- Simple Curve Tracer
- Необходимые компоненты
- Принципиальная электрическая схема
- Рабочее объяснение
- Как улучшить результаты трассировки кривой
- Как использовать схему Curve Tracer
- Кривая для диода
- Кривая для резистора
- Трассировка кривой для транзистора
Большая часть электроники имеет дело с кривыми слежения, будь то характеристическая передаточная кривая для контура обратной связи, прямая линия VI резистора или кривая зависимости напряжения коллектора транзистора от тока.
Эти кривые дают нам интуитивное понимание того, как устройство ведет себя в цепи. Аналитический подход может включать включение дискретных значений напряжения и тока в математическую формулу и построение графика результатов, обычно с осью x, представляющей напряжение, и осью y, представляющей ток.
Этот подход работает, но иногда утомительно. И, как знает каждый любитель электроники, поведение компонентов в реальной жизни может отличаться (часто в значительной степени) от формулы, описывающей их работу.
Здесь мы будем использовать схему (пилообразная форма волны) для подачи дискретного возрастающего напряжения на компонент, кривую VI которого мы хотим нарисовать, а затем использовать осциллограф для просмотра результатов.
Simple Curve Tracer
Чтобы построить кривую в реальном времени, нам нужно применить последовательные дискретные значения напряжения к нашему тестируемому устройству, так как же это можно сделать?
Решением нашей проблемы является пилообразная форма волны.
Форма пилообразного сигнала линейно возрастает и периодически возвращается к нулю. Это позволяет подавать постоянно возрастающее напряжение на тестируемое устройство и создавать непрерывную кривую на графике (в данном случае осциллографе).
Осциллограф в режиме XY используется для «чтения» схемы. Ось Х соединена с тестируемым устройством, а ось Y соединена с формой волны пилообразной.
Используемая здесь схема представляет собой простой вариант измерителя кривой, использующий общие детали, такие как таймер 555 и операционный усилитель LM358.
Необходимые компоненты
1. Для таймера
- 555 таймер - любой вариант
- Электролитический конденсатор 10 мкФ (развязка)
- Керамический конденсатор 100 нФ (развязка)
- Резистор 1K (источник тока)
- Резистор 10К (источник тока)
- Транзистор BC557 PNP или аналогичный
- Электролитический конденсатор 10 мкФ (время)
2. Для усилителя операционного усилителя
- LM358 или аналогичный операционный усилитель
- Электролитический конденсатор 10 мкФ (развязка)
- Керамический конденсатор 10 нФ (связь по переменному току)
- Резистор 10M (связь по переменному току)
- Тестовый резистор (в зависимости от тестируемого устройства, обычно от 50 Ом до нескольких сотен Ом).
Принципиальная электрическая схема
Рабочее объяснение
1. Таймер 555
Используемая здесь схема представляет собой простую вариацию классической нестабильной схемы 555, которая будет работать как генератор пилообразных сигналов.
Обычно синхронизирующий резистор питается через резистор, подключенный к источнику питания, но здесь он подключен к (грубому) источнику постоянного тока.
Источник постоянного тока работает, обеспечивая фиксированное напряжение смещения база-эмиттер, что приводит к (в некоторой степени) постоянному току коллектора. Зарядка конденсатора постоянным током приводит к линейному нарастанию формы волны.
Эта конфигурация получает выходной сигнал непосредственно от выхода конденсатора (который является пилообразной кривой, которую мы ищем), а не с вывода 3, который обеспечивает здесь узкие отрицательные импульсы.
Эта схема умна в том смысле, что в ней используется внутренний механизм 555-го для управления генератором пилообразного напряжения источник-конденсатор постоянного тока.
2. Усилитель
Поскольку выходной сигнал поступает непосредственно от конденсатора (который заряжается от источника тока), ток, доступный для питания тестируемого устройства (ИУ), по существу равен нулю.
Чтобы исправить это, мы используем классический операционный усилитель LM358 в качестве буфера напряжения (и, следовательно, тока). Это несколько увеличивает ток, доступный для DUT.
Форма волны пилообразного конденсатора колеблется между 1/3 и 2/3 Vcc (действие 555), что непригодно для использования в измерителе кривой, поскольку напряжение не поднимается с нуля, давая «неполную» кривую. Чтобы исправить это, вход от 555 связан по переменному току с входом буфера.
Резистор 10M - это своего рода черная магия - во время тестирования было обнаружено, что если резистор не был добавлен, выход просто плавал до Vcc и оставался там! Это из-за паразитной входной емкости - наряду с высоким входным сопротивлением она образует интегратор! Резистора 10 МОм достаточно для разряда этой паразитной емкости, но недостаточно для значительной нагрузки цепи постоянного тока.
