Semiconductor Curve Tracer: 4 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:07

ทักทาย!

ความรู้เกี่ยวกับลักษณะการทำงานของอุปกรณ์ใดๆ จำเป็นต่อการได้รับข้อมูลเชิงลึก โปรเจ็กต์นี้จะช่วยคุณวางแผนเส้นโค้งของไดโอด ทรานซิสเตอร์สองขั้วแบบ NPN และ MOSFET ชนิด n บนแล็ปท็อปของคุณที่บ้าน!

สำหรับผู้ที่ไม่ทราบว่าเส้นโค้งลักษณะเฉพาะคืออะไร เส้นโค้งลักษณะเฉพาะคือกราฟที่แสดงความสัมพันธ์ระหว่างกระแสไหลผ่านและแรงดันไฟที่ขั้วทั้งสองของอุปกรณ์ สำหรับอุปกรณ์เทอร์มินัล 3 กราฟนี้ถูกพล็อตสำหรับพารามิเตอร์ที่แตกต่างกันของเทอร์มินัลที่สาม สำหรับอุปกรณ์ปลายทาง 2 ตัว เช่น ไดโอด ตัวต้านทาน ไฟ LED เป็นต้น ลักษณะเฉพาะจะแสดงความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันไฟที่ขั้วอุปกรณ์และกระแสที่ไหลผ่านอุปกรณ์ สำหรับอุปกรณ์ปลายทางที่ 3 โดยที่เทอร์มินัลที่ 3 ทำหน้าที่เป็นพินควบคุมหรือประเภท ความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันไฟและกระแสไฟก็ขึ้นอยู่กับสถานะของเทอร์มินัลที่ 3 ด้วยเช่นกัน ดังนั้นคุณลักษณะจะต้องรวมไว้ด้วย

ตัวติดตามเส้นโค้งเซมิคอนดักเตอร์เป็นอุปกรณ์ที่ทำให้กระบวนการวางแผนเส้นโค้งสำหรับอุปกรณ์ต่างๆ เช่น ไดโอด, BJT, MOSFET เป็นไปโดยอัตโนมัติ ตัวติดตามเส้นโค้งโดยเฉพาะมักจะมีราคาแพงและไม่แพงสำหรับผู้ที่ชื่นชอบ อุปกรณ์ที่ใช้งานง่ายซึ่งมีคุณสมบัติ I-V ของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พื้นฐานจะเป็นประโยชน์อย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับนักเรียนที่เป็นงานอดิเรกที่ชอบใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

เพื่อให้โครงการนี้เป็นหลักสูตรพื้นฐานด้านอิเล็กทรอนิกส์และแนวคิดเช่น op amps, PWM, ปั๊มชาร์จ, ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า, การเข้ารหัสบางอย่างบนไมโครคอนโทรลเลอร์ใด ๆ จะต้อง หากคุณมีความสามารถเหล่านี้ ยินดีด้วย คุณพร้อมแล้ว!!

สำหรับการอ้างอิงในหัวข้อข้างต้น ลิงก์บางส่วนที่ฉันพบว่ามีประโยชน์:

www.allaboutcircuits.com/technical-article…

www.allaboutcircuits.com/textbook/semicond…

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

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

ขั้นตอนที่ 1: ทำความเข้าใจฮาร์ดแวร์

ตัวติดตามจะเสียบเข้ากับแล็ปท็อปและ DUT (อุปกรณ์ที่กำลังทดสอบ) ลงในช่องที่ให้ไว้ในบอร์ด จากนั้นเส้นโค้งลักษณะเฉพาะจะแสดงบนแล็ปท็อป

ฉันใช้ MSP430G2553 เป็นไมโครคอนโทรลเลอร์ แต่เมื่อคุณเข้าใจแนวทางการออกแบบแล้ว ก็สามารถใช้คอนโทรลเลอร์ใดก็ได้

การทำเช่นนี้เป็นไปตามแนวทางที่กำหนด

● เพื่อให้ได้ค่ากระแสของอุปกรณ์ที่ค่าต่างๆ ของแรงดันไฟฟ้าของอุปกรณ์ เราจำเป็นต้องมีสัญญาณที่เพิ่มขึ้น (เช่น สัญญาณ Ramp) เพื่อให้ได้คะแนนเพียงพอสำหรับการวางแผนเส้นโค้ง เราเลือกโพรบอุปกรณ์สำหรับค่าแรงดันอุปกรณ์ 100 ค่าที่แตกต่างกัน ดังนั้นเราจึงต้องการสัญญาณทางลาด 7 บิตสำหรับสิ่งเดียวกัน ได้มาจากการสร้าง PWM และส่งผ่านตัวกรองความถี่ต่ำ

● เนื่องจากเราต้องพล็อตคุณสมบัติของอุปกรณ์ที่ค่ากระแสฐานที่แตกต่างกันใน BJT และค่าแรงดันเกตที่แตกต่างกันในกรณีของ MOSFET เราจึงต้องการสัญญาณบันไดที่จะสร้างควบคู่ไปกับสัญญาณทางลาด การจำกัดความสามารถของระบบ เราเลือกที่จะพล็อต 8 เส้นโค้งสำหรับค่าต่างๆ ของกระแสฐาน/แรงดันเกตที่ต่างกัน ดังนั้นเราต้องการรูปคลื่นบันได 8 ระดับหรือ 3 บิต ได้มาจากการสร้าง PWM และส่งผ่านตัวกรองความถี่ต่ำ

