Απλό κύκλωμα ιχνηθέτη καμπύλης: εντοπισμός της καμπύλης για αντίσταση, δίοδο και τρανζίστορ

Οι περισσότερες από τις ηλεκτρονικές προσφορές αφορούν τις καμπύλες ανίχνευσης, είτε είναι η χαρακτηριστική καμπύλη μεταφοράς για έναν βρόχο ανατροφοδότησης, μια ευθεία γραμμή VI αντίστασης ή μια τάση συλλέκτη τρανζίστορ έναντι της τρέχουσας καμπύλης.

Αυτές οι καμπύλες μας δίνουν μια διαισθητική κατανόηση του τρόπου με τον οποίο μια συσκευή συμπεριφέρεται σε ένα κύκλωμα. Μια αναλυτική προσέγγιση μπορεί να περιλαμβάνει τη σύνδεση διακριτών τιμών τάσης και ρεύματος σε μαθηματικό τύπο και γραφική παράσταση των αποτελεσμάτων, συνήθως με τον άξονα x που αντιπροσωπεύει τάση και τον άξονα y που αντιπροσωπεύει ρεύμα.

Αυτή η προσέγγιση λειτουργεί, αλλά μερικές φορές είναι κουραστική. Και όπως γνωρίζει κάθε χόμπι ηλεκτρονικών ειδών, η συμπεριφορά των εξαρτημάτων στην πραγματική ζωή μπορεί να διαφέρει (συχνά σε μεγάλο βαθμό) από τον τύπο που περιγράφει τη λειτουργία του.

Εδώ θα χρησιμοποιήσουμε ένα κύκλωμα (κυματομορφή Sawtooth) για να εφαρμόσουμε διακριτή αυξανόμενη τάση στο στοιχείο του οποίου η καμπύλη VI θέλουμε να σχεδιάσουμε και στη συνέχεια να χρησιμοποιήσουμε έναν παλμογράφο για να δούμε τα αποτελέσματα.

Απλό Curve Tracer

Για να σχεδιάσουμε μια καμπύλη σε πραγματικό χρόνο, πρέπει να εφαρμόσουμε διαδοχικές διακριτές τιμές τάσης στη δοκιμαστική συσκευή μας, οπότε πώς μπορεί να γίνει;

Η λύση στο πρόβλημά μας είναι η κυματομορφή Sawtooth.

Η κυματομορφή Sawtooth ανεβαίνει γραμμικά και περιορίζεται στο μηδέν περιοδικά. Αυτό επιτρέπει την εφαρμογή μιας συνεχώς αυξανόμενης τάσης στη συσκευή υπό δοκιμή και παράγει ένα συνεχές ίχνος σε ένα γράφημα (στην περίπτωση αυτή ο παλμογράφος).

Ένα παλμογράφο στη λειτουργία XY χρησιμοποιείται για την «ανάγνωση» του κυκλώματος. Ο άξονας X συνδέεται στη δοκιμαζόμενη συσκευή και ο άξονας Υ συνδέεται με την κυματομορφή Sawtooth.

Το κύκλωμα που χρησιμοποιείται εδώ είναι μια απλή παραλλαγή ενός καμπύλου ιχνηθέτη που χρησιμοποιεί κοινά μέρη όπως το χρονόμετρο 555 και το LM358 op-amp.

Απαιτούμενα στοιχεία

1. Για το χρονόμετρο

• Χρονοδιακόπτης 555 - οποιαδήποτε παραλλαγή
• Ηλεκτρολυτικός πυκνωτής 10uF (αποσύνδεση)
• Κεραμικός πυκνωτής 100nF (αποσύνδεση)
• 1Κ αντίσταση (τρέχουσα πηγή)
• 10K αντίσταση (τρέχουσα πηγή)
• BC557 PNP τρανζίστορ ή ισοδύναμο
• Ηλεκτρολυτικός πυκνωτής 10uF (χρονισμός)

2. Για τον ενισχυτή Op-amp

• LM358 ή παρόμοιο opamp
• Ηλεκτρολυτικός πυκνωτής 10uF (αποσύνδεση)
• Κεραμικός πυκνωτής 10nF (σύνδεση AC)
• Αντίσταση 10M (ζεύξη AC)
• Δοκιμή αντίστασης (εξαρτάται από τη συσκευή που δοκιμάζεται, συνήθως μεταξύ 50 Ohms και μερικές εκατοντάδες Ohms.)