Как улучшить результаты трассировки кривой
Поскольку в этой схеме используются высокие частоты и высокие импедансы, необходима тщательная конструкция для предотвращения нежелательных шумов и колебаний.
Рекомендуется широкая развязка. Насколько это возможно, старайтесь избегать макетирования этой схемы и вместо этого используйте печатную плату или перфорированную плату.
Схема эта очень грубая и, следовательно, темпераментная. Рекомендуется запитать эту схему от источника переменного напряжения. Даже LM317 подойдет в крайнем случае. Эта схема наиболее стабильна при напряжении около 7,5 В.
Еще одна важная вещь, которую следует учитывать, - это настройка горизонтального масштаба на осциллографе - если она слишком велика, то весь низкочастотный шум делает кривую нечеткой, а если слишком низкий, то данных недостаточно для получения «полной» кривой. Опять же, это зависит от настройки источника питания.
Получение пригодной для использования кривой требует тщательной настройки развертки осциллографа и входного напряжения.
Если вам нужны полезные измерения, то потребуется испытательный резистор и знание выходных характеристик операционного усилителя. С помощью небольшой математики можно получить хорошие значения.
Как использовать схему Curve Tracer
Следует помнить о двух простых вещах: ось X представляет напряжение, а ось Y представляет ток.
На осциллографе измерить ось X довольно просто - напряжение «как есть», то есть соответствует вольтам на деление, установленным на осциллографе.
Y или тока по оси немного сложнее. Здесь мы не измеряем ток напрямую, вместо этого мы измеряем падение напряжения на тестовом резисторе в результате прохождения тока в цепи.
Достаточно, если измерить пиковое значение напряжения по оси Y. В данном случае это 2 В, как показано на предыдущем рисунке.
Таким образом, пиковый ток через испытательную схему равен
Я подметать = V пик / R тест.
Это представляет собой «зачистку» текущий диапазон, от 0 - я стреловидности.
В зависимости от настройки график может расширяться на любое количество доступных частей на экране. Таким образом, ток на деление - это просто пиковый ток, деленный на количество делений, до которых простирается график, другими словами, линия, параллельная оси X, где касается верхняя «вершина» графика.
Кривая для диода
Здесь виден весь описанный выше шум и нечеткость.
Тем не менее, диодная кривая хорошо видна с точкой изгиба 0,7 В (обратите внимание на шкалу X 500 мВ на деление).
Обратите внимание, что ось X точно соответствует ожидаемому 0,7 В, что оправдывает «как есть» при чтении оси X.
Испытательное сопротивление, используемое здесь, составляло 1 кОм, поэтому диапазон тока составлял от 0 до 2 мА. Здесь график не превышает двух делений (приблизительно), поэтому приблизительный масштаб будет 1 мА / деление.
Кривая для резистора
Резисторы электрически являются простейшими устройствами с линейной кривой ВА, также известной как закон Ома, R = V / I. Очевидно, что резисторы с низким номиналом имеют крутой наклон (более высокий I для данного V), а резисторы с высоким номиналом имеют более пологий наклон (меньше I для данного V).
Тестовое сопротивление здесь составляло 100 Ом, поэтому диапазон тока был от 0 мА до 20 мА. Поскольку график расширяется до 2,5 делений, ток на деление составляет 8 мА.
Ток увеличивается на 16 мА для вольта, поэтому сопротивление составляет 1 В / 16 мА = 62 Ом, что является подходящим, поскольку ИУ использовалось в качестве потенциометра на 100 Ом.
Трассировка кривой для транзистора
Поскольку транзистор представляет собой трехполюсное устройство, количество измерений, которые могут быть выполнены, довольно велико, однако лишь некоторые из этих измерений находят общее применение, одно из них - зависимость напряжения коллектора от тока базы (оба относятся к заземлению., конечно) при постоянном токе коллектора.
Используя наш Curve Tracer, это должно быть несложной задачей. База подключена к постоянному смещению, а ось X - к коллектору. Испытательное сопротивление обеспечивает «постоянный» ток.
Результирующая трассировка должна выглядеть примерно так:
I B против V CE
Обратите внимание, что приведенный выше график представляет собой логарифмическую шкалу. Помните, что осциллограф по умолчанию является линейным.
Таким образом, индикаторы кривых - это устройства, которые создают кривые ВП для простых компонентов и помогают получить интуитивное понимание характеристик компонентов.