● จุดสำคัญที่ควรทราบที่นี่คือ เราต้องการให้สัญญาณทางลาดทั้งหมดทำซ้ำสำหรับทุกๆ ขั้นตอนในสัญญาณบันได 8 ระดับ ดังนั้นความถี่ของสัญญาณทางลาดควรมากกว่าสัญญาณบันได 8 เท่า และควรเป็นเวลา ซิงโครไนซ์ นี่คือความสำเร็จในการเข้ารหัสของรุ่น PWM

● โพรบคอลเลคเตอร์/ท่อระบายน้ำ/แอโนดของ DUT เพื่อรับสัญญาณที่จะป้อนเป็นแกน X เข้าไปในออสซิลโลสโคป / เข้าไปใน ADC ของไมโครคอนโทรลเลอร์หลังวงจรแบ่งแรงดันไฟฟ้า

● ตัวต้านทานตรวจจับกระแสถูกวางในอนุกรมกับ DUT ซึ่งตามด้วยแอมพลิฟายเออร์ดิฟเฟอเรนเชียลเพื่อรับสัญญาณที่สามารถป้อนเข้าสู่ออสซิลโลสโคปเป็นแกน Y/ เข้าไปใน ADC ของไมโครคอนโทรลเลอร์หลังวงจรแบ่งแรงดันไฟ

● หลังจากนี้ ADC จะโอนค่าไปยังรีจิสเตอร์ UART เพื่อส่งไปยังอุปกรณ์พีซี และค่าเหล่านี้จะถูกพล็อตโดยใช้สคริปต์หลาม

ตอนนี้คุณสามารถดำเนินการสร้างวงจรของคุณได้แล้ว

ขั้นตอนที่ 2: การสร้างฮาร์ดแวร์

ขั้นตอนต่อไปและสำคัญมากคือการสร้างฮาร์ดแวร์จริงๆ

เนื่องจากฮาร์ดแวร์มีความซับซ้อน ฉันขอแนะนำการผลิต PCB แต่ถ้าคุณมีความกล้า คุณก็สามารถเลือกเขียงหั่นขนมได้เช่นกัน

บอร์ดนี้มีแหล่งจ่ายไฟ 5V, 3.3V สำหรับ MSP, +12V และ -12V สำหรับ op amp 3.3V และ +/-12V ถูกสร้างขึ้นจาก 5V โดยใช้เครื่องปรับลม LM1117 และ XL6009 (โมดูลของมันมีจำหน่าย แต่ผมทำจากส่วนประกอบที่ไม่ต่อเนื่อง) และปั๊มชาร์จตามลำดับ

ข้อมูลจาก UART เป็น USB ต้องใช้อุปกรณ์แปลง ผมเคยใช้ CH340G

ขั้นตอนต่อไปคือการสร้างไฟล์ Schematic และ Board ฉันใช้ EAGLE CAD เป็นเครื่องมือ

ไฟล์ถูกอัปโหลดเพื่อใช้อ้างอิง

ขั้นตอนที่ 3: การเขียนรหัส

ทำฮาร์ดแวร์? ทดสอบขั้วแรงดันไฟฟ้าทุกจุด?

ถ้าใช่ มาโค้ดกันเลย!

ฉันใช้ CCS ในการเข้ารหัส MSP ของฉันแล้ว เนื่องจากฉันคุ้นเคยกับแพลตฟอร์มเหล่านี้

เพื่อแสดงกราฟ ฉันได้ใช้ Python เป็นแพลตฟอร์มของฉัน

อุปกรณ์ต่อพ่วงไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ใช้คือ:

· Timer_A (16 บิต) ในโหมดเปรียบเทียบเพื่อสร้าง PWM

· ADC10 (10 บิต) เพื่อป้อนค่า

· UART เพื่อส่งข้อมูล

ไฟล์รหัสมีไว้เพื่อความสะดวกของคุณ

ขั้นตอนที่ 4: วิธีใช้งาน

ยินดีด้วย! สิ่งที่เหลืออยู่คือการทำงานของตัวติดตาม

ในกรณีของตัวติดตามเส้นโค้งใหม่ จะต้องตั้งค่าทริมพอทที่ 50k โอห์ม

ซึ่งสามารถทำได้โดยการเปลี่ยนตำแหน่งโพเทนชิออมิเตอร์และสังเกตกราฟของ IC-VCE ของ BJT ตำแหน่งที่เส้นโค้งต่ำสุด (สำหรับ IB=0) จะอยู่ในแนวเดียวกับแกน X จะเป็นตำแหน่งที่แม่นยำของหม้อตัดแต่ง

· เสียบ Semiconductor Curve Tracer เข้ากับพอร์ต USB ของเครื่องพีซี ไฟ LED สีแดงจะสว่างขึ้น แสดงว่าบอร์ดได้รับพลังงานแล้ว

· หากเป็นอุปกรณ์ BJT /diode ที่มีการกำหนดเส้นโค้ง อย่าเชื่อมต่อจัมเปอร์ JP1 แต่ถ้าเป็น MOSFET ให้ต่อเฮดเดอร์

· ไปที่พรอมต์คำสั่ง

· เรียกใช้สคริปต์หลาม

· ป้อนจำนวนขั้วของ DUT

· รอขณะที่โปรแกรมทำงาน

· วางกราฟแล้ว

มีความสุขในการทำ!