פרויקט גמר המחלקה להנדסת אלקטרוניקה

1. פרויקט גמרהמחלקה להנדסת אלקטרוניקה מגישים: דביר אופיר, אהרן עמנואל מנחה: פרופסור שלמה אנגלברג

2. מערכת לאפיון טרנזיסטורים ותכנון מגברים

4. מטרות: מתוך: דפי הנתונים של BS-170

5. המערכת משולבת וכוללת: • מעגלי עזר יעודיים אליהם מחובר הטרנזיסטור לבדיקה. • מיקרו-מעבד מסוג ADuC841 האחראי להפעלת הבדיקות על המעגל ומשמש מתווך בינו למחשב. • תכנת MATLAB אשר מנהלת את המערכת והחישובים. • ממשק גרפי ייעודי למשתמש (GUI).

6. המערכת – תרשים זרימה כללי הכנסת ערכי מתח ספק ואות כניסה כניסה למערכת חישוב ערכי הנגדים במגבר טעינת הבקר העברת הטרנזיסטור למגבר הכנסת טרנזיסטור לבדיקה כיוון הנגדים הפעלת מערכת מדידות בדיקת המגבר: הפעלת אות כניסה ודגימת אות היציאה. חישוב ההגבר. קבלת אופייני הפעולה, ערכי פרמטרים פיזיקליים ומשוואות הפעולה קבלת מסך סקופ של אות הכניסה והיציאה מעבר לתכנון מגבר

8. טרנזיסטור MOSFET – מבנה:

9. טרנזיסטור MOSFET – יצירת תעלה:

10. טרנזיסטור MOSFET – צביטה:

11. אופייני הטרנזיסטור:

12. תחום תת ההולכה

13. השוואה בין משוואות ה-MOSFET והטרנזיסטור הדו-צומתי משוואת אברס-מול בטרנזיסטור הדו-צומתי משוואת MOSFET במצב תת ההולכה

14. מודל הפעולה של טרנזיסטור דו-צומתי באות קטן: ב-MOSFET במצב תת ההולכה, גודל זה מוכפל ב- n

16. הערה: • הפרויקט כלל אפיון טרנזיסטור בתחום הרוויה. • עם קבלת התוצאות – התבררו קיומם של זרמי דליפה שמקורם בתחום תת ההולכה. • תוצאה – שינוי בצורת המדידה והאפיון מחד, ואפיון תחום פעולה נוסף מאידך. • הכרת התהליך מסייעת רבות להבנה ועיקרי הדברים יובאו להלן.

17. דרך א

18. דרך א • החלפת הקבל במוליך. • מדידת מתח משני צידי הנגד – מדידת זרם.

19. דרך א תכנון ערכי המעגל:

20. דרך א מדידות למציאת Vt: R=3.485KΩ C=680pF

21. דרך א מדידות למציאת K’: R=3.485KΩ C=680pF

22. דרך א איחוד המעגלים לאפשור מדידה ע"י ADuC841 :

23. דרך א תוצאות המדידות במעגל המשולב R=3.485KΩ C=680pF

24. דרך א מומשה מערכת מדידות של הבקר למעגל זה, ותוצאותיו הושוו למדידות הנ"ל. (על מגברי השרת ומחלקי המתח – להלן)

25. אימות הערכים בעזרת מעגל עזר ידני: מתח הספק מוגבר בקפיצות קטנות עד להופעת זרם. רגרסיה ליניארית - רקע

26. אימות הערכים – א':

27. אימות הערכים – ב' (רגרסיה ליניארית): בתחום הרוויה: 1.916729 K’=12.552 התוצאות אינן תואמות!

28. השערה: קיימים זרמי תת הולכה. • מציאת בשתי דרכים: • מציאת נקודת המתח עבורה האופיין הופך ליניארי. • רגרסיה ליניארית בתחום הליניארי של האופיין וחילוץ ערך מקבועי המשוואה. ערך K’יחולץ מקבועי המשוואה גם כן.

30. אפיון בעזרת רגרסיה ליניארית

32. מעגל אנלוגי למדידות פרמטרים בטרנזיסטור מעגל מדידה בסיסי • למעגל הסופי

33. מעגל אנלוגי למדידות פרמטרים בטרנזיסטור הוספת מחלק מתח וחוצץ

34. מעגל אנלוגי למדידות פרמטרים בטרנזיסטור החלפת חוצצי הבקר בחוצצים אחרים

35. מעגל אנלוגי למדידות פרמטרים בטרנזיסטור הוספת מכפיל מתח בכניסה

36. מעגל אנלוגי למדידות פרמטרים בטרנזיסטור המעגל הסופי בקבלת אות מה-MATLAB, הבקר מפעיל מערכת של 256 מדידות מתח ודגימה ושולח את התוצאות חזרה לחישוב הערכים. הרחבה בקוד להלן.

