Снежко Е.М., Фирсанов А.В.

Днепропетровский национальный университет

Автоматизированный стенд измерения характеристик полупроводниковых приборов на ARM микроконтроллере

Постановка задачи. Дискретные полупроводниковые приборы (диоды, .транзисторы различных типов) широко используются для построения источников питания, стабилизаторов напряжения и тока, генераторов и усилителей большой мощности. Для измерений, подбора параметров и отбраковки применяются специальные измерительные стенды. Для обеспечения надежности, повышения скорости обработки разработаны автоматизированные стенды, подключаемые к персональному компьютеру (ПК), однако более перспективным является использованием современных микроконтроллеров (МК). В работе описана методика построения такого стенда на МК ARM STM32F4Discovery. Важнейшими характеристиками дискретных полупроводниковых приборов являются вольтамперные характеристики, получаемые регистрацией токов и напряжений, протекающих через прибор, при изменении других токов или напряжений. Для приборов разных типов требуется приложение и регистрация токов и напряжений различной полярности [1].

Принцип работы стенда и основные элементы. Для измерения характеристик транзисторов требуются изменять напряжение на затворе или ток через базу и регистрировать напряжение и ток истока (коллектора) транзистора (переходная вольтамперная характеристика).Для регистрация выходной характеристики следует изменять напряжение на стоке (коллекторе) транзистора при фиксированном напряжении на затворе (или токе базы). Для получения семейство характеристик следует предусмотреть изменение напряжения затвора или тока базы. Разработана структурная схема стенда, которая приведена рис.1. Схема включает 2 усилителя тока,, которые имеют два диапазона измерения, а также два усилителя напряжения. Выходы усилителей подключаются к входам аналого-цифрового преобразователя МК. Для подачи напряжения на исследуемый прибор используются цифро-аналоговые преобразователи МК, к которым подключены выходные усилители.

Рис.1. Структурная схем а стенда, У1-У4– входные, У5-У6–выходные усилители

Входные и выходные усилители выполнены на операционных усилителях с двуполярным питанием, что позволило генерировать и измерять двуполярные напряжения и токи. Используемый МК содержит 32-хразрядным процессор, 192КБ оперативной и 1МБ постоянной памяти. тактовая частота 168 МГц, 8 каналов доступа в память [2]. Имеются различные каналы связи, в том числе через USB порт. На плате размещен программатор st-link для записи программ. Для быстрого создания прототипа выбрана система программирования Espruino, которая включает интерпретатор языка программирования Javascript и редактор для разработки программ на ПК.. Для взаимодействия с МК и отображение результатов измерений в реальном времени создана программа для ПК на языке программирования Processing [3].

Полученные результаты. Разработан автоматизированный аппаратно-программный стенд для измерения входных, переходных и выходных характеристик дискретных полупроводниковых приборов в том числе биполярных и полевых транзисторов, полупроводниковых диодов. МК содержит интерпретатор языка Javascript, затем в него для проведения измерений записывается программа на этом языке. Кроме того, программа позволяет принимать команды и передавать результаты измерений на ПК через USB порт. Для управления МК, отображения результатов измерений и сохранения их в файл разработана программа на языке Processing. Пример измерения выходных характеристик транзистора приведена на рис 2.

Рис.2. Вывод выходных вольтамперных характеристик на ПК

Выводы. Предложен метод создания автоматизированного стенда для измерения характеристик дискретных полупроводниковых приборов на 32 разрядном ARM микроконтроллере Такой подход позволил минимизировать аппаратную часть стенда, передав основные функции программному обеспечению. Использование языков высокого уровня Javascript и Processing позволили создать автоматизированную интеллектуальную систему с удобным интерфейсом. Стенд позволяет с высокой точностью проводить измерения, а при подключении дополнительных электронных блоков стенд может быть расширен для измерения характеристик других дискретных полупроводниковых приборов (тиристоров, симисторов, оптоэлектронных устройств).

Список литературы

1.Игумнов Д.В., Костюнина Г.П. Основы полупроводниковой \электроники, Телеком, 2005

2.Brown G. Discovering the STM32 Microcontroller CRCPress, 2012

3. Вантомм Я. Processing 2: креативное программирование,, Packt Pub., 2012