Đang tải... (xem toàn văn)
Báo cáo đề tài nghiên cứu Ứng dụng máy vi tính để nghiên cứu đặc trưng điện của linh kiện bán dẫn
BO GIAO DUC VA DAO TAO Trường Đại học Tổng hợp Hà nội Tên đề tài nghiên cứu: “ứng dụng máy vĩ tỉnh để nghiên cứu đặc trưng điện linh kiện dan” Tên chủ trì đề tài: Ngơ Diên Tập, PTs Hà nội tháng năm 1995 | Tên để tài nghiên cứu: “ang dung may ví tính để nghiên cúu đặc trưng điện linh kiện bán dẫn” Số đăng ký: Bọ3.0s.1oo Tân cắn thực hiện: 1.Ngô Diên Tập, PTs Nguyễn Văn Hải, Ke (chủ trì) MỤC LỤC Trang 1- Mở đầu 2- Vài nét đường đặc trưng điện linh kiện bán dẫn 3- Nguyên tắc hoạt động hệ thống đo 4- Các kết bàn luận 10 5- Tài liệu tham khảo 14 6- Phụ lục (các họ đường đặc trưng) 15 1- MỞ ĐẦU: Trong tiến hành nghiên cứu linh kiện bán dẫn thiết kế mạch, sửa chữa thiết bị điện tử cao cấp người ta thường phải quan tâm đến đường đặc trưng Von-Ampe linh kiện (đặc trưng tĩnh) Để có đường đặc trưng theo cách tự vẽ điểm thường nhiều thời gian phải điều chỉnh, thiết lập đọc giá trị dòng điện áp Gần đây, kĩ thuật đo số, kỹ thuật tự ghi cho phép giảm nhiều động tác thời gian đo đạc việc vẽ họ đường đặc trưng công việc phiển phức Nếu việc sử dung máy vi tính đơn giản thao tác rút ngắn thời gian làm việc nhiều trường hợp, mục đích để tài nghiên cứu tìm giải pháp ứng dựng máy vi tính để nhanh chóng vẽ đường đặc trưng linh kiện bán dẫn Việc ứng dụng kỹ thuật vị tính khơng cho phép nhanh chóng quan sát đường đặc trưng hình mà cịn in giấy máy in, lưu nhớ kết đĩa từ - vừa giảm kích thước vừa dễ bảo quản lại gọi so sánh cần thiết Những ưu điểm kể khích lệ chúng tơi tìm kiếm khả ghép nối hệ thống đo để mở rộng khả ứng dụng máy vi tính vào giảng dạy, nghiên cứu đời sống hàng ngày 2- VẢI NÉT VỀ ĐƯỜNG ĐẶC TRƯNG ĐIỆN CỦA LINH KIỆN BAN DAN: Các linh kiện bán dẫn điốt (tách sóng, chỉnh lưu, ổn 4p, ) tranzito (lưỡng cực, trường ) đặc trưng đường đặc trưng (hay nói họ đường đặc trưng) Vor-Ampe hay gọi đặc trưng dòng-thế Sau số đường đặc trưng thường gặp: - Điết chỉnh lưu có tính dẫn điện theo chiều Đường đặc trưng dịngthế có dạng hình Theo hướng thuận điện trở điết nhỏ, cð hàng ~Ù gperr max trăm ôm, theo hướng ngược lại điện trở điết lớn Khi điện áp ngược đủ lớn đường đặc trưng quan sát thấy tượng đánh Hình 1: Đường đặc trưng điốt thủng lớp tiếp xúc p-n đường đặc chỉnh lưu trưng ngược nằm sát trục hồnh bắt đầu có xu hướng xuống phía dưới, - Điốt ổn áp có tượng đánh thủng điển hình hơn, điện áp ngược đủ lớn đường đặc trưng có đoạn dốc gần vng góc với trục hoành, tương ứng với điện áp ổn áp hay cịn gọi điện áp Zener Uz (xem hình 2) Hình 2: Đường đặc trưng điốt ổn áp - Tranzito có số loại họ đường đặc trưng đáng ý đường đặc trưng lc = f(Uce) mơ tả phụ thuộc dịng cực góp theo điện áp phát-góp ứng với giá trị khác dòng cực gốc Một họ đường đặc trưng tiêu biểu mơ tả hình vẽ (ở trang sau) Các đường đặc trưng vẽ vùng điện áp từ vải von đến vải chục von dòng miliampe đến miliampe Trong điện từ hàng vải trăm số sách tra cứu lìm thấy họ đường đặc