-article…

www.allaboutcircuits.com/textbook/semicond…

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

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

Steg 1: Förstå maskinvaran

Spåraren skulle anslutas till en bärbar dator och DUT (enhet under testning) i kortplatserna i kortet. Därefter skulle den karakteristiska kurvan visas på den bärbara datorn.

Jag använde MSP430G2553 som min mikrokontroller men när du väl förstår tillvägagångssättet för designen kan vilken styrenhet som helst användas.

För att göra detta följdes den givna metoden.

● För att få värden för enhetsström vid olika värden för enhetsspänning behöver vi en ökande signal (något som rampsignal). För att erhålla tillräckligt många punkter för att plotta kurvan väljer vi att mäta enheten för 100 olika värden för enhetsspänning. Således behöver vi en 7-bitars rampsignal för samma. Detta erhålls genom att generera PWM och passera det genom ett lågpassfilter.

● Eftersom vi behöver rita enhetens egenskaper vid olika värden för basström i BJT och olika värden för grindspänning vid MOSFET behöver vi en trappsignal som ska genereras vid sidan av rampsignalen. Genom att begränsa systemets förmåga väljer vi att plotta 8 kurvor för olika värden av basström/grindspänning. Således behöver vi en 8-nivå eller 3-bitars trappvågform. Detta erhålls genom att generera PWM och passera det genom ett lågpassfilter.

● Den viktiga punkten att notera här är att vi behöver hela rampsignalen för att upprepa för varje steg i 8-nivåers trappsignal, så frekvensen för rampsignalen bör vara exakt 8 gånger mer än trappssignalens och det bör vara tid synkroniserad. Detta uppnås i kodningen av PWM -generationen.

● DUT-kollektor/avlopp/anod avkänns för att erhålla signalen som ska matas som X-axel in i oscilloskopet/i mikrokontrollerns ADC efter spänningsdelarkretsen.

● Ett strömavkännande motstånd placeras i serie med DUT, som följs av en differentialförstärkare för att erhålla den signal som kan matas in i oscilloskop som Y-axel/ i ADC för mikrokontrollern efter spänningsdelarkrets.

● Efter detta överför ADC värdena till UART -registren som ska överföras till PC -enheten och dessa värden plottas med ett python -skript.

Du kan nu fortsätta med att skapa din krets.

Steg 2: Gör hårdvaran

Nästa och mycket viktiga steg är faktiskt att göra hårdvaran.

Eftersom hårdvaran är komplex skulle jag föreslå PCB -tillverkning. Men om du har modet kan du också gå på brödbräda.

Kortet har 5V matning, 3.3V för MSP, +12V och -12V för op amp. 3.3V och +/- 12V genereras från 5V med hjälp av regulatorn LM1117 och XL6009 (dess modul finns, jag gjorde den från diskreta komponenter dock) respektive en laddningspump.

Data från UART till USB behöver en konverteringsenhet. Jag har använt CH340G.

Nästa steg skulle vara att skapa schematiska och styrfiler. Jag har använt EAGLE CAD som mitt verktyg.

Filerna laddas upp för din referens.

Steg 3: Skriva koder

Har du gjort hårdvaran? Testade spänningspolariteter vid alla punkter?

Om ja, låt oss koda nu!

Jag har använt CCS för att koda min MSP, eftersom jag är bekväm med dessa plattformar.

För att visa grafen har jag använt Python som min plattform.

Mikrostyrenhetens kringutrustning som används är:

· Timer_A (16 bit) i jämförelseläge för att generera PWM.

· ADC10 (10 bit) till ingångsvärden.

· UART för att överföra data.

Kodfilerna tillhandahålls för din bekvämlighet.

Steg 4: Hur använder man det?

Grattis! Det som återstår är spårarens funktion.

Vid en ny kurvspårare måste dess trimkärl på 50k ohm ställas in.

Detta kan göras genom att ändra potentiometerpositionen och observera grafen för IC-VCE för en BJT. Positionen vid vilken den lägsta kurvan (för IB = 0) skulle ligga i linje med X-Axis, detta skulle vara trimpottens exakta position.

· Anslut Semiconductor Curve Tracer i USB -porten på datorn. En röd lysdiod tänds, vilket indikerar att kortet har slagits på.

· Om det är en BJT /diodanordning vars kurvor ska ritas, anslut inte bygeln JP1. Men om det är en MOSFET, anslut huvudet.

· Gå till kommandotolken

· Kör python -skriptet

· Ange antalet terminaler för DUT.

· Vänta medan programmet körs.

· Diagrammet har plottats.

Glad att göra!