Halfgeleidercurve Tracer - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:19

DE GROETEN!

Kennis van de werkingskenmerken van elk apparaat is essentieel om er inzicht in te krijgen. Dit project zou u helpen bij het plotten van curven van diodes, NPN-type bipolaire junctietransistoren en n-type MOSFET's op uw laptop, thuis!

Voor degenen die niet weten wat karakteristieke curven zijn: karakteristieke curven zijn grafieken die de relatie weergeven tussen stroom door en spanning over de twee klemmen van een apparaat. Voor een apparaat met 3 terminals wordt deze grafiek uitgezet voor een variërende parameter van de derde terminal. Voor 2 eindapparaten zoals diodes, weerstanden, LED's enz. geeft de karakteristiek de relatie weer tussen de spanning over de apparaatklemmen en de stroom die door het apparaat vloeit. Voor een apparaat met 3 aansluitingen, waarbij de 3e aansluiting als een stuurpen of soorten fungeert, is de spanning-stroomrelatie ook afhankelijk van de toestand van de 3e aansluiting en daarom zouden de kenmerken dat ook moeten omvatten.

Een halfgeleidercurvetracer is een apparaat dat het plotproces van de curve automatiseert voor apparaten zoals diodes, BJT's, MOSFET's. Dedicated curve tracers zijn meestal duur en niet betaalbaar voor liefhebbers. Een eenvoudig te bedienen apparaat dat in staat is om de IV-kenmerken van elektronische basisapparaten te verkrijgen, zou zeer nuttig zijn, vooral voor studenten, hobbyisten die van elektronica houden.

Om van dit project een basiscursus elektronica en concepten zoals opamps, PWM, laadpompen, spanningsregelaars te maken, is enige codering op een microcontroller vereist. Als je deze vaardigheden hebt, Gefeliciteerd, je bent klaar om te gaan !!

Voor referenties over de bovenstaande onderwerpen, enkele links die ik nuttig vond:

www.allaboutcircuits.com/technical-article…

www.allaboutcircuits.com/textbook/semicond…

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

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

Stap 1: De hardware begrijpen

De tracer zou worden aangesloten op een laptop en de DUT (apparaat dat wordt getest) in de sleuven op het bord. Vervolgens zou de karakteristieke curve op de laptop worden weergegeven.

Ik gebruikte MSP430G2553 als mijn microcontroller, maar als je eenmaal de benadering van het ontwerp begrijpt, kan elke controller worden gebruikt.

Hiervoor is de gegeven aanpak gevolgd.

● Om waarden voor de apparaatstroom te verkrijgen bij verschillende waarden van de apparaatspanning, hebben we een toenemend signaal nodig (zoiets als Ramp-signaal). Om voldoende aantal punten te verkrijgen voor het plotten van de curve, kiezen we ervoor om het apparaat te testen op 100 verschillende waarden van apparaatspanning. Hiervoor hebben we dus een 7-bits aanloopsignaal nodig. Dit wordt verkregen door PWM te genereren en deze door een laagdoorlaatfilter te leiden.

● Omdat we de apparaatkarakteristieken moeten plotten bij verschillende waarden van basisstroom in BJT en verschillende waarden van poortspanning in het geval van MOSFET's, hebben we een trappenhuissignaal nodig dat naast het hellingssignaal moet worden gegenereerd. Om de systeemcapaciteit te beperken, kiezen we ervoor om 8 curven te plotten voor verschillende waarden van basisstroom / poortspanning. We hebben dus een trapgolfvorm van 8 of 3 bits nodig. Dit wordt verkregen door PWM te genereren en deze door een laagdoorlaatfilter te leiden.

● Het belangrijke punt om hier op te merken is dat we het volledige hellingsignaal nodig hebben om te herhalen voor elke stap in het 8-niveau trapsignaal, dus de frequentie van het hellingsignaal moet precies 8 keer hoger zijn dan die van het trappenhuissignaal en ze moeten de tijd zijn gesynchroniseerd. Dit wordt bereikt in de codering van de PWM-generatie.

● De collector/drain/anode van de DUT wordt gesondeerd om het signaal te verkrijgen dat als X-as in de oscilloscoop / in ADC van de microcontroller na spanningsdelercircuit moet worden gevoerd.

● Een stroomgevoelige weerstand wordt in serie met de DUT geplaatst, die wordt gevolgd door een differentiële versterker om het signaal te verkrijgen dat als Y-as in de oscilloscoop kan worden ingevoerd/in ADC van de microcontroller na het spanningsdelercircuit.

● Hierna brengt de ADC de waarden over naar de UART-registers om naar het pc-apparaat te worden verzonden en deze waarden worden geplot met behulp van een python-script.

U kunt nu doorgaan met het maken van uw circuit.

Stap 2: De hardware maken

De volgende en zeer belangrijke stap is het daadwerkelijk maken van de hardware.

Aangezien de hardware complex is, raad ik PCB-fabricage aan. Maar als je de moed hebt, kun je ook voor breadboard gaan.

Het bord heeft 5V voeding, 3,3V voor de MSP, +12V en -12V voor de opamp. 3.3V en +/-12V worden gegenereerd uit 5V met behulp van respectievelijk regelaar LM1117 en XL6009 (de module is beschikbaar, ik heb het gemaakt van discrete componenten) en een laadpomp.

De gegevens van UART naar USB hebben een conversieapparaat nodig. Ik heb CH340G gebruikt.

De volgende stap zou zijn om schema- en bordbestanden te maken. Ik heb EAGLE CAD als mijn tool gebruikt.

De bestanden worden geüpload voor uw referentie.

Stap 3: De codes schrijven

De hardware gemaakt? Geteste spanningspolariteiten op alle punten?

Zo ja, laten we nu coderen!

Ik heb CCS gebruikt voor het coderen van mijn MSP, omdat ik vertrouwd ben met deze platforms.

Om de grafiek weer te geven heb ik Python als mijn platform gebruikt.

De gebruikte microcontroller-randapparatuur is:

· Timer_A (16 bit) in vergelijkingsmodus om PWM te genereren.

· ADC10 (10 bit) om waarden in te voeren.

· UART om de gegevens te verzenden.

De codebestanden zijn bedoeld voor uw gemak.

Stap 4: Hoe het te gebruiken?

Gefeliciteerd! Het enige dat overblijft is de werking van de tracer.

In het geval van een nieuwe curve-tracer, zou de trimpot van 50k ohm moeten worden ingesteld.

Dit kan door de positie van de potentiometer te veranderen en de grafiek van de IC-VCE van een BJT te bekijken. De positie waarop de laagste curve (voor IB=0) zou worden uitgelijnd met de X-as, dit zou de nauwkeurige positie van de trimpot zijn.

· Steek de Semiconductor Curve Tracer in de USB-poort van de pc. Er gaat een rode LED branden om aan te geven dat het bord is ingeschakeld.

· Als het een BJT /diode-apparaat is waarvan de curven moeten worden geplot, sluit dan de jumper JP1 niet aan. Maar als het een MOSFET is, sluit dan de header aan.

· Ga naar opdrachtprompt

· Voer het python-script uit

· Vul het aantal klemmen van de TU Delft in.

· Wacht terwijl het programma draait.

· Grafiek is uitgezet.

Veel plezier met maken!