trưng linh ` kiện thơng dụng | Hình 3: Họ đường đắc trưng tranzito lưỡng cực NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ĐO: Để đo vẽ đường đặc trưng linh kiện bán dẫn, hệ thống đo cần phải đáp ứng yêu cầu sau: - Có khối nguồn chiều cung cấp mội điện áp chiều ổn định thay đổi để dùng làm điện áp (Uce), tài liệu tham khảo cho thấy điện áp thích hợp dùng để đo thay đối khoảng từ V đến + 20 V - C6 khối nguồn dòng thay đổi để dùng làm dịng gốc, dịng thay đối vùng từ 0,01 mÁ đến 100 mA, nghĩa thích hợp cho tranzito công suất nhỏ đến tranzito công suất vừa đủ lớn - Xác định duoc giá trị dịng góp lc ứng với dịng gốc Ib điện áp hai cực góp phát (Uce) - Mơ tả phụ thuộc đồ thị - Ghép nối với máy tính để thực tất thủ tục lấy mẫu, thay đổi, điều khiển, lưu giữ số liệu cảch tự động khoảng thời gian ngắn Việc xây dựng hệ thống đo tiến hành trước hết theo sơ đồ khối tiết hoá để lắp ráp thử hiệu chỉnh 20 VỆ Yếu tế +24 V điểu khiển +15 wd * x Nguồn dong phụ Khối điểu khiển V Biến đổi D/A Khuyếch đại có điểu khiển +12V \_Pel———+ Do \ \ * Bộ ghép nối |_+ PC điểu khiển—* a Biến đổi A/D | š Hình 4: Sơ đồ khối hệ thống đo ghép nối Trên hình vẽ sơ đồ khối hệ thống đo Cách hoạt động mạch sau: từ điện áp + 12 V máy tính, khối nguồn ni biến đổi thành điện áp chiều: + 24 V để dùng làm điện áp góp-phát (Uce) + 15 V để nươi phần mạch tuyến tính (tạo dịng cực gốc), điện áp khác + V, + 12 V cho mạch đo lấy từ nguồn máy tính qua rãnh cắm (Slot) Điện áp + 24 V đặt lên tranzito cần đo thử qua yếu tố điều chỉnh Tín hiệu điều chỉnh cho pháp thay đổi sụt áp yếu tố thay đổi điện áp đặt lên tranzito cần đo thử khoảng + 20 V (thực tế điều chỉnh đến + 22 V) Điện áp thực tế (đặt lôn linh kiện đo thử) lấy qua chia thế, cịn điện áp nên có nhận từ rãnh cắm (Slot) máy tính qua biến đổi D/A, nghĩa đặt trực tiếp từ máy tính Bộ điều khiển so sánh hai tín hiệu đưa tín hiệu điều khiển thích hợp tác động lên yếu tố điều khiển Theo cách từ phần mềm máy tính đặt xác điện áp Uce đặt lên tranzito cân thử ` Cịn dịng cực góp Ic đo thơng qua điện áp sut điện trở shun Rs, khuyếch đại lên đưa đến biến đổi Á/D để tới phần điều khiển đây, liệu trao đổi với máy tinh Nhờ vậy, mối liên quan qua lại dịng cực góp điện áp góp-pháp (Uoe) hay loạ độ điểm đường đặc trưng lc = f(Uce)} máy tính ghi nhận Đường đặc trưng đo ứng với giá trị khác dòng cực gốc Ib dòng sinh từ khối riêng bên trái hình vẽ Khối chức nhận điện áp từ nguồn + 15 V (không liên kết điện với nguồn + 24 V), cịn tín hiệu điều khiển để có giá trị đồng gốc mong muốn lấy từ khối điều khiển Như toàn mạch điều khiến đo khép kín Cịn vấn đề đặt trình đo chống q dịng để khơng làm hỏng linh kiện cần khảo sát Chức đựợc điều khiển đảm nhận Khi điện áp Uce cao dẫn đến dịng cực góp q lớn, đồng thời dẫn đến điện áp thực đo chia lớn, điện áp thông qua điều khiển làm cho sụt áp yếu tố điều khiển tăng lên điện áp linh kiện cần đo giảm xuống, dòng lc qua linh kiện thử bị giảm theo Từ sơ đồ khối ta chia hệ thống đo phần chính: 1- Phần nguồn