- Eenvoudige curve-tracer
- Componenten vereist
- Schakelschema
- Werkende uitleg
- Hoe u de resultaten van het traceren van curven kunt verbeteren
- Hoe Curve Tracer Circuit te gebruiken
- Curve Tracing voor Diode
- Curve Tracing voor weerstand
- Curve Tracing voor transistor
De meeste elektronica houdt zich bezig met traceercurven, of het nu gaat om de karakteristieke overdrachtscurve voor een feedbacklus, de rechte VI-lijn van een weerstand of de collectorspanning versus stroomcurve van een transistor.
Deze curven geven ons een intuïtief begrip van hoe een apparaat zich in een circuit gedraagt. Een analytische benadering kan het inpluggen van discrete spannings- en stroomwaarden in een wiskundige formule inhouden en de resultaten grafisch weergeven, gewoonlijk waarbij de x-as de spanning vertegenwoordigt en de y-as de stroom vertegenwoordigt.
Deze aanpak werkt, maar is soms vervelend. En zoals elke elektronicahobbyist weet, kan het gedrag van componenten in het echte leven (vaak grotendeels) verschillen van de formule die de werking beschrijft.
Hier zullen we een circuit (zaagtandgolfvorm) gebruiken om discrete toenemende spanning toe te passen op de component waarvan we de VI-curve willen tekenen en vervolgens een oscilloscoop gebruiken om de resultaten te bekijken.
Eenvoudige curve-tracer
Om een curve in realtime te plotten, moeten we opeenvolgende discrete spanningswaarden toepassen op ons te testen apparaat, dus hoe kan dit worden gedaan?
De oplossing voor ons probleem is de zaagtandgolfvorm.
De zaagtandgolfvorm stijgt lineair en keert periodiek terug naar nul. Dit maakt het mogelijk een continu toenemende spanning op het te testen apparaat aan te brengen en produceert een continu spoor in een grafiek (in dit geval de oscilloscoop).
Een oscilloscoop in de XY-modus wordt gebruikt om het circuit 'uit te lezen'. De X-as is verbonden met het te testen apparaat en de Y-as is verbonden met de zaagtandgolfvorm.
Het circuit dat hier wordt gebruikt, is een eenvoudige variatie van een curve-tracer met gemeenschappelijke onderdelen zoals de 555-timer en de LM358-op-amp.
Componenten vereist
1. Voor de timer
- 555-timer - elke variant
- 10uF elektrolytische condensator (ontkoppeling)
- 100nF keramische condensator (ontkoppeling)
- 1K weerstand (huidige bron)
- 10K weerstand (huidige bron)
- BC557 PNP-transistor of gelijkwaardig
- 10uF elektrolytische condensator (timing)
2. Voor de Op-amp-versterker
- LM358 of vergelijkbare opamp
- 10uF elektrolytische condensator (ontkoppeling)
- 10nF keramische condensator (AC-koppeling)
- 10M weerstand (AC-koppeling)
- Testweerstand (hangt af van het te testen apparaat, meestal tussen 50 Ohm en een paar honderd Ohm.)
Schakelschema
Werkende uitleg
1. De 555 Timer
Het circuit dat hier wordt gebruikt, is een eenvoudige variatie op het klassieke 555-astabiele circuit dat zal werken als een zaagtandgolfvormgenerator.
Meestal wordt de timingweerstand gevoed via een weerstand die is aangesloten op de voeding, maar hier is hij aangesloten op een (ruwe) constante stroombron.
De constante stroomtoevoer werkt door een vaste basis-emitter-voorspanning te leveren, wat resulteert in een (enigszins) constante collectorstroom. Het opladen van een condensator met een constante stroom resulteert in een lineaire golfvorm.
Deze configuratie leidt de uitvoer rechtstreeks af van de condensatoruitgang (dit is de zaagtandhelling die we zoeken) en niet van pin 3, die hier smalle negatieve pulsen levert.
Dit circuit is slim in die zin dat het het interne mechanisme van de 555 gebruikt om een constante stroombron-condensatorhellinggenerator te regelen.
2. De versterker
Omdat de uitvoer rechtstreeks wordt afgeleid van de condensator (die wordt opgeladen door de stroombron), is de beschikbare stroom om het te testen apparaat (DUT) van stroom te voorzien in wezen nul.
Om dit op te lossen, gebruiken we de klassieke LM358-opamp als een spanning (en dus stroom) buffer. Dit verhoogt de beschikbare stroom voor de TU Delft enigszins.
De zaagtandgolfvorm van de condensator oscilleert tussen 1/3 en 2/3 Vcc (555 actie), wat onbruikbaar is in een curve-tracer omdat de spanning niet oploopt vanaf nul, wat een 'onvolledig' spoor oplevert. Om dit op te lossen is de input van de 555 AC gekoppeld aan de buffer input.
De 10M-weerstand is een beetje zwarte magie - tijdens het testen werd ontdekt dat als de weerstand niet werd toegevoegd, de output gewoon naar Vcc zweefde en daar bleef! Dit komt door de parasitaire ingangscapaciteit - samen met de hoge ingangsimpedantie vormt het een integrator! De weerstand van 10M is voldoende om deze parasitaire capaciteit te ontladen, maar niet genoeg om het constante stroomcircuit aanzienlijk te belasten.
