Halbleiterkurven-Tracer - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:21

SCHÖNE GRÜSSE!

Die Kenntnis der Betriebseigenschaften eines Geräts ist unerlässlich, um einen Einblick darüber zu erhalten. Dieses Projekt würde Ihnen helfen, Kurven von Dioden, bipolaren Sperrschichttransistoren vom NPN-Typ und MOSFETs vom n-Typ auf Ihrem Laptop zu Hause zu zeichnen!

Für diejenigen, die nicht wissen, was Kennlinien sind: Kennlinien sind Diagramme, die das Verhältnis zwischen Strom durch und Spannung an den beiden Anschlüssen eines Geräts zeigen. Für ein Gerät mit 3 Endgeräten wird dieser Graph für einen variierenden Parameter des dritten Endgeräts aufgetragen. Bei Geräten mit 2 Endgeräten wie Dioden, Widerständen, LEDs usw. zeigt die Kennlinie den Zusammenhang zwischen der Spannung an den Geräteklemmen und dem durch das Gerät fließenden Strom. Bei Geräten mit 3 Anschlüssen, bei denen die 3. Klemme als Steuerstift fungiert oder sortiert, hängt die Spannungs-Strom-Beziehung auch vom Zustand der 3. Klemme ab und daher müssten die Eigenschaften dies ebenfalls berücksichtigen.

Ein Halbleiter-Kurven-Tracer ist ein Gerät, das den Kurvenaufzeichnungsprozess für Geräte wie Dioden, BJTs und MOSFETs automatisiert. Dedizierte Kurven-Tracer sind in der Regel teuer und für Enthusiasten nicht erschwinglich. Ein einfach zu bedienendes Gerät, das in der Lage ist, die I-V-Eigenschaften grundlegender elektronischer Geräte zu erhalten, wäre sehr vorteilhaft, insbesondere für Studenten, Hobbyisten, die sich mit Elektronik beschäftigen.

Um dieses Projekt zu einem Grundkurs in Elektronik und Konzepten wie Operationsverstärkern, PWM, Ladungspumpen, Spannungsreglern zu machen, wäre eine Codierung auf jedem Mikrocontroller erforderlich. Wenn Sie über diese Fähigkeiten verfügen, herzlichen Glückwunsch, Sie können loslegen!

Für Referenzen zu den oben genannten Themen, einige Links, die ich hilfreich fand:

www.allaboutcircuits.com/technical-article…

www.allaboutcircuits.com/textbook/semicond…

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

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

Schritt 1: Verständnis der Hardware

Der Tracer würde an einen Laptop und das DUT (Gerät unter Test) in die vorgesehenen Steckplätze in der Platine eingesteckt. Dann würde die Kennlinie auf dem Laptop angezeigt.

Ich habe MSP430G2553 als Mikrocontroller verwendet, aber sobald Sie den Ansatz für das Design verstanden haben, kann jeder Controller verwendet werden.

Dazu wurde der vorgegebene Ansatz verfolgt.

● Um Werte für den Gerätestrom bei verschiedenen Werten der Gerätespannung zu erhalten, benötigen wir ein ansteigendes Signal (etwa das Rampensignal). Um eine ausreichende Anzahl von Punkten zum Zeichnen der Kurve zu erhalten, wählen wir, das Gerät auf 100 verschiedene Werte der Gerätespannung zu prüfen. Daher benötigen wir dafür ein 7-Bit-Rampensignal. Dies wird erreicht, indem PWM erzeugt und durch einen Tiefpassfilter geleitet wird.

● Da wir die Geräteeigenschaften bei unterschiedlichen Werten des Basisstroms in BJT und unterschiedlichen Werten der Gate-Spannung im Fall von MOSFETs darstellen müssen, müssen wir neben dem Rampensignal ein Treppensignal erzeugen. Um die Systemfähigkeit einzuschränken, haben wir uns entschieden, 8 Kurven für verschiedene Werte des Basisstroms / der Gate-Spannung zu zeichnen. Daher benötigen wir eine 8-stufige oder 3-Bit-Treppenwellenform. Dies wird erreicht, indem PWM erzeugt und durch einen Tiefpassfilter geleitet wird.