nuôi 2- Phần đo điều khiển, bao gồm: mạch điều khiển điện áp góp phát, mạch khuyếch đại biến đổi D/A va A/D, mạch gidi mã địa chỉ, mạch đệm Bus điều khiển rơle 3- Phần tạo dòng cực gốc Dưới xin giới thiệu tiết hoạt động phần: * Phần nguồn nuồi: Nhũng yêu cầu đặt cho khối nguồn nuôi: - Phải có điện áp chiều cd 22 - 24 V để đặt lên hai cực góp phát cửa tranzito - Có điện áp + 15 V để ni mạch tuyến tính - Cð điện áp + V cho mạch số Từ nguồn máy tính lấy điện áp cao + 12 V ổn định, giá trị điện áp nhỏ so với yêu cầu thứ kể nên dùng trực tiếp nguồn ni máy tính Có thể thoả mãn yêu theo hai cách: - Từ điện áp lưới điện xoay chiều 220 V qua biến áp (loại thông thường) lấy điện áp xoay chiều thích hợp chỉnh lưu, lọc ổn áp để lấy điện áp cần thiết - Biến đổi từ điện áp chiều nguồn ni máy tính Cách thứ thực cách đơn giản gây phiển phức lắp ghép sử dụng, cách thứ hai phức táp mặt kỹ thuật tiện lợi sit dụng giữ nguyên hình dáng bên ngồi cho máy tính Chúng tơi thử nghiệm hai cách cuối chọn cách thứ hai Sơ đổ ngun lý mạch mơ tả hình vẽ + Va +12V nan & Lọc ‘ Tao đao động UC 3524|A R IE : I +15 V 7815 Nan & Loc +24 V UE, 2xBUZ71 Rs 0,1 = 3W + a Hình 5: Sơ đồ hoạt động khối nguồn chiều Vi.mạách ÍC1 (UC 3524) đóng vai trị tạo dao đơng, xung gần vng góc đưa vào mạch khuyếch đại công suất T1 T2 dẫn biến áp xung dùng lõi pherit Tr1 Để tránh ảnh hưởng dao động đa hài lên mạch nguồn ni, lọc LC ghóp xen kẽ Tỷ số biến áp lựa chọn cỡ 1:2 nên lối thu điện áp quãng 24 V Một nhánh khác đưa qua vi mạch ổn áp 7815 để tạo điện áp ổn định + 15 V Để giảm tiêu hao nhiệt lựa chọn mạch lọc LC cho nguồn điện áp + 24 V, mạch lọc phát huy ưu điểm xung vng mạch dao động có tin số cao (cð 50 kHz, nghĩa 1000 lần lớn tần số lưới Từ máy tính dễ dàng lựa chọn thực đơn: - loại độ dẫn tranzito (pnp hay npn) - giá trị dòng cực góp lớn bảy giá trị có thể: 10 mA, 20 mA, 50 mA, 100 mA, 200 mA, 500 mA 1000 mA hay A - giá trị điện áp góp phát Uce lớn giá trị: V 3V, 5V, 10 V, 15 V 20 V - giá trị dòng cực gốc lớn số 13 giá trị từ 0,01 mA đến 100 mA Sau cho tiến hành đo; chừng giây sau họ đường đặc trưng tự động lên hình với dạng tiêu biểu hình vẽ trang sau Trên đồ thị mơ tả đường đặc trưng, trục hồnh trục điện áp góp-phát cịn trục tung trục dịng điện cực góp lc Mười đường cong mơ tả phụ thuộc lc = f(Uce) ứng với mười giá trị dòng gốc khác Nếu đường cong nhận cho thấy giá trị lựa chon chưa thích hợp có thổ quay với thực đơn để lựa chọn lại Khi ta hài lịng với họ đường cong đo muốn lưu lại gửi đồ thị máy in Lệnh in hình khơng cần lua chon trước loại máy in Để đánh giá hệ đo tiến hành nhiều phép đo loại tranzito Khác Một số họ đường cong mơ tả hình vẽ phần phụ lục Họ đường cong hình vẽ (ở trang sau) đo tranzito công suất trung bình tiêu biểu cho nhiều họ đường cong đo thử, điện áp góp-phát thay đổi khoảng từ V đến + V, cịn dịng cực góp thay đổi từ đến 100 mA, dòng cực gốc nhận giá trị khác tit 0,2 mA đến 0,8 mA (thay đổi bậc 0.1 mA) Trên hình vẽ có tám 12 đường cong dịng cực góp lo ứng