Pelacak Kurva Semikonduktor: 4 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:58

SALAM PEMBUKA!

Pengetahuan tentang karakteristik pengoperasian perangkat apa pun sangat penting untuk mendapatkan wawasan tentangnya. Proyek ini akan membantu Anda memplot kurva dioda, transistor sambungan bipolar tipe NPN, dan MOSFET tipe-n di laptop Anda, di rumah!

Bagi mereka yang tidak tahu apa itu kurva karakteristik: kurva karakteristik adalah grafik yang menunjukkan hubungan antara arus yang melalui dan tegangan di dua terminal perangkat. Untuk perangkat 3 terminal, grafik ini diplot untuk parameter yang bervariasi dari terminal ketiga. Untuk 2 perangkat terminal seperti dioda, resistor, LED dll, karakteristik menunjukkan hubungan antara tegangan di terminal perangkat dan arus yang mengalir melalui perangkat. Untuk perangkat terminal 3, di mana terminal ke-3 bertindak sebagai pin kontrol atau semacamnya, hubungan tegangan-arus juga bergantung pada keadaan terminal ke-3 dan oleh karena itu karakteristiknya juga harus menyertakannya.

Pelacak kurva semikonduktor adalah perangkat yang mengotomatiskan proses plotting kurva untuk perangkat seperti dioda, BJT, MOSFET. Pelacak kurva khusus biasanya mahal dan tidak terjangkau bagi para penggemar. Perangkat yang mudah dioperasikan yang mampu memperoleh karakteristik I-V dari perangkat elektronik dasar akan sangat bermanfaat, terutama bagi siswa, penggemar yang menggeluti elektronik.

Untuk membuat proyek ini kursus dasar dalam Elektronika dan konsep-konsep seperti op amp, PWM, pompa muatan, regulator tegangan, beberapa pengkodean pada mikrokontroler apa pun akan diperlukan. Jika Anda memiliki keterampilan ini, Selamat, Anda siap!!

Untuk referensi tentang topik di atas, beberapa tautan yang menurut saya bermanfaat:

www.allaboutcircuits.com/technical-article…

www.allaboutcircuits.com/textbook/semicond…

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

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

Langkah 1: Memahami Perangkat Keras

Pelacak akan dicolokkan ke laptop dan DUT (perangkat yang diuji) ke dalam slot yang disediakan di papan. Kemudian, kurva karakteristik akan ditampilkan pada laptop.

Saya menggunakan MSP430G2553 sebagai mikrokontroler saya, tetapi begitu Anda memahami pendekatan desainnya, pengontrol apa pun dapat digunakan.

Untuk melakukan ini, pendekatan yang diberikan diikuti.

● Untuk mendapatkan nilai arus perangkat pada nilai tegangan perangkat yang berbeda, kita memerlukan sinyal yang meningkat (seperti sinyal Ramp). Untuk mendapatkan jumlah titik yang cukup untuk memplot kurva, kami memilih untuk menyelidiki perangkat untuk 100 nilai tegangan perangkat yang berbeda. Jadi kita membutuhkan sinyal ramp 7-bit untuk hal yang sama. Ini diperoleh dengan membangkitkan PWM dan melewatkannya melalui filter lolos rendah.

● Karena kita perlu memplot karakteristik perangkat pada nilai arus basis yang berbeda dalam BJT dan nilai tegangan gerbang yang berbeda dalam kasus MOSFET, kita memerlukan sinyal tangga yang akan dihasilkan di samping sinyal ramp. Membatasi kemampuan sistem kami memilih untuk memplot 8 kurva untuk nilai arus basis/tegangan gerbang yang berbeda. Jadi kita membutuhkan bentuk gelombang tangga 8-level atau 3-bit. Ini diperoleh dengan membangkitkan PWM dan melewatkannya melalui filter lolos rendah.

● Hal penting yang perlu diperhatikan di sini adalah bahwa kita memerlukan seluruh sinyal ramp untuk mengulang setiap langkah dalam sinyal tangga 8 tingkat sehingga frekuensi sinyal ramp harus tepat 8 kali lebih banyak daripada sinyal tangga dan seharusnya waktu disinkronkan. Hal ini dicapai dalam pengkodean generasi PWM.

● Kolektor/drain/anoda DUT diperiksa untuk mendapatkan sinyal yang akan diumpankan sebagai Sumbu X ke dalam osiloskop / ke ADC mikrokontroler setelah rangkaian pembagi tegangan.

● Sebuah resistor penginderaan arus ditempatkan secara seri dengan DUT, yang diikuti oleh penguat diferensial untuk mendapatkan sinyal yang dapat diumpankan ke osiloskop sebagai Sumbu Y/ ke ADC mikrokontroler setelah rangkaian pembagi tegangan.

● Setelah ini, ADC mentransfer nilai ke register UART untuk dikirimkan ke perangkat PC dan nilai ini diplot menggunakan skrip python.

Anda sekarang dapat melanjutkan dengan membuat sirkuit Anda.

Langkah 2: Membuat Perangkat Keras

Langkah selanjutnya dan sangat penting sebenarnya adalah membuat perangkat keras.

Karena perangkat kerasnya rumit, saya akan menyarankan fabrikasi PCB. Tetapi jika Anda memiliki keberanian, Anda juga bisa menggunakan papan tempat memotong roti.

Papan memiliki suplai 5V, 3.3V untuk MSP, +12V dan -12V untuk op amp. 3.3V dan +/-12V dihasilkan dari 5V menggunakan regulator LM1117 dan XL6009 (modulnya tersedia, saya membuatnya dari komponen diskrit) dan pompa muatan masing-masing.

Data dari UART ke USB membutuhkan perangkat konversi. Saya telah menggunakan CH340G.

Langkah selanjutnya adalah membuat file Skema dan Papan. Saya telah menggunakan EAGLE CAD sebagai alat saya.

File diunggah untuk referensi Anda.

Langkah 3: Menulis Kode

Membuat Perangkat Keras? Polaritas tegangan diuji di semua titik?

Jika ya, mari kode sekarang!

Saya telah menggunakan CCS untuk mengkodekan MSP saya, karena saya merasa nyaman dengan platform ini.

Untuk menampilkan grafik saya telah menggunakan Python sebagai platform saya.

Peripheral mikrokontroler yang digunakan adalah:

· Timer_A (16 bit) dalam mode bandingkan untuk menghasilkan PWM.

· ADC10 (10 bit) untuk memasukkan nilai.

· UART untuk mengirimkan data.

File kode disediakan untuk kenyamanan Anda.

Langkah 4: Bagaimana Cara Menggunakannya?

Selamat! Yang tersisa hanyalah kerja pelacak.

Dalam kasus pelacak kurva baru, pot trim 50k ohm harus disetel.

Ini dapat dilakukan dengan mengubah posisi potensiometer dan mengamati grafik IC-VCE dari BJT. Posisi di mana kurva terendah (untuk IB=0) akan sejajar dengan Sumbu X, ini akan menjadi posisi yang akurat dari pot trim.

· Colokkan Pelacak Kurva Semikonduktor di port USB PC. LED merah akan menyala, menunjukkan bahwa papan telah dinyalakan.

· Jika perangkat BJT /dioda yang kurvanya akan diplot, jangan sambungkan jumper JP1. Tetapi jika itu adalah MOSFET, sambungkan header.

· Pergi ke prompt perintah

· Jalankan skrip python

· Masukkan jumlah terminal DUT.

· Tunggu saat program berjalan.

· Grafik telah diplot.

Selamat membuat!