Circuit simplu de urmărire a curbei: trasarea curbei pentru rezistor, diodă și tranzistor

Majoritatea componentelor electronice se referă la curbele de urmărire, fie că este o curbă de transfer caracteristică pentru o buclă de feedback, o linie VI dreaptă a unui rezistor sau o curbă a tensiunii colectorului a unui tranzistor față de curent.

Aceste curbe ne oferă o înțelegere intuitivă a modului în care un dispozitiv se comportă într-un circuit. O abordare analitică ar putea implica conectarea valorilor discrete de tensiune și curent într-o formulă matematică și reprezentarea grafică a rezultatelor, de obicei cu axa x reprezentând tensiunea și axa y reprezentând curentul.

Această abordare funcționează, dar uneori este obositoare. Și, după cum știe orice pasionat de electronice, comportamentul componentelor în viața reală poate varia (adesea în mare măsură) de la formula care descrie funcționarea sa.

Aici vom folosi un circuit (forma de undă Sawtooth) pentru a aplica o tensiune discretă crescătoare componentei a cărei curbă VI dorim să o trasăm și apoi vom folosi un osciloscop pentru a vizualiza rezultatele.

Curve Tracer simplu

Pentru a trasa o curbă în timp real, trebuie să aplicăm valori discrete succesive de tensiune dispozitivului nostru supus testului, deci cum se poate face?

Soluția la problema noastră este forma de undă Sawtooth.

Forma de undă Sawtooth crește liniar și revine periodic la zero. Aceasta permite aplicarea unei tensiuni în continuă creștere pe dispozitivul testat și produce o urmă continuă pe un grafic (în acest caz osciloscopul).

Un osciloscop în modul XY este utilizat pentru a „citi” circuitul. Axa X este conectat la dispozitivul testat și axa Y este conectat la forma de undă Sawtooth.

Circuitul utilizat aici este o variantă simplă a unui trasor de curbă care folosește părți comune precum temporizatorul 555 și amplificatorul opțional LM358.

Componente necesare

1. Pentru cronometru

555 timer - orice variantă
Condensator electrolitic 10uF (decuplare)
Condensator ceramic 100nF (decuplare)
1K rezistor (sursa de curent)
Rezistor de 10K (sursa de curent)
BC557 PNP tranzistor sau echivalent
Condensator electrolitic 10uF (sincronizare)

2. Pentru amplificatorul Op-amp

LM358 sau opamp comparabil
Condensator electrolitic 10uF (decuplare)
Condensator ceramic 10nF (cuplare CA)
Rezistor de 10M (cuplare AC)
Rezistor de testare (depinde de dispozitivul testat, de obicei între 50 Ohmi și câteva sute de Ohmi.)

Diagrama circuitului

Explicație de lucru

1. Cronometrul 555

Circuitul utilizat aici este o variantă simplă a circuitului clasic 555, care va funcționa ca generator de formă de undă Sawtooth.

De obicei, rezistența de sincronizare este alimentată printr-un rezistor conectat la sursa de alimentare, dar aici este conectat la o sursă de curent constant (brut).

Alimentarea cu curent constant funcționează furnizând o tensiune fixă de polarizare a emițătorului de bază, rezultând un curent de colector (oarecum) constant. Încărcarea unui condensator folosind un curent constant are ca rezultat o formă de undă liniară.

Această configurație derivă ieșirea direct din ieșirea condensatorului (care este rampa de dinte de ferăstrău pe care o căutăm) și nu de pinul 3, care oferă impulsuri negative înguste aici.

Acest circuit este inteligent în sensul că folosește mecanismul intern al 555 pentru a controla o sursă de curent constant-generator de rampă condensator.

2. Amplificatorul

Deoarece ieșirea este derivată direct din condensator (care este încărcat de la sursa de curent), curentul disponibil pentru alimentarea dispozitivului supus testului (DUT) este în esență zero.

Pentru a remedia acest lucru, folosim clasicul LM358 opamp ca tampon de tensiune (și, prin urmare, curent). Acest lucru mărește oarecum curentul disponibil pentru DUT.

Forma de undă a condensatorului Sawtooth oscilează între 1/3 și 2/3 Vcc (acțiune 555), care este inutilizabilă într-un trasor de curbă, deoarece tensiunea nu crește de la zero dând o urmă „incompletă”. Pentru a remedia acest lucru, intrarea de la 555 este AC cuplată la intrarea tampon.

Rezistorul de 10M este un pic de magie neagră - s-a aflat în timpul testării că, dacă rezistorul nu a fost adăugat, ieșirea a plutit pur și simplu pe Vcc și a rămas acolo! Acest lucru se datorează capacității parazite de intrare - împreună cu impedanța mare de intrare, formează un integrator! Rezistorul de 10M este suficient pentru a descărca această capacitate parazitară, dar nu suficient pentru a încărca semnificativ circuitul de curent constant.

