Автоматизація вимірювань характеристик напівпровідникових елементів

Вимірювання лежать в основі інженерної діяльності у всіх галузях техніки. На даному етапі розвитку радіоелектроніки актуальним завданням є розробка компактних та доступних навіть радіоаматорам автоматизованих засобів вимірювання характеристик напівпровідникових елементів.

Задача даної роботи полягала у створенні мікроконтролерного пристрою для вимірювання основних характеристик таких напівпровідникових елементів як діоди, біполярні та польові транзистори, стабілітрони, тиристори, симістори, конденсатори, тощо. До пристрою ставились вимоги визначати та відображати на екрані індикатора інформацію про тип напівпровідникового елемента; при перевірці транзисторів – про тип транзистора, позначення виводів, тип провідності, напрям струму; при перевірці діодів – про позначення виводів.

На першому етапі розроблено структурну схему пристрою (рис.1), яка характеризує принцип його роботи: після підключення напівпровідникового елементу до клем за командою блока управління з мікроконтролера надходить набір сигналів, за допомогою яких розпізнається тип, розташування виводів та основні параметри елемента, після чого отримані дані надходять до індикатора результату тестування.

Рис.1. Структурна схема пристрою вимірювання

Після проведеного за літературними даними [1-5] аналізу за основу вимірювального пристрою взято схему на базі Atmega 8, оскільки на відміну від інших вона є компактною, містить доступні за ціною комплектуючі, має один LCD індикатор та більші, ніж інші схеми, функціональні можливості. Схему вдосконалено заміною мікроконтролера Atmega 8 на Arduino.з Atmega 328 для того, щоб у подальшому можна було додавати нові алгоритми тестування елементів.

На базі обраного схемотехнічного рішення розроблено принципову схему пристрою (рис.2), виготовлено макетну плату та проведено тестування.

Рис. 2. Принципова схема пристрою вимірювань на базі Atmega 328

При включенні пристрою відбувається процес самотестування.

Конфігурація програмного забезпечення дозволяє реалізувати три режими вимірювання:

– режим однократного вимірювання (POWER_OFF параметр встановлений). Пристрій автоматично вимикається після відображення результату протягом 28 секунд. Наступне вимірювання з тим самим або іншим елементом можна почати протягом часу відображення у разі від'єднання попереднього елемента, знову натиснувши кнопку TEST. Якщо не встановити електронні елементи для автоматичного вимкнення, то останній результат вимірювання буде відображатися до наступного вимірювання або до вимикання живлення;

- режим нескінченних вимірювань. Цей режим є конфігурацією без автовідключення та зазвичай використовується, якщо не встановлено транзистор автовідключення. В цьому випадку параметр POWER_OFF відключається програмно. Для цього режиму необхідний зовнішній вимикач. пристрій буде повторювати вимірювання, поки живлення не буде відключено;

- режим багаторазових вимірювань. В цьому режимі пристрій відключиться не після одного, а після заданого числа вимірювань, яке визначається параметром POWER_OFF. В цьому режимі є характерна особливість тривалості відображення. Якщо при включенні кнопка TEST натиснута коротко, то результат вимірювання відображається протягом 5 секунд. Якщо при включенні тримати кнопку TEST до першого повідомлення, то подальші результати вимірювань відображаються протягом 28 секунд. Наступне вимірювання можна почати раніше, якщо натиснути кнопку TEST під час відображення результату.

За необхідності, вся отримана пристроєм інформація про характеристики елемента може надходити не тільки на індикатор, але й на комп’ютер.

Розроблений пристрій вимірювання можна застосовувати як у радіоаматорській практиці, так і у навчальних закладах при проведенні лабораторних робіт з радіоелектроніки.

Література

1. Садченков Д.А. Современные цифровые мультиметры. 2002.

2. Иванов В. И., Гордиенко В. Н., Попов Г. Н. Цифровые и аналоговые системы передачи. 2003.

3. Андреев А.Н., Гаврилов Е.В. Оптические измерения: учебное пособие. 2007.

4. Вознесенский А.С., Шкуратник В.Л. Электроника и измерительная техника. 2008.

5. Зайцев С.А., Грибанов Д.Д., Толстов А.Н. Контрольно-измерительные приборы и инструменты. 2002.