Traceur de courbe à semi-conducteur : 4 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:09

LES SALUTATIONS!

La connaissance des caractéristiques de fonctionnement de tout appareil est essentielle pour en avoir une idée. Ce projet vous aiderait à tracer des courbes de diodes, de transistors à jonction bipolaire de type NPN et de MOSFET de type n sur votre ordinateur portable, à la maison !

Pour ceux qui ne savent pas ce que sont les courbes caractéristiques: les courbes caractéristiques sont des graphiques qui montrent la relation entre le courant traversant et la tension aux deux bornes d'un appareil. Pour un appareil à 3 terminaux, ce graphique est tracé pour un paramètre variable du troisième terminal. Pour les appareils à 2 bornes comme les diodes, les résistances, les LED, etc., la caractéristique montre la relation entre la tension aux bornes de l'appareil et le courant circulant dans l'appareil. Pour un appareil à 3 bornes, où la 3ème borne agit comme une broche de commande ou un tri, la relation tension-courant dépend également de l'état de la 3ème borne et donc les caractéristiques devraient également l'inclure.

Un traceur de courbe à semi-conducteur est un appareil qui automatise le processus de traçage de courbe pour des appareils tels que les diodes, les BJT, les MOSFET. Les traceurs de courbe dédiés sont généralement chers et peu abordables pour les passionnés. Un appareil facile à utiliser capable d'obtenir les caractéristiques I-V des appareils électroniques de base serait très bénéfique, en particulier pour les étudiants et les amateurs d'électronique.

Pour faire de ce projet un cours de base en électronique et des concepts tels que les amplificateurs opérationnels, le PWM, les pompes de charge, les régulateurs de tension, un certain codage sur n'importe quel microcontrôleur serait nécessaire. Si vous avez ces compétences, Félicitations, vous êtes prêt à partir !!

Pour les références sur les sujets ci-dessus, quelques liens que j'ai trouvé utiles:

www.allaboutcircuits.com/article-technique…

www.allaboutcircuits.com/textbook/semicond…

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

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

Étape 1: Comprendre le matériel

Le traceur serait branché sur un ordinateur portable et le DUT (appareil sous test) dans les emplacements prévus sur la carte. Ensuite, la courbe caractéristique serait affichée sur l'ordinateur portable.

J'ai utilisé le MSP430G2553 comme microcontrôleur, mais une fois que vous avez compris l'approche de la conception, n'importe quel contrôleur peut être utilisé.

Pour ce faire, l'approche donnée a été suivie.

● Afin d'obtenir des valeurs de courant de dispositif à différentes valeurs de tension de dispositif, nous avons besoin d'un signal croissant (quelque chose comme le signal de rampe). Pour obtenir un nombre suffisant de points pour tracer la courbe, nous choisissons de sonder l'appareil pour 100 valeurs différentes de tension de l'appareil. Ainsi, nous avons besoin d'un signal de rampe de 7 bits pour la même chose. Ceci est obtenu en générant un PWM et en le faisant passer à travers un filtre passe-bas.

● Étant donné que nous devons tracer les caractéristiques de l'appareil à différentes valeurs de courant de base dans BJT et différentes valeurs de tension de grille dans le cas des MOSFET, nous avons besoin d'un signal d'escalier à générer à côté du signal de rampe. En limitant la capacité du système, nous choisissons de tracer 8 courbes pour différentes valeurs de courant de base/tension de grille. Nous avons donc besoin d'une forme d'onde en escalier à 8 niveaux ou 3 bits. Ceci est obtenu en générant un PWM et en le faisant passer à travers un filtre passe-bas.

● Le point important à noter ici est que nous avons besoin que le signal de rampe entier se répète pour chaque étape du signal d'escalier à 8 niveaux, donc la fréquence du signal de rampe doit être exactement 8 fois supérieure à celle du signal d'escalier et elles doivent être temporelles synchronisé. Ceci est réalisé dans le codage de la génération PWM.

● Le collecteur/drain/anode du DUT est sondé pour obtenir le signal à alimenter en tant qu'axe X dans l'oscilloscope / dans l'ADC du microcontrôleur après le circuit diviseur de tension.

● Une résistance de détection de courant est placée en série avec le DUT, qui est suivi d'un amplificateur différentiel pour obtenir le signal qui peut être introduit dans l'oscilloscope en tant qu'axe Y/dans l'ADC du microcontrôleur après le circuit diviseur de tension.

● Après cela, l'ADC transfère les valeurs dans les registres UART à transmettre au périphérique PC et ces valeurs sont tracées à l'aide d'un script python.

Vous pouvez maintenant procéder à la réalisation de votre circuit.

Étape 2: fabrication du matériel

L'étape suivante et très importante est en fait la fabrication du matériel.

Étant donné que le matériel est complexe, je suggérerais la fabrication de circuits imprimés. Mais si vous avez le courage, vous pouvez également opter pour une planche à pain.

La carte a une alimentation 5V, 3,3V pour le MSP, +12V et -12V pour l'ampli op. 3.3V et +/-12V sont générés à partir de 5V en utilisant les régulateurs LM1117 et XL6009 (son module est disponible, je l'ai fait à partir de composants discrets) et une pompe de charge respectivement.

Les données de l'UART vers l'USB nécessitent un périphérique de conversion. J'ai utilisé CH340G.

La prochaine étape serait de créer des fichiers de schéma et de tableau. J'ai utilisé EAGLE CAD comme outil.

Les fichiers sont téléchargés pour votre référence.

Étape 3: Rédaction des codes

Fait le matériel ? Polarités de tension testées en tous points ?

Si oui, permet de coder maintenant !

J'ai utilisé CCS pour coder mon MSP, car je suis à l'aise avec ces plates-formes.

Pour afficher le graphique, j'ai utilisé Python comme plate-forme.

Les périphériques microcontrôleurs utilisés sont:

· Timer_A (16 bits) en mode de comparaison pour générer PWM.

· ADC10 (10 bits) pour saisir les valeurs.

· UART pour transmettre les données.

Les fichiers de code sont fournis pour votre commodité.

Étape 4: Comment l'utiliser ?

Toutes nos félicitations! Il ne reste plus que le fonctionnement du traceur.

Dans le cas d'un nouveau traceur de courbe, son potentiomètre de 50k ohms devrait être réglé.

Cela peut être fait en changeant la position du potentiomètre et en observant le graphique de l'IC-VCE d'un BJT. La position à laquelle la courbe la plus basse (pour IB=0) s'alignerait avec l'axe X, ce serait la position précise du potentiomètre.

· Branchez le Semiconductor Curve Tracer dans le port USB du PC. Une LED rouge s'allumera, indiquant que la carte a été mise sous tension.

· S'il s'agit d'un appareil BJT /diode dont les courbes sont à tracer, ne connectez pas le cavalier JP1. Mais s'il s'agit d'un MOSFET, connectez l'en-tête.

· Aller à l'invite de commande

· Exécuter le script python

· Saisir le nombre de bornes du DUT.

· Attendez que le programme s'exécute.

· Le graphique a été tracé.

Bonne fabrication !