Схемотехника стенда

Подача напряжения на образец

Для обеспечения данной функции необходимо решить ряд задач:

• Обеспечение необходимого уровня напряжения на выходе Arduino


• Обеспечение защиты по току, т.к. в случае образца с низким сопротивлением ток на образце может превысить максимальный для Arduino уровень 40 мА (источник)


• Обеспечение изменения полярности: для построения вольт-амперной характеристики необходимо изменение напряжения от отрицательного уровня до положительного

Рассмотрим решение этих задач

Обеспечение необходимого уровня напряжения на выходе Arduino

Для решения данной задачи можно использовать один из двух методов:

1. Использовать ЦАП, состоящий из системы резисторов, напряжение зависит от комбинации на цифровых выходах:



2. Использовать ШИМ Arduino статья Аналоговый вывод, напряжение регулируется командой analogWrite() или ее аналогом в LabVeiw. Для того, чтобы убрать помехи, возможные при использовании ШИМ, можно использовать выходной фильтр низких частот, например, такую схему:



Второй метод является предпочтительным благодаря более простому программированию и управлению напряжением на выходе, а также благодаря тому, что обеспечивает возможность подавать на образец не только постоянный уровень напряжения, но и переменное напряжение с различной формой сигнала

Защита по току

При максимальном напряжении на выходе Arduino, равным 5 В, ток на выходе, в соответствии с источником, не должен превышать 40 мА. Таким образом, сопротивление нагрузки для Arduino должно быть R = U / I = 5 В / 0,04 А = 125 Ом или более.

В случае необходимости измерить ВАХ образца с более низким сопротивлением (например, p-n переход при прямом включении), для того, чтобы не превысить максимальный ток на выходе Arduino предлагается использовать MOSFET транзистор, управляемый напряжением с Arduino. Подробнее рассмотрено в данной статье: Arduino: управление нагрузкой

Из вариантов, рассмотренных в статье, предполагается использовать эту схему. Ее компоненты: резистор сопротивлением 270 Ом и транзистор IRF3205, подключаемую к выходу ШИМ Arduino напрямую или через НЧ фильтр (см. выше).

Обеспечение изменения полярности

Для обеспечения такой функции можно использовать принцип реверсивного управления, используемый для управления вращением электродвигателей в двух различных направлениях, например, такая схема: H-мост на MOSFET транзисторах.

В этом случае при наличии управляющего напряжения на одном входе на образец подается положительное напряжение, а при наличии управляющего напряжения на втором входе - отрицательное.

Управление включением нагревателя

Необходимо управлять с Arduino высокой мощностью, подаваемой на нагреватель, чтобы обеспечить нужную температуру в термостате. Для этого можно использовать схему из рассмотренной выше статьи, использующую реле:
Вместо этой схемы можно использовать уже отработанную схему с гальванической развязкой (включив реле вместо мотора):



Для определения допустимой мощности реле и блока питания нагревателя необходимо провести расчет мощности нагревателя.

Контроль температуры: датчик 18B20

Назад на страницу Стенд для исследования наноструктур