Hoe u de resultaten van het traceren van curven kunt verbeteren
Aangezien dit circuit hoge frequenties en hoge impedanties bevat, is een zorgvuldige constructie vereist om ongewenste ruis en oscillatie te voorkomen.
Een ruime ontkoppeling wordt aanbevolen. Probeer zoveel mogelijk breadboarding van dit circuit te vermijden en in plaats daarvan een PCB of een perfboard te gebruiken.
Dit circuit is erg grof en daarom temperamentvol. Het wordt aanbevolen om dit circuit van stroom te voorzien met een variabele spanningsbron. Zelfs een LM317 werkt in een mum van tijd. Dit circuit is het meest stabiel rond 7,5V.
Een ander belangrijk ding om te overwegen is de horizontale schaalinstelling op de scoop - als deze te hoog is, dan maakt alle laagfrequente ruis het spoor wazig en als het te laag is, zijn er niet genoeg gegevens om een 'volledig' spoor te krijgen. Nogmaals, dit hangt af van de instelling van de stroomvoorziening.
Om een bruikbare trace te krijgen, is een zorgvuldige afstemming van de oscilloscooptijdbasis en ingangsspanning vereist .
Als u nuttige metingen wilt, dan is een testweerstand en de kennis van opamp-uitgangskarakteristieken vereist. Met een beetje rekenen kunnen goede waarden worden verkregen.
Hoe Curve Tracer Circuit te gebruiken
Er zijn twee simpele dingen om in gedachten te houden: de X-as vertegenwoordigt de spanning en de Y-as vertegenwoordigt de stroom.
Op een oscilloscoop is het tasten van de X-as vrij eenvoudig - de spanning is 'as is', dwz komt overeen met de volt per divisie ingesteld op de oscilloscoop.
De Y- of huidige as is iets lastiger. We meten hier niet rechtstreeks de stroom, maar meten de spanning die over de testweerstand valt als gevolg van de stroom door het circuit.
Het is voldoende als we de piekspanningswaarde op de Y-as meten. In dit geval is het 2V, zoals te zien is in de vorige afbeelding.
Dus de piekstroom door het testcircuit is
Ik veeg = V- piek / R- test.
Dit vertegenwoordigt het 'sweep'-huidige bereik, van 0 - I sweep.
Afhankelijk van de instelling kan de grafiek zich uitstrekken over zoveel divisies op het scherm als beschikbaar is. Dus de stroom per divisie is simpelweg de piekstroom gedeeld door het aantal divisies waartoe de grafiek zich uitstrekt, met andere woorden de lijn parallel aan de X-as waar de bovenste 'punt' van de grafiek elkaar raakt.
Curve Tracing voor Diode
Alle hierboven beschreven ruis en fuzz is hier te zien.
De diodecurve is echter duidelijk te zien, met het 'knie'-punt op 0,7V (let op de 500mV per divisie X-schaal).
Merk op dat de X-as exact overeenkomt met de verwachte 0,7V, wat de 'as is'-aard van de X-asuitlezing rechtvaardigt.
De hier gebruikte testweerstand was 1K, dus het stroombereik was 0mA - 2mA. Hier overschrijdt de grafiek niet twee divisies (ongeveer), dus een ruwe schaal zou 1mA / divisie zijn.
Curve Tracing voor weerstand
Weerstanden zijn elektrisch gezien de eenvoudigste apparaten, met een lineaire VI-curve, ook bekend als de wet van Ohm, R = V / I. Het is duidelijk dat weerstanden met een lage waarde steile hellingen hebben (hogere I voor gegeven V) en dat weerstanden met hoge waarde zachtere hellingen hebben (minder I voor gegeven V).
De testweerstand was hier 100 Ohm, dus het stroombereik was 0mA - 20mA. Aangezien de grafiek zich uitstrekt tot 2,5 divisies, is de stroom per divisie 8mA.
De stroom stijgt 16mA voor een volt, dus de weerstand is 1V / 16mA = 62 Ohm, wat passend is aangezien een 100 Ohm pot de DUT was.
Curve Tracing voor transistor
Aangezien de transistor een apparaat met drie aansluitingen is, is het aantal metingen dat kan worden uitgevoerd vrij groot, maar slechts een paar van deze metingen worden algemeen gebruikt, een daarvan is de afhankelijkheid van de collectorspanning op de basisstroom (beide gerelateerd aan aarde). natuurlijk) bij een constante collectorstroom.
Met behulp van onze curve-tracer zou dit een gemakkelijke taak moeten zijn. De basis is aangesloten op een constante voorspanning en de X-as op de collector. De testweerstand zorgt voor de 'constante' stroom.
Het resulterende spoor zou er ongeveer zo uit moeten zien:
I B Vs V CE
Merk op dat de bovenstaande grafiek een logaritmische schaal is, onthoud dat de oscilloscoop standaard lineair is.
Dus Curve tracers zijn apparaten die VI sporen voor eenvoudige componenten en hulp krijgen van een intuïtief begrip van component eigenschappen te produceren.