● Der wichtige Punkt hier ist, dass wir das gesamte Rampensignal für jeden Schritt im 8-stufigen Treppensignal wiederholen müssen, daher sollte die Frequenz des Rampensignals genau 8-mal höher sein als die des Treppensignals und sie sollten zeit sein synchronisiert. Dies wird in der Codierung der PWM-Generierung erreicht.

● Der Kollektor/Drain/Anode des DUT wird abgetastet, um das Signal zu erhalten, das als X-Achse in das Oszilloskop / in den ADC des Mikrocontrollers nach der Spannungsteilerschaltung eingespeist wird.

● Ein Strommesswiderstand wird in Reihe mit dem DUT geschaltet, gefolgt von einem Differenzverstärker, um das Signal zu erhalten, das nach der Spannungsteilerschaltung in das Oszilloskop als Y-Achse / in den ADC des Mikrocontrollers eingespeist werden kann.

● Danach überträgt der ADC die an das PC-Gerät zu übertragenden Werte in die UART-Register und diese Werte werden mit einem Python-Skript geplottet.

Sie können nun mit der Erstellung Ihrer Schaltung fortfahren.

Schritt 2: Hardware herstellen

Der nächste und sehr wichtige Schritt besteht darin, die Hardware zu erstellen.

Da die Hardware komplex ist, würde ich die PCB-Fertigung vorschlagen. Aber wenn Sie den Mut haben, können Sie sich auch für ein Steckbrett entscheiden.

Das Board hat 5V Versorgung, 3,3V für den MSP, +12V und -12V für den Operationsverstärker. 3,3 V und +/-12 V werden aus 5 V mit den Reglern LM1117 und XL6009 (das Modul ist verfügbar, ich habe es jedoch aus diskreten Komponenten hergestellt) und einer Ladungspumpe erzeugt.

Die Daten von UART zu USB benötigen ein Konvertierungsgerät. Ich habe CH340G verwendet.

Der nächste Schritt wäre das Erstellen von Schaltplan- und Board-Dateien. Als Werkzeug habe ich EAGLE CAD verwendet.

Die Dateien werden zu Ihrer Referenz hochgeladen.

Schritt 3: Schreiben der Codes

Die Hardware gemacht? Spannungspolaritäten an allen Stellen geprüft?

Wenn ja, lass uns jetzt codieren!

Ich habe CCS zum Codieren meines MSP verwendet, weil ich mit diesen Plattformen vertraut bin.

Um das Diagramm anzuzeigen, habe ich Python als meine Plattform verwendet.

Die verwendeten Mikrocontroller-Peripheriegeräte sind:

· Timer_A (16 Bit) im Vergleichsmodus zur Erzeugung von PWM.

· ADC10 (10 Bit) zur Eingabe von Werten.

· UART, um die Daten zu übertragen.

Die Codedateien werden zu Ihrer Bequemlichkeit bereitgestellt.

Schritt 4: Wie benutzt man es?

Herzliche Glückwünsche! Was bleibt, ist die Funktion des Tracers.

Bei einem neuen Curve Tracer müsste dessen Trimmpoti von 50k Ohm eingestellt werden.

Dies kann durch Ändern der Potentiometerposition und Beobachten des Graphen des IC-VCE eines BJT erfolgen. Die Position, an der die unterste Kurve (für IB=0) mit der X-Achse ausgerichtet würde, wäre die genaue Position des Trimmpotentiometers.

· Stecken Sie den Semiconductor Curve Tracer in den USB-Port des PCs. Eine rote LED leuchtet auf und zeigt an, dass das Board eingeschaltet wurde.

· Wenn es sich um ein BJT-/Diodengerät handelt, dessen Kurven aufgezeichnet werden sollen, den Jumper JP1 nicht anschließen. Wenn es sich jedoch um einen MOSFET handelt, schließen Sie den Header an.

· Gehe zur Eingabeaufforderung

· Führen Sie das Python-Skript aus

· Geben Sie die Anzahl der Anschlüsse des Prüflings ein.

· Warten Sie, während das Programm läuft.

· Graph wurde gezeichnet.

Viel Spaß beim Machen!