37. מטרות ורכיבים - רקע

38. מגבר CS –רקע (1) מגבר CS בסיסי מגבר CS – פעולת אות קטן

39. מגבר CS –רקע (2) שיקולים ועקרונות בתכנון: מגבר CS בסיסי

40. עקרונות התכנון: תצורת המגבר במערכת

42. מקרא צבעים: קוד הבקר תרשים זרימה שלב א'. לפירוט: שלב ב'. לפירוט: תוכנית כללית התחלה איתחול אפיון טרנזיסטור איתחול תוכנית: הגדרת קבועים שמירת מקום למשתנים הגדרות SFR איפוס דגלים הגדרת ואיפשור פסיקות ניתוח מגבר שידור וקליטה • תחילת שידור אות הסינוס • (ניהול: פסיקת timer0) לא המתנה לפסיקה בוצעה מדידה? UART (H) כן דגל הודלק על ידי פסיקה UART (G) קליטת 32 ערכי סינוס קלט מהמשתמש (64 תווים). הפעלת אלגוריתם המרה מ-ASCII לערכים הקסאדצימליים (ניהול: פסיקת UART) External Interrupt • לאחר 3 שניות: דגימת מחזור אחד מיציאת המגבר • (ניהול: פסיקת timer0) ביצוע מערכת מדידות לטרנזיסטור לצורך הגדרת פרמטרים • שידור נתוני הדגימות • (ניהול: פסיקת UART) • שידור נתוני המדידה • (ניהול: פסיקת UART)

43. חזרה מקרא צבעים: קוד הבקר – תרשים זרימה (1) התחלה תוכנית כללית איתחול איפוס דגל "בוצעה מדידה" DAC0=2.5V אפשור פסיקות אפיון טרנזיסטור הגדרת קבועים ושמירת מקום למשתנים איפוס אוגרי מדידה כיול מדידה מערוץ 4 (מעל הנגד) ניתוח מגבר איפוס דגלים לערך התחלתי שידור וקליטה הגדרת ADC: Vref פנימי, המרה בגלישת timer-2 מחיקת הזכרון החיצוני (4KB) , איפוס אוגרי כתובת מדידה לאחר 1ms ע"י הפעלת Timer-2 (מופעלת מערכת מדידות חוזרות עד סוף תהליך המעבר ע"י פסיקת ADC) כתיבת המדידות לזיכרון הגדרת timer-2: טעינה אוטומטית, ריצה של 1mS לא הכתיבה הצליחה? המתנה לפסיקה כן דגל הודלק על ידי פסיקה איפוס אוגרי מדידה כיול מדידה מערוץ 5 (מתחת לנגד) הסתיימו המדידות? UART: קליטת G לקליטת אות אחר לחץ - הגדרות UART: איפשור קבלת נתונים, Baud rate=9600 נשלט ע"י timer-1 כן לא הורדת מתח ב-DAC0 External Interrupt מדידה לאחר 1ms ע"י הפעלת Timer-2 (מופעלת מערכת מדידות חוזרות עד סוף תהליך המעבר ע"י פסיקת ADC) הגדרות timer-0,1: Timer-1 טעינה אוטומטית. Timer-2 טעינה ידנית. הדלקת דגל "בוצעה מדידה" פסיקת UART יזומה הגדרת DAC: 8 ביטים, 0-Vref שידור הנתונים (ניהול: פסיקת UART)

44. חזרה קוד הבקר – תרשים זרימה (2) • שמירה במחסנית UART (G) המתנה לפסיקה ביצוע מערכת מדידות לטרנזיסטור אלגוריתם המרה ASCII-הקסאדצימלי UART (H) נגמרה קליטת האות? התו-ספרה או אות? לפי ביט 6 ברגיסטר בוצעה מדידה? לא לא כן כן הפעלת טיימר 3s • אי איפשורADC (למשך 3 שניות) אות ספרה כיול ADC(Vref פנימי, ADC0) המתנה לפסיקה • חיסור 55 • חיסור 48 כיול אוגרי כתובת הסינוס וכתובת כתיבת הדגימות UART התו-ראשון או שני בערך? הפעלת TIMER0 לשידור האות • קליטת קוד ASCII של תו (אחד משנים המייצגים רגיסטר ערך מתח) המתנה לפסיקה TIMER0 דגימה/שידור? ראשון שני דגימה שידור שידור ערך הפעלת דגימה (מתאפשר רק לאחר טיימר 3s, למחזור אחד) • הגדרת התו- ראשון או שני (באמצעות דגל) • שירשור עם R3 • SWAP קידום מצביע • שמירה ב-R3 דגל "שידור" נדלק טעינת טיימר לאחר דגימת מחזור: שידור הנתונים משולב בהמשך שידור האות דגל "דגימה" נדלק

46. בחינת טרנזיסטור ald-1106 במערכת • במדידות על טרנזיסטור מסוג bs-170 היה פער גדול יותר בגודל ההגבר בין התכנון למדידה בפועל. • השערה: בטרנזיסטור לזרמים חזקים, קיים תחום מעבר בין אזור תת ההולכה לאזור הרוויה.

47. בדיקה ידנית של ערכי טרנזיסטור bs-170 המדידות צריכות להתבצע בתחום המובהק של הרוויה!

49. דרישות המערכת שלב המדידות • ניהול של המדידות • חישוב והמרה של תוצאות המדידה • הצגת התוצאות בצורה גרפית למשתמש שלב המגבר • קבלת נתונים מהשתמש (מתח ספק ואות P2P) • הצגת ערכי נגדים אופטימליים עפ"י תכנון • שרטוט האותות בצורה גרפית למשתמש • חישוב הגבר עפ"י יחס האותות

50. טעינתהמיקרו-בקר האם ניתן לביצוע באמצעות ההמשתמש? האם ניתן לביצוע ע"י פקודה מ- MATLAB? instrreset; serialPort = get(handles.editCOMport, 'String'); serialPortNum = serialPort(4:end); system(strcat('wsd.exe /X:11.059200 /C:', serialPortNum ,... ' /R C:\tmp\final_project.hex &')); serialObject = serial(serialPort); setappdata(0, 'serialObject', serialObject) handles.serialObject = serialObject; handles.serialObject.InputBufferSize = 4096; handles.serialObject.Terminator = ''; fopen(handles.serialObject); set(handles.textADuCLoaded, 'Visible', 'on'); set(handles.pushbuttonMeasure, 'Enable', 'on'); guidata(hObject, handles);