Διάγραμμα κυκλώματος

Επεξήγηση εργασίας

1. Ο χρονοδιακόπτης 555

Το κύκλωμα που χρησιμοποιείται εδώ είναι μια απλή παραλλαγή του κλασικού κυκλώματος αστάθειας 555 που θα λειτουργήσει ως γεννήτρια κυματομορφής Sawtooth.

Συνήθως η αντίσταση χρονισμού τροφοδοτείται μέσω μιας αντίστασης που είναι συνδεδεμένη με την παροχή ρεύματος, αλλά εδώ συνδέεται με μια (ακατέργαστη) πηγή σταθερού ρεύματος.

Η τροφοδοσία σταθερού ρεύματος λειτουργεί παρέχοντας μια σταθερή τάση πόλωσης βασικής εκπομπής, με αποτέλεσμα ένα (κάπως) σταθερό ρεύμα συλλέκτη. Η φόρτιση ενός πυκνωτή χρησιμοποιώντας ένα σταθερό ρεύμα οδηγεί σε μια γραμμική κυματομορφή ράμπας.

Αυτή η διαμόρφωση προέρχεται από την έξοδο απευθείας από την έξοδο του πυκνωτή (που είναι η ράμπα πριονιού που ψάχνουμε) και όχι από τον πείρο 3, ο οποίος παρέχει στενούς αρνητικούς παλμούς εδώ.

Αυτό το κύκλωμα είναι έξυπνο με την έννοια ότι χρησιμοποιεί τον εσωτερικό μηχανισμό 555 για τον έλεγχο μιας γεννήτριας ράμπας πυκνωτή πηγής συνεχούς ρεύματος.

2. Ο ενισχυτής

Δεδομένου ότι η έξοδος προέρχεται απευθείας από τον πυκνωτή (ο οποίος φορτίζεται από την τρέχουσα πηγή), το ρεύμα που είναι διαθέσιμο για την τροφοδοσία της υπό δοκιμή συσκευής (DUT) είναι ουσιαστικά μηδέν.

Για να το διορθώσουμε, χρησιμοποιούμε το κλασικό opamp LM358 ως buffer τάσης (και επομένως τρέχον). Αυτό αυξάνει κάπως το ρεύμα που είναι διαθέσιμο στο DUT.

Ο πυκνωτής κυματομορφή Sawtooth κυμαίνεται μεταξύ 1/3 και 2/3 Vcc (δράση 555), το οποίο είναι αχρησιμοποίητο σε καμπύλη ιχνηλάτη, καθώς η τάση δεν αυξάνεται από το μηδέν δίνοντας ένα «ατελές» ίχνος. Για να το διορθώσετε, η είσοδος από το 555 συνδέεται AC με την είσοδο buffer.

Η αντίσταση 10M είναι λίγο μαύρη μαγεία - ανακαλύφθηκε κατά τη διάρκεια της δοκιμής ότι εάν δεν είχε προστεθεί η αντίσταση, η έξοδος απλώς επιπλέει στο Vcc και έμεινε εκεί! Αυτό οφείλεται στην παρασιτική χωρητικότητα εισόδου - μαζί με την υψηλή αντίσταση εισόδου, σχηματίζει έναν ολοκληρωτή! Η αντίσταση 10Μ είναι αρκετή για να εκφορτώσει αυτήν την παρασιτική χωρητικότητα αλλά όχι αρκετή για να φορτώσει σημαντικά το κύκλωμα σταθερού ρεύματος.

