Схема простого трасування кривої: трасування кривої резистора, діода та транзистора

Більшість електроніки має справу з кривими трасування, будь то характеристична крива передачі для контуру зворотного зв'язку, пряма лінія VI резистора або напруга колектора транзистора проти кривої струму.

Ці криві дають нам інтуїтивне розуміння того, як поводиться пристрій у ланцюзі. Аналітичний підхід може передбачати включення дискретних значень напруги та струму в математичну формулу та графічне відображення результатів, зазвичай з віссю х, що представляє напругу, а віссю у - струм.

Такий підхід спрацьовує, але іноді це нудно. І як відомо кожному любителю електроніки, поведінка компонентів у реальному житті може відрізнятися (часто значною мірою) від формули, що описує його роботу.

Тут ми будемо використовувати схему (форму сигналу Sawtooth), щоб подати дискретно зростаючу напругу на компонент, криву VI якого ми хочемо намалювати, а потім використати осцилограф для перегляду результатів.

Проста крива Tracer

Щоб побудувати криву в режимі реального часу, нам потрібно застосувати послідовні дискретні значення напруги до нашого випробуваного пристрою, так як це можна зробити?

Рішенням нашої проблеми є хвиляста форма.

Форма сигналу Пилки піднімається лінійно і періодично повертається до нуля. Це дозволяє подавати постійно зростаючу напругу на випробовуваному приладі і створює безперервний слід на графіку (в даному випадку осцилографа).

Осцилограф у режимі XY використовується для "зчитування" схеми. Ось Х з'єднана з тестованим пристроєм, а вісь Y з'єднана з формою хвилі пилкоподібної.

Схема, що використовується тут, являє собою просту варіацію індикатора кривих, використовуючи загальні деталі, такі як таймер 555 та підсилювач LM358.

Потрібні компоненти

1. Для таймера

555 таймер - будь-який варіант
Електролітичний конденсатор 10 мкФ (роз'єднання)
Керамічний конденсатор 100 нФ (роз'єднання)
1K резистор (джерело струму)
10K резистор (джерело струму)
BC557 транзистор PNP або еквівалент
10 мкФ електролітичний конденсатор (синхронізація)

2. Для підсилювача Op-amp

LM358 або подібний підсилювач
Електролітичний конденсатор 10 мкФ (роз'єднання)
Керамічний конденсатор 10 нФ (муфта змінного струму)
10M резистор (муфта змінного струму)
Тестовий резистор (залежить від випробовуваного пристрою, зазвичай від 50 Ом до декількох сотень Ом).

Кругова діаграма

Робоче пояснення

1. Таймер 555

Схема, що використовується тут, є простою варіацією класичної нестабільної схеми 555, яка буде працювати як генератор сигналу Sawtooth.

Зазвичай резистор синхронізації подається через резистор, підключений до джерела живлення, але тут він підключений до (неочищеного) джерела постійного струму.

Постійний струм працює, забезпечуючи фіксовану напругу зміщення базового випромінювача, що призводить до (дещо) постійного струму колектора. Заряд конденсатора з використанням постійного струму призводить до лінійного осцилографа.

Ця конфігурація отримує вихід безпосередньо з виходу конденсатора (який є пилоподібним пандусом, який ми шукаємо), а не з контакту 3, який забезпечує вузькі негативні імпульси тут.

Ця схема є розумною в тому сенсі, що вона використовує внутрішній механізм 555 для управління генератором постійного струму постійного струму-конденсатора.

2. Підсилювач

Оскільки вихід отримується безпосередньо від конденсатора (який заряджається від джерела струму), струм, доступний для живлення випробовуваного пристрою (DUT), по суті дорівнює нулю.

Щоб виправити це, ми використовуємо класичний підсилювач LM358 як буфер напруги (а отже, і струму). Це дещо збільшує струм, доступний для DUT.

Форма сигналу конденсатора Sawtooth коливається між 1/3 і 2/3 Vcc (555 дії), що непридатне для використання в індикаторах кривих, оскільки напруга не зминає з нуля, що дає "неповний" слід. Щоб виправити це, вхід від 555 змінного струму з'єднаний із входом буфера.

Резистор 10М - це трохи чорної магії - це було виявлено під час тестування, що якщо резистор не був доданий, вихід просто перемістився до Vcc і залишився там! Це пов’язано з паразитною вхідною ємністю - поряд з високим вхідним опором він утворює інтегратор! Резистора 10М достатньо, щоб розрядити цю паразитну ємність, але недостатньо для значного навантаження контуру постійного струму.