Cum se îmbunătățește rezultatele urmăririi curbei

Deoarece acest circuit implică frecvențe ridicate și impedanțe ridicate, este necesară o construcție atentă pentru a preveni zgomotul și oscilația nedorite.

Se recomandă o decuplare amplă. Pe cât posibil, încercați să evitați acest circuit și folosiți în schimb un PCB sau un perfboard.

Acest circuit este foarte grosolan și, prin urmare, temperamental. Se recomandă alimentarea acestui circuit de la o sursă de tensiune variabilă. Chiar și un LM317 va funcționa într-un vârf. Acest circuit este cel mai stabil la aproximativ 7,5V.

Un alt lucru important de luat în considerare este setarea la scară orizontală a lunetei - dacă este prea mare, atunci tot zgomotul cu frecvență joasă face urmele neclare și dacă este prea scăzut, atunci nu există suficiente date pentru a obține o urmă „completă”. Din nou, acest lucru depinde de setarea sursei de alimentare.

Obținerea unei urme utilizabile necesită o reglare atentă a setării bazei de timp a osciloscopului și a tensiunii de intrare.

Dacă doriți măsurători utile, este necesar un rezistor de testare și cunoașterea caracteristicilor de ieșire opamp. Cu puțină matematică se pot obține valori bune.

Cum se utilizează Circuitul Curve Tracer

Există două lucruri simple de reținut - axa X reprezintă tensiunea, iar axa Y reprezintă curentul.

Pe un osciloscop, sondarea axei X este destul de simplă - tensiunea este „așa cum este”, adică corespunde volților pe diviziune stabiliți pe osciloscop.

Axa Y sau curent este puțin mai complicată. Nu măsurăm direct curentul aici, ci măsurăm tensiunea scăzută pe rezistorul de testare ca urmare a curentului prin circuit.

Este suficient dacă măsurăm valoarea de vârf a tensiunii pe axa Y. În acest caz, este 2V, așa cum se vede în figura anterioară.

Deci, curentul de vârf prin circuitul de testare este

Am _matura = V _vârf / R de _test.

Aceasta reprezintă intervalul curent de „măturare”, de la 0 - _Mătură.

În funcție de setare, graficul se poate extinde în atât de multe divizii de pe ecran cât sunt disponibile. Deci curentul pe diviziune este pur și simplu curentul de vârf împărțit la numărul de diviziuni la care se extinde graficul, cu alte cuvinte linia paralelă cu axa X unde atinge „vârful” superior al graficului.

Urmărirea curbei pentru diodă

Tot zgomotul și fuzz-ul descris mai sus sunt văzute aici.

Cu toate acestea, curba diodei poate fi văzută în mod clar, cu punctul „genunchi” la 0,7V (rețineți 500mV pe scara diviziei X).

Rețineți că axa X corespunde exact cu 0,7V așteptat, ceea ce justifică natura „așa cum este” a citirii axei X.

Rezistența de testare utilizată aici a fost de 1K, deci domeniul curent a fost de la 0mA - 2mA. Aici graficul nu depășește două divizii (aproximativ), deci o scală aproximativă ar fi 1mA / diviziune.

Urmărirea curbei pentru rezistor

Rezistoarele sunt cele mai simple dispozitive din punct de vedere electric, cu o curbă VI liniară, cunoscută sub numele de legea lui Ohm, R = V / I. Este evident că rezistențele cu valoare mică au pante abrupte (I mai mare pentru V dat) și rezistoarele cu valoare mare au pante mai blânde (mai puțin I pentru V dat).

Rezistența testului aici a fost de 100 Ohmi, deci domeniul curent a fost de 0mA - 20mA. Deoarece graficul se extinde la 2,5 divizii, curentul pe diviziune este de 8mA.

Curentul crește 16mA pentru un volt, deci rezistența este de 1V / 16mA = 62 Ohmi, ceea ce este adecvat, deoarece o potă de 100 Ohmi era DUT.

Urmărirea curbei pentru tranzistor

Deoarece tranzistorul este un dispozitiv cu trei terminale, numărul măsurătorilor care pot fi efectuate este destul de mare, cu toate acestea, doar câteva dintre aceste măsurători își găsesc o utilizare obișnuită, una dintre ele fiind dependența tensiunii colectorului de curentul de bază (ambele referite la sol), desigur) la un curent constant al colectorului.

Utilizarea curbei noastre de urmărire ar trebui să fie o sarcină ușoară. Baza este conectată la o polarizare constantă și axa X la colector. Rezistența testului asigură curentul „constant”.

Urma rezultată ar trebui să arate cam așa:

I _B Vs V _CE

Rețineți că graficul prezentat mai sus este o scară log, amintiți-vă că osciloscopul este liniar în mod implicit.

Deci, traseele Curve sunt dispozitive care produc urmări VI pentru componente simple și ajută la înțelegerea intuitivă a caracteristicilor componentelor.