Semiconductor Curve Tracer: 4 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:39

SAUDAÇÕES!

O conhecimento das características operacionais de qualquer dispositivo é essencial para obter informações sobre ele. Este projeto iria ajudá-lo a traçar curvas de diodos, transistores de junção bipolar tipo NPN e MOSFETs tipo n em seu laptop, em casa!

Para quem não sabe o que são curvas características: curvas características são gráficos que mostram a relação entre a corrente e a tensão nos dois terminais de um dispositivo. Para um dispositivo de 3 terminais, este gráfico é traçado para um parâmetro variável do terceiro terminal. Para dispositivos de 2 terminais, como diodos, resistores, LEDs, etc., a característica mostra a relação entre a tensão nos terminais do dispositivo e a corrente que flui através do dispositivo. Para dispositivo de 3 terminais, onde o terceiro terminal atua como um pino de controle ou tipos, a relação tensão-corrente também depende do estado do terceiro terminal e, portanto, as características teriam que incluir isso também.

Um rastreador de curva semicondutor é um dispositivo que automatiza o processo de plotagem de curva para dispositivos como diodos, BJTs, MOSFETs. Os traçadores de curvas dedicados são geralmente caros e não acessíveis para os entusiastas. Um dispositivo fácil de operar, capaz de obter as características I-V de dispositivos eletrônicos básicos, seria altamente benéfico, especialmente para estudantes, amadores que estão em eletrônica.

Para fazer deste projeto um curso básico de Eletrônica e conceitos como amplificadores operacionais, PWM, bombas de carga, reguladores de tensão, seria necessária alguma codificação em qualquer microcontrolador. Se você tem essas habilidades, parabéns, você está pronto para ir !!

Para referências sobre os tópicos acima, alguns links que achei úteis:

www.allaboutcircuits.com/technical-article…

www.allaboutcircuits.com/textbook/semicond…

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

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

Etapa 1: Compreendendo o hardware

O rastreador seria conectado a um laptop e o DUT (dispositivo em teste) nos slots fornecidos na placa. Em seguida, a curva característica seria exibida no laptop.

Usei MSP430G2553 como meu microcontrolador, mas uma vez que você entenda a abordagem do projeto, qualquer controlador pode ser usado.

Para fazer isso, a abordagem dada foi seguida.

● Para obter valores para a corrente do dispositivo em diferentes valores de tensão do dispositivo, precisamos de um sinal crescente (algo como sinal de Rampa). Para obter um número suficiente de pontos para traçar a curva, escolhemos testar o dispositivo para 100 valores diferentes de tensão do dispositivo. Portanto, precisamos de um sinal de rampa de 7 bits para o mesmo. Isso é obtido gerando PWM e passando-o por um filtro passa-baixo.

● Como precisamos representar graficamente as características do dispositivo em diferentes valores de corrente de base no BJT e diferentes valores de tensão de porta no caso de MOSFETs, precisamos que um sinal de escada seja gerado junto com o sinal de rampa. Limitando a capacidade do sistema, escolhemos plotar 8 curvas para diferentes valores de corrente de base / tensão de porta. Portanto, precisamos de uma forma de onda em escada de 8 ou 3 bits. Isso é obtido gerando PWM e passando-o por um filtro passa-baixo.

● O ponto importante a observar aqui é que precisamos que todo o sinal de rampa seja repetido para cada passo no sinal de escada de 8 níveis, portanto, a frequência do sinal de rampa deve ser exatamente 8 vezes maior do que a do sinal de escada e deve ser o tempo sincronizado. Isso é alcançado na codificação da geração PWM.

● O coletor / dreno / ânodo do DUT é testado para obter o sinal a ser alimentado como eixo X no osciloscópio / no ADC do microcontrolador após o circuito divisor de tensão.

● Um resistor de detecção de corrente é colocado em série com o DUT, que é seguido por um amplificador diferencial para obter o sinal que pode ser alimentado no osciloscópio como eixo Y / no ADC do microcontrolador após o circuito divisor de tensão.

● Depois disso, o ADC transfere os valores para os registradores UART para serem transmitidos ao dispositivo PC e esses valores são plotados usando um script python.

Agora você pode prosseguir com a criação de seu circuito.

Etapa 2: Fazendo o Hardware

A próxima etapa, muito importante, é fazer o hardware.

Como o hardware é complexo, eu sugeriria a fabricação de PCB. Mas se você tiver coragem, também pode ir para o breadboard.

A placa tem alimentação de 5 V, 3,3 V para o MSP, + 12 V e -12 V para o amplificador operacional. 3.3V e +/- 12V são gerados a partir de 5V usando o regulador LM1117 e XL6009 (seu módulo está disponível, mas eu fiz de componentes discretos) e uma bomba de carga, respectivamente.

Os dados de UART para USB precisam de um dispositivo de conversão. Eu usei o CH340G.

A próxima etapa seria criar arquivos esquemáticos e de placa. Usei o EAGLE CAD como minha ferramenta.

Os arquivos são carregados para sua referência.

Etapa 3: escrever os códigos

Fez o hardware? Polaridades de tensão testadas em todos os pontos?

Se sim, vamos codificar agora!

Usei o CCS para codificar meu MSP porque me sinto confortável com essas plataformas.

Para exibir o gráfico, usei Python como minha plataforma.

Os periféricos microcontrolados usados são:

· Timer_A (16 bits) no modo de comparação para gerar PWM.

· ADC10 (10 bits) para inserir valores.

· UART para transmitir os dados.

Os arquivos de código são fornecidos para sua conveniência.

Etapa 4: como usar?

Parabéns! Tudo o que resta é o funcionamento do rastreador.

No caso de um novo curve tracer, seu trim pot de 50k ohms teria que ser definido.

Isso pode ser feito mudando a posição do potenciômetro e observando o gráfico do IC-VCE de um BJT. A posição na qual a curva mais baixa (para IB = 0) se alinharia com o eixo X, esta seria a posição precisa do potenciômetro de compensação.

· Conecte o Semiconductor Curve Tracer na porta USB do PC. Um LED vermelho acenderá, indicando que a placa foi ligada.

· Se for um dispositivo BJT / diodo cujas curvas devem ser plotadas, não conecte o jumper JP1. Mas se for um MOSFET, conecte o cabeçalho.

· Vá para o prompt de comando

· Execute o script python

· Digite o número de terminais do DUT.

· Aguarde enquanto o programa é executado.

· O gráfico foi traçado.

Feliz fabricação!