Як покращити результати відстеження кривих

Оскільки ця схема включає високі частоти та високі імпеданси, необхідна ретельна конструкція, щоб запобігти небажаним шумам та коливанням.

Рекомендується достатня розв’язка. Наскільки це можливо, намагайтеся уникати макетування цієї схеми та використовуйте замість неї друковану плату або перфборд.

Ця схема дуже груба і, отже, темпераментна. Рекомендується живити цю схему від джерела змінної напруги. Навіть LM317 буде працювати дуже швидко. Ця схема є найбільш стабільною на рівні 7,5 В.

Ще однією важливою річчю, яку слід врахувати, є налаштування горизонтальної шкали на діапазоні - якщо занадто висока, то весь низькочастотний шум робить трасування нечітким, а якщо занадто низьким, то даних недостатньо для отримання "повного" трасування. Знову ж таки, це залежить від налаштування джерела живлення.

Отримання корисного трасування вимагає ретельного налаштування часової бази осцилографа та вхідної напруги.

Якщо ви хочете корисні вимірювання, тоді необхідний тестовий резистор та знання вихідних характеристик операційного підсилювача. З невеликою математикою можна отримати хороші значення.

Як користуватися ланцюгом Curve Tracer

Є дві прості речі, про які слід пам’ятати - вісь X представляє напругу, а вісь Y - струм.

На осцилографі зондування осі X досить просте - напруга "така, як є", тобто відповідає вольтам на ділення, встановленому на осцилографі.

Y або струму по осі трохи складніше. Тут ми не вимірюємо безпосередньо струм, замість цього вимірюємо напругу, що падає на випробувальному резисторі в результаті струму через ланцюг.

Досить, якщо ми виміряємо пікове значення напруги на осі Y. У цьому випадку це 2 В, як видно з попереднього малюнка.

Отже, піковий струм через тест-ланцюг є

I _sweep = V _пік / R _тест.

Це являє собою діапазон поточного розгортки, від 0 до I _{розгортки}.

Залежно від налаштування, графік може поширюватися на стільки розділів на екрані, скільки доступно. Отже, струм на поділ - це просто піковий струм, поділений на кількість поділів, на які поширюється графік, іншими словами лінія, паралельна осі X, де торкається верхня «верхівка» графіка.

Трасування кривих для діода

Тут описані всі описані вище шуми та шуми.

Однак чітко видно діодну криву з точкою "коліна" 0,7 В (зверніть увагу на 500 мВ на шкалу поділу X).

Зверніть увагу, що вісь X точно відповідає очікуваному 0,7 В, що виправдовує характер "як є" показника осі X

Опір тесту, що використовувався тут, становив 1K, тому діапазон струму був від 0mA - 2mA. Тут графік не перевищує двох поділок (приблизно), тому приблизний масштаб буде 1мА / поділ.

Трасування кривих для резистора

Резистори - це найпростіші в електричному плані пристрої з лінійною кривою VI, він же закон Ома, R = V / I. Очевидно, що резистори низького значення мають круті нахили (більший I для даного V), а резистори великого значення мають більш пологі нахили (менше I для даного V).

Випробувальний опір тут становив 100 Ом, тому діапазон струму становив 0 мА - 20 мА. Оскільки графік поширюється на 2,5 поділки, струм на поділ становить 8 мА.

Струм піднімається на 16 мА для вольта, тому опір становить 1 В / 16 мА = 62 Ом, що є доречним, оскільки 100 Ом бачок був DUT.

Трасування кривих для транзистора

Оскільки транзистор є трикінцевим пристроєм, кількість вимірювань, які можна здійснити, досить велика, однак лише деякі з цих вимірювань знаходять спільне застосування, одним з яких є залежність напруги колектора від струму бази (обидва посилаються на землю, звичайно) при постійному струмі колектора.

Використання нашого трасирувача кривих має бути простим завданням. Основа підключена до постійного зміщення, а вісь X до колектора. Випробувальний опір забезпечує "постійний" струм.

Отриманий слід повинен виглядати приблизно так:

I _B Vs V _CE

Зверніть увагу, що графік, показаний вище, є шкалою журналу, пам’ятайте, що осцилограф за замовчуванням лінійний.

Отже, криві-трасери - це пристрої, які виробляють трасування VI для простих компонентів та допомагають отримати інтуїтивне розуміння характеристик компонентів.