Πώς να βελτιώσετε τα αποτελέσματα παρακολούθησης καμπύλης

Δεδομένου ότι αυτό το κύκλωμα περιλαμβάνει υψηλές συχνότητες και υψηλές αντιστάσεις, απαιτείται προσεκτική κατασκευή για την αποφυγή ανεπιθύμητου θορύβου και ταλάντωσης.

Συνιστάται άφθονη αποσύνδεση. Στο μέτρο του δυνατού, προσπαθήστε να αποφύγετε το breadboard σε αυτό το κύκλωμα και να χρησιμοποιήσετε αντ 'αυτού ένα PCB ή ένα perfboard.

Αυτό το κύκλωμα είναι πολύ ακατέργαστο και ως εκ τούτου ιδιοσυγκρασία. Συνιστάται η τροφοδοσία αυτού του κυκλώματος από μια πηγή μεταβλητής τάσης. Ακόμη και ένα LM317 θα λειτουργήσει σε λίγο. Αυτό το κύκλωμα είναι πιο σταθερό σε περίπου 7,5V.

Ένα άλλο σημαντικό πράγμα που πρέπει να λάβετε υπόψη είναι η ρύθμιση της οριζόντιας κλίμακας στο πεδίο εφαρμογής - εάν είναι πολύ υψηλή, τότε ο θόρυβος χαμηλής συχνότητας καθιστά το ίχνος ασαφές και εάν είναι πολύ χαμηλό, τότε δεν υπάρχουν αρκετά δεδομένα για να λάβετε ένα «πλήρες» ίχνος. Και πάλι, αυτό εξαρτάται από τη ρύθμιση τροφοδοσίας.

Για να αποκτήσετε ένα εύχρηστο ίχνος απαιτείται προσεκτικός συντονισμός της ρύθμισης χρονοδιαγράμματος παλμογράφου και της τάσης εισόδου.

Αν θέλετε χρήσιμες μετρήσεις, τότε απαιτείται δοκιμαστική αντίσταση και η γνώση των χαρακτηριστικών εξόδου opamp. Με λίγα μαθηματικά μπορούν να ληφθούν καλές τιμές.

Πώς να χρησιμοποιήσετε το Curve Tracer Circuit

Υπάρχουν δύο απλά πράγματα που πρέπει να θυμάστε - ο άξονας X αντιπροσωπεύει την τάση και ο άξονας Υ αντιπροσωπεύει το ρεύμα.

Σε έναν παλμογράφο, η ανίχνευση του άξονα X είναι αρκετά απλή - η τάση είναι «ως έχει», δηλαδή αντιστοιχεί στα βολτ ανά διαίρεση που έχει ρυθμιστεί στον παλμογράφο.

Ο άξονας Y ή ο τρέχων άξονας είναι ελαφρώς πιο δύσκολος. Δεν μετράμε άμεσα το ρεύμα εδώ, αλλά μετράμε την τάση που πέφτει στην αντίσταση δοκιμής ως αποτέλεσμα του ρεύματος μέσω του κυκλώματος.

Αρκεί να μετρήσουμε την τιμή της μέγιστης τάσης στον άξονα Υ. Σε αυτήν την περίπτωση, είναι 2V, όπως φαίνεται στο προηγούμενο σχήμα.

Έτσι, το μέγιστο ρεύμα μέσω του κυκλώματος δοκιμής είναι

Ι _{σαρώνουν} = V _{κορυφής} / R _{δοκιμής}.

Αυτό αντιπροσωπεύει το «σκούπισμα» τρέχουσα σειρά, από 0 - I _{σκούπισμα}.

