Tracciatore di curve a semiconduttore: 4 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:04

I SALUTI!

La conoscenza delle caratteristiche di funzionamento di qualsiasi dispositivo è essenziale per ottenere informazioni al riguardo. Questo progetto ti aiuterebbe a tracciare curve di diodi, transistor a giunzione bipolare di tipo NPN e MOSFET di tipo n sul tuo laptop, a casa!

Per chi non sapesse cosa sono le curve caratteristiche: le curve caratteristiche sono grafici che mostrano la relazione tra la corrente passante e la tensione ai capi dei due terminali di un dispositivo. Per un dispositivo a 3 terminali, questo grafico è tracciato per un parametro variabile del terzo terminale. Per dispositivi a 2 terminali come diodi, resistori, LED, ecc., la caratteristica mostra la relazione tra la tensione sui terminali del dispositivo e la corrente che scorre attraverso il dispositivo. Per i dispositivi a 3 terminali, in cui il 3° terminale funge da pin o sorta di controllo, la relazione tensione-corrente dipende anche dallo stato del 3° terminale e quindi le caratteristiche dovrebbero includere anche quello.

Un tracciatore di curve a semiconduttore è un dispositivo che automatizza il processo di tracciatura delle curve per dispositivi come diodi, BJT, MOSFET. I tracciatori di curve dedicati sono generalmente costosi e non convenienti per gli appassionati. Un dispositivo facile da usare in grado di ottenere le caratteristiche I-V dei dispositivi elettronici di base sarebbe molto vantaggioso, specialmente per gli studenti, gli appassionati di elettronica.

Per rendere questo progetto un corso base di elettronica e concetti come amplificatori operazionali, PWM, pompe di carica, regolatori di tensione, sarebbe necessaria una codifica su qualsiasi microcontrollore. Se hai queste capacità, congratulazioni, sei a posto!!

Per i riferimenti sugli argomenti di cui sopra, alcuni link che ho trovato utili:

www.allaboutcircuits.com/technical-article…

www.allaboutcircuits.com/textbook/semicon…

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

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

Passaggio 1: comprensione dell'hardware

Il tracciante verrebbe collegato a un laptop e il DUT (dispositivo in prova) negli slot forniti nella scheda. Quindi, la curva caratteristica verrebbe visualizzata sul laptop.

Ho usato MSP430G2553 come mio microcontrollore, ma una volta compreso l'approccio al design, è possibile utilizzare qualsiasi controller.

Per fare questo è stato seguito l'approccio dato.

● Per ottenere i valori della corrente del dispositivo a diversi valori della tensione del dispositivo, abbiamo bisogno di un segnale crescente (qualcosa come il segnale di rampa). Per ottenere un numero sufficiente di punti per tracciare la curva, scegliamo di sondare il dispositivo per 100 diversi valori di tensione del dispositivo. Quindi abbiamo bisogno di un segnale di rampa a 7 bit per lo stesso. Ciò si ottiene generando il PWM e facendolo passare attraverso un filtro passa basso.

● Poiché dobbiamo tracciare le caratteristiche del dispositivo a diversi valori di corrente di base in BJT e diversi valori di tensione di gate in caso di MOSFET, abbiamo bisogno di un segnale a scalare da generare insieme al segnale di rampa. Limitando la capacità del sistema scegliamo di tracciare 8 curve per diversi valori di corrente di base/tensione di gate. Quindi abbiamo bisogno di una forma d'onda a scala di 8 livelli o 3 bit. Ciò si ottiene generando il PWM e facendolo passare attraverso un filtro passa basso.

● Il punto importante da notare qui è che abbiamo bisogno che l'intero segnale della rampa si ripeta per ogni passo nel segnale della scala a 8 livelli, quindi la frequenza del segnale della rampa dovrebbe essere esattamente 8 volte superiore a quella del segnale della scala e dovrebbero essere il tempo sincronizzato. Ciò si ottiene nella codifica della generazione PWM.

● Il collettore/drain/anodo del DUT viene sondato per ottenere il segnale da alimentare come asse X nell'oscilloscopio / nell'ADC del microcontrollore dopo il circuito divisore di tensione.

● Un resistore di rilevamento della corrente è posto in serie con il DUT, seguito da un amplificatore differenziale per ottenere il segnale che può essere inviato all'oscilloscopio come asse Y/ nell'ADC del microcontrollore dopo il circuito del partitore di tensione.

● Successivamente, l'ADC trasferisce i valori nei registri UART da trasmettere al dispositivo PC e questi valori vengono tracciati utilizzando uno script Python.

Ora puoi procedere con la creazione del tuo circuito.

Passaggio 2: creazione dell'hardware

Il passo successivo e molto importante è effettivamente realizzare l'hardware.

Poiché l'hardware è complesso, suggerirei la fabbricazione di PCB. Ma se hai il coraggio, puoi anche provare la breadboard.

La scheda ha un'alimentazione di 5V, 3,3V per l'MSP, +12V e -12V per l'amplificatore operazionale. 3.3V e +/-12V sono generati da 5V usando rispettivamente il regolatore LM1117 e XL6009 (il suo modulo è disponibile, l'ho realizzato da componenti discreti però) e una pompa di carica.

I dati da UART a USB necessitano di un dispositivo di conversione. Ho usato CH340G.

Il prossimo passo sarebbe creare i file Schematic e Board. Ho usato EAGLE CAD come strumento.

I file vengono caricati per riferimento.

Passaggio 3: scrittura dei codici

Fatto l'hardware? Polarità di tensione testate in tutti i punti?

Se sì, lascia il codice ora!

Ho usato CCS per codificare il mio MSP, perché sono a mio agio con queste piattaforme.

Per visualizzare il grafico ho usato Python come piattaforma.

Le periferiche a microcontrollore utilizzate sono:

· Timer_A (16 bit) in modalità confronto per generare PWM.

· ADC10 (10 bit) per inserire i valori.

· UART per trasmettere i dati.

I file di codice sono forniti per comodità dell'utente.

Passaggio 4: come usarlo?

Congratulazioni! Non resta che il funzionamento del tracciante.

Nel caso di un nuovo tracciatore di curve, dovrebbe essere impostato il suo potenziometro di 50k ohm.

Questo può essere fatto cambiando la posizione del potenziometro e osservando il grafico dell'IC-VCE di un BJT. La posizione in cui la curva più bassa (per IB=0) si allineerebbe con l'asse X, questa sarebbe la posizione accurata del trim pot.

· Collegare il Semiconductor Curve Tracer alla porta USB del PC. Un LED rosso si accenderà, indicando che la scheda è stata alimentata.

· Se si tratta di un dispositivo BJT/diodo di cui si vogliono tracciare le curve, non collegare il jumper JP1. Ma se è un MOSFET, collega l'intestazione.

· Vai al prompt dei comandi

· Esegui lo script Python

· Immettere il numero di terminali del DUT.

· Attendere l'esecuzione del programma.

· Il grafico è stato tracciato.

Felice realizzazione!