Semiconductor Curve Tracer: 4 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:16

SALUTACIONS!

El coneixement de les característiques de funcionament de qualsevol dispositiu és essencial per obtenir-ne informació. Aquest projecte us ajudarà a traçar corbes de díodes, transistors de connexió bipolars de tipus NPN i MOSFET de tipus n al vostre ordinador portàtil, a casa.

Per a aquells que no saben què són les corbes característiques: les corbes característiques són gràfics que mostren la relació entre el corrent i el voltatge a través dels dos terminals d’un dispositiu. Per a un dispositiu de 3 terminals, aquest gràfic es representa per a un paràmetre variable del tercer terminal. Per a 2 dispositius terminals com díodes, resistències, LEDs, etc., la característica mostra la relació entre la tensió a través dels terminals del dispositiu i el corrent que circula pel dispositiu. Per al dispositiu de 3 terminals, on el tercer terminal actua com un pin de control o s’ordena, la relació tensió-corrent també depèn de l’estat del tercer terminal i, per tant, les característiques també haurien d’incloure-ho.

Un traçador de corbes semiconductors és un dispositiu que automatitza el procés de traçat de corbes per a dispositius com ara díodes, BJTs, MOSFETs. Els traçadors de corbes dedicats solen ser cars i no són assequibles per als entusiastes. Un dispositiu fàcil d’operar capaç d’obtenir les característiques I-V dels dispositius electrònics bàsics seria molt beneficiós, especialment per als estudiants, aficionats a l’electrònica.

Per fer d’aquest projecte un curs bàsic d’electrònica i conceptes com amplificadors operatius, PWM, bombes de càrrega, reguladors de tensió, caldria codificar qualsevol microcontrolador. Si teniu aquestes habilitats, enhorabona, és bo anar-hi !!

Per a referències sobre els temes anteriors, alguns enllaços que he trobat útils:

www.allaboutcircuits.com/technical-article…

www.allaboutcircuits.com/textbook/semicond…

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

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

Pas 1: Descripció del maquinari

El traçador es connectaria a un ordinador portàtil i el DUT (dispositiu en prova) a les ranures proporcionades a la placa. Llavors, la característica corba es mostrarà a l'ordinador portàtil.

He utilitzat MSP430G2553 com a microcontrolador, però un cop heu entès l’enfocament del disseny, es pot utilitzar qualsevol controlador.

Per fer-ho es va seguir l'enfocament donat.

● Per obtenir valors del corrent del dispositiu a diferents valors de tensió del dispositiu, necessitem un senyal creixent (com ara el senyal de rampa). Per obtenir el nombre suficient de punts per traçar la corba, decidim sondear el dispositiu per obtenir 100 valors diferents de tensió del dispositiu. Per tant, necessitem un senyal de rampa de 7 bits per al mateix. Això s’obté generant PWM i passant-lo per un filtre de pas baix.

● Com que hem de representar les característiques del dispositiu a diferents valors de corrent base en BJT i diferents valors de tensió de porta en cas de MOSFET, necessitem generar un senyal d'escala al costat del senyal de rampa. Limitant la capacitat del sistema, escollim traçar 8 corbes per a diferents valors de corrent base / tensió de porta. Per tant, necessitem una forma d'ona d'escala de 8 nivells o de 3 bits. Això s’obté generant PWM i passant-lo per un filtre de pas baix.

● El punt important que cal tenir en compte aquí és que necessitem repetir tot el senyal de rampa per a cada pas del senyal de l'escala de 8 nivells, per la qual cosa la freqüència del senyal de rampa ha de ser exactament 8 vegades superior a la del senyal de l'escala i haurien de ser el temps sincronitzada. Això s’aconsegueix en la codificació de la generació PWM.

● Sondeja el col·lector / drenatge / ànode del DUT per obtenir el senyal que s’alimentarà com a eix X a l’oscil·loscopi / a l’ADC del microcontrolador després del circuit divisor de tensió.

● Es col·loca una resistència de detecció de corrent en sèrie amb el DUT, que és seguida d’un amplificador diferencial per obtenir el senyal que es pot alimentar a l’oscil·loscopi com a eix Y / a l’ADC del microcontrolador després del circuit divisor de tensió.

● Després d'això, l'ADC transfereix els valors als registres UART per transmetre'ls al dispositiu PC i aquests valors es representen mitjançant un script Python.

Ara podeu continuar fent el vostre circuit.

Pas 2: fabricació del maquinari

El següent pas, molt important, és fabricar el maquinari.

Com que el maquinari és complex, suggeriria la fabricació de PCB. Però si teniu coratge, també podeu optar per la taula de treball.

La placa té un subministrament de 5 V, 3,3 V per al MSP, + 12 V i -12 V per a l’amplificador operatiu. 3,3V i +/- 12V es generen a partir de 5V mitjançant el regulador LM1117 i XL6009 (el seu mòdul està disponible, però el vaig fabricar a partir de components discrets) i una bomba de càrrega respectivament.

Les dades d’UART a USB necessiten un dispositiu de conversió. He utilitzat CH340G.

El següent pas seria crear fitxers esquemàtics i de tauler. He utilitzat EAGLE CAD com a eina.

Els fitxers es carreguen com a referència.

Pas 3: escriure els codis

Heu fabricat el maquinari? S'han provat les polaritats de tensió en tots els punts?

Si és així, deixem el codi ara.

He utilitzat CCS per codificar el meu MSP, perquè estic còmode amb aquestes plataformes.

Per mostrar el gràfic he utilitzat Python com a plataforma.

Els perifèrics de microcontroladors utilitzats són:

· Temporitzador_A (16 bits) en mode comparació per generar PWM.

· ADC10 (10 bits) per introduir valors.

· UART per transmetre les dades.

Els fitxers de codi es proporcionen per a la vostra comoditat.

Pas 4: com utilitzar-lo?

Enhorabona! Només queda treballar el traçador.

En cas d’un nou traçador de corbes, s’hauria de configurar el pot de retall de 50k ohms.

Això es pot fer canviant la posició del potenciòmetre i observant la gràfica de l'IC-VCE d'un BJT. La posició en què la corba més baixa (per IB = 0) s’alinearia amb l’eix X, aquesta seria la posició exacta del pot de retallada.

· Connecteu el Semiconductor Curve Tracer al port USB del PC. S'encendrà un LED vermell que indica que la placa s'ha encès.

· Si es tracta d'un dispositiu BJT / díode les corbes del qual es traçaran, no connecteu el pont JP1. Però si és un MOSFET, connecteu la capçalera.

· Aneu a l'indicador d'ordres

· Executeu l'script python

· Introduïu el nombre de terminals del DUT.

· Espereu mentre s'executa el programa.

· S'ha representat el gràfic.

Feliç fer!