Ανάλογα με τη ρύθμιση, το γράφημα μπορεί να επεκταθεί σε όσα τμήματα στην οθόνη είναι διαθέσιμα. Έτσι, το ρεύμα ανά διαίρεση είναι απλώς το ρεύμα αιχμής διαιρούμενο με τον αριθμό των διαιρέσεων που επεκτείνεται το γράφημα, με άλλα λόγια τη γραμμή παράλληλη προς τον άξονα Χ όπου αγγίζει το άνω άκρο του γραφήματος.

Ανίχνευση καμπύλης για δίοδο

Όλος ο θόρυβος και το ασαφές που περιγράφεται παραπάνω φαίνεται εδώ

Ωστόσο, η καμπύλη διόδων μπορεί να φανεί καθαρά, με το σημείο «γόνατο» στα 0,7V (σημειώστε την κλίμακα 500mV ανά διαίρεση Χ).

Σημειώστε ότι ο άξονας X αντιστοιχεί ακριβώς στο αναμενόμενο 0,7V, το οποίο δικαιολογεί τη φύση της «ως έχει» της ανάγνωσης του άξονα X

Η αντίσταση δοκιμής που χρησιμοποιήθηκε εδώ ήταν 1K, οπότε το τρέχον εύρος ήταν από 0mA - 2mA. Εδώ το γράφημα δεν υπερβαίνει τα δύο τμήματα (περίπου), οπότε μια τραχιά κλίμακα θα ήταν 1mA / διαίρεση.

Ανίχνευση καμπύλης για αντίσταση

Οι αντιστάσεις είναι ηλεκτρικά οι απλούστερες συσκευές, με γραμμική καμπύλη VI, γνωστός και ως νόμος Ohm, R = V / I. Είναι προφανές ότι οι αντιστάσεις χαμηλής τιμής έχουν απότομες κλίσεις (υψηλότερες I για δεδομένο V) και οι αντιστάσεις υψηλής αξίας έχουν πιο ήπιες κλίσεις (λιγότερες I για δεδομένο V).

Η αντίσταση δοκιμής εδώ ήταν 100 Ohms, οπότε το τρέχον εύρος ήταν 0mA - 20mA. Δεδομένου ότι το γράφημα εκτείνεται σε 2,5 διαιρέσεις, το ρεύμα ανά διαίρεση είναι 8mA.

Το ρεύμα αυξάνεται 16mA για ένα βολτ, οπότε η αντίσταση είναι 1V / 16mA = 62 Ohms, η οποία είναι κατάλληλη δεδομένου ότι το δοχείο των 100 Ohm ήταν το DUT.

Ανίχνευση καμπύλης για τρανζίστορ

Δεδομένου ότι το τρανζίστορ είναι μια συσκευή τριών τερματικών, ο αριθμός των μετρήσεων που μπορούν να γίνουν είναι αρκετά μεγάλος, ωστόσο, μόνο μερικές από αυτές τις μετρήσεις βρίσκουν κοινή χρήση, μία από αυτές είναι η εξάρτηση της τάσης συλλέκτη στο ρεύμα βάσης (και οι δύο αναφέρονται στο έδαφος, φυσικά) σε συνεχές ρεύμα συλλέκτη.

Χρησιμοποιώντας το curve tracer μας, αυτό θα πρέπει να είναι εύκολο. Η βάση συνδέεται με μια σταθερή μεροληψία και τον άξονα Χ στον συλλέκτη. Η αντίσταση δοκιμής παρέχει το "σταθερό" ρεύμα.

Το προκύπτον ίχνος θα πρέπει να μοιάζει με αυτό:

I _B Vs V _CE

Σημειώστε ότι το γράφημα που φαίνεται παραπάνω είναι μια κλίμακα καταγραφής, θυμηθείτε ότι ο παλμογράφος είναι γραμμικός από προεπιλογή.

Έτσι, οι Curve tracers είναι συσκευές που παράγουν ίχνη VI για απλά εξαρτήματα και βοηθούν στην απόκτηση μιας διαισθητικής κατανόησης των χαρακτηριστικών των στοιχείων.