với hai giá trị lb = 0,9 mA có độ lớn vượt 100 mA nôn đưa vào đồ thị ,0nñ 0,%?nn sơ T_—————————————-——-———————-—Ð,tttA 20 THA 79 ee 60 SO ven 40 3u 20 10 OA — “—mmmm=————————————————ttS,4nñ I} ann a ee, pn pm mm aa on a.cccacằc SF or, pp page pias Pee EWA Upp iyd Hình 6: Một họ đường đặc trưng tiêu biểu tranzifo lưỡng cực Các kết đo cho thấy: - dạng đường cong giống hệt họ đường cong mô tả sách tra cứu tranzito hoàn tồn sử dụng - thời gian tiến hành đo cỡ giây, nghĩa nhanh Khoảng thời gian cịn cho phóp thử với dịng tải lớn mà khơng làm hỏng linh kiện bị nóng nhiệt - việc mơ tả đường đặc trưng đồ thị hồn tồn thích ứng với giá trị đo lớn lựa chọn - hệ thống đo có độ ổn định theo thời gian độ lặp lại cao, phép đo thời điểm khác linh kiện đầu trùng khít lên 13 - dạng đường cong số trường hợp chưa trơn chu, nguyên nhân trình biến đổi A/D, A/D xảy mạch điện can nhiễu từ bên ngồi đưa vào nên chưa có cách giảm nhỏ điều thường thấy hệ đo thương mại khác , 14 % TÀI LIỆU THAM KHẢO: [1] Interface Circuits, Elector, Netherland, 1992, p 36-40 [2] PC Circuit Technic, Hans-Joachim Blank, Herbert Bernstein, Markt & Technic, 1992, p 1869-171 [3] PC Measurement Technic, Matkt & Technic, 1993, p 169-251 [4] PC-Hardware, Scott Mueller, Addison-Wesley, 1994,p 625-636 Tpit 100 PB cà z0 #7 —=—————,?n “=————————-————————-————————_—0,6nR 50 40 0,5nâ ‘ a su OL gO IM 20 _ io PT” 100 — 233 ' 1nfnã1 —-0,2nA ——————", QF 4814 npn céng auak Trung bùn Am 40,9na xa Ắ—mmm————————n,ma jð rũ P — 1l _————————————————,8nâ SH ý —40 ma Upp tv] g0 60 15 _——————————————————-0,mâ sq 6n Phụ lực † ;1, (nh [D, nh — —————————————————_—_——. en I0,5nA = Tyna 19 Phuluc2 TT remix SONU 16 14 1a PO 10 ga nn Š NI —————>————————— —— grlua Tze————————————— ——_—.— bee L9 45 40 m- 10 lO—==————————— ————_ — —x NIE ara 28 at nnn Tr 40uA UygtUI 450uñ AOE Pn 15 §tuAa SUA ee BUA 10 ns SESS 204 LOA ằẶ.ằƒằẶằằ= 30uñn in UpgtUl 46 Phụ lục IpthR1 ,?nA 50 oe Nn 6nñ = tù, Ốnñ en SH 45 1D, 9nA 1,0 nh 40 Q, Ant I ` PO 35 30 —C=S—————————— “mm 23 F 0, he 20 a gern DY, BH 10 ƒ J, t 40000 OS UpEU QRABIA npn, fing sual trang bink 1pn[hf1 on 50 45 Áo,Bna 10,6m 1, Gna rt, OWA 1,20 Latah 40 11, 6nA 35 3g att 20 15 ee a Tptnal Phụ lục4 mộ =—————————————_- - - ee t5 ————————————~—-~-— § OUA -— — — -I1fltua ————~+~————————ỏs S-_— ——————————————-——— .~_—_— IT ON ự pT i tt t— 8g 50 ADD m————— 10 -10twA Ì——H— 3ua i5 Upp tu 18 ... thời gian làm vi? ??c nhiều trường hợp, mục đích để tài nghiên cứu tìm giải pháp ứng dựng máy vi tính để nhanh chóng vẽ đường đặc trưng linh kiện bán dẫn Vi? ??c ứng dụng kỹ thuật vị tính khơng cho... nối hệ thống đo để mở rộng khả ứng dụng máy vi tính vào giảng dạy, nghiên cứu đời sống hàng ngày 2- VẢI NÉT VỀ ĐƯỜNG ĐẶC TRƯNG ĐIỆN CỦA LINH KIỆN BAN DAN: Các linh kiện bán dẫn điốt (tách sóng,... trường ) đặc trưng đường đặc trưng (hay nói họ đường đặc trưng) Vor-Ampe hay gọi đặc trưng dòng-thế Sau số đường đặc trưng thường gặp: - Điết chỉnh lưu có tính dẫn điện theo chiều Đường đặc trưng