Jednoduchý obvod pro sledování křivky: sledování křivky pro rezistor, diodu a tranzistor

Většina elektroniky se zabývá sledovacími křivkami, ať už jde o charakteristickou křivku přenosu pro zpětnovazební smyčku, přímou VI linku rezistoru nebo tranzistorovou sběratelskou křivku napětí proti proudu.

Tyto křivky nám dávají intuitivní pochopení toho, jak se zařízení chová v obvodu. Analytický přístup může zahrnovat zapojení diskrétních hodnot napětí a proudu do matematického vzorce a vytvoření grafu výsledků, obvykle s osou x představující napětí a osou y představující proud.

Tento přístup funguje, ale někdy je zdlouhavý. A jak každý fanoušek elektroniky ví, chování komponent v reálném životě se může lišit (často do značné míry) od vzorce popisujícího jeho fungování.

Zde použijeme obvod (Sawtooth waveform) k aplikaci diskrétního zvyšujícího se napětí na komponentu, jejíž křivku VI chceme nakreslit, a poté k zobrazení výsledků použijeme osciloskop.

Jednoduchý sledovač křivek

Abychom mohli zakreslit křivku v reálném čase, musíme na testované zařízení aplikovat po sobě jdoucí diskrétní hodnoty napětí, tak jak to lze udělat?

Řešením našeho problému je Sawtooth Waveform.

Tvar vlny Sawtooth stoupá lineárně a periodicky se vrací na nulu. To umožňuje aplikaci neustále se zvyšujícího napětí na testované zařízení a vytváří kontinuální stopu v grafu (v tomto případě osciloskopu).

K „čtení“ obvodu se používá osciloskop v režimu XY. Osa X je připojen na testované zařízení a osa Y je spojen s pilovitým průběhem.

Zde použitý obvod je jednoduchá variace sledovače křivek využívající společné části, jako je časovač 555 a operační zesilovač LM358.

Požadované komponenty

1. Pro časovač

• Časovač 555 - libovolná varianta
• 10uF elektrolytický kondenzátor (oddělení)
• 100nF keramický kondenzátor (oddělení)
• 1K rezistor (zdroj proudu)
• 10K rezistor (zdroj proudu)
• BC557 PNP tranzistor nebo ekvivalent
• 10uF elektrolytický kondenzátor (časování)

2. Pro operační zesilovač

• LM358 nebo srovnatelný operační zesilovač
• 10uF elektrolytický kondenzátor (oddělení)
• 10nF keramický kondenzátor (AC spojka)
• 10M rezistor (spojka AC)
• Testovací rezistor (závisí na testovaném zařízení, obvykle mezi 50 Ohmy a několika stovkami Ohmů.)

Kruhový diagram

Pracovní vysvětlení

1. Časovač 555

Zde použitý obvod je jednoduchou variantou klasického astabilního obvodu 555, který bude fungovat jako generátor vln Sawtooth.

Časovací rezistor je obvykle napájen rezistorem připojeným k napájecímu zdroji, ale zde je připojen k (surovému) zdroji konstantního proudu.

Napájení konstantním proudem funguje tak, že poskytuje pevné předpětí základního emitoru, což má za následek (poněkud) konstantní kolektorový proud. Nabíjení kondenzátoru pomocí konstantního proudu vede k lineárnímu průběhu rampy.

Tato konfigurace odvozuje výstup přímo z výstupu kondenzátoru (což je pilovitá rampa, kterou hledáme), a nikoli z kolíku 3, který zde poskytuje úzké záporné pulsy.

Tento obvod je chytrý v tom smyslu, že využívá interní mechanismus 555 k ovládání generátoru rampy zdroje a kondenzátoru s konstantním proudem.

2. Zesilovač

Vzhledem k tomu, že výstup je odvozen přímo z kondenzátoru (který je nabíjen ze zdroje proudu), je proud dostupný pro napájení testovaného zařízení (DUT) v podstatě nulový.

Abychom to napravili, používáme klasický operační zesilovač LM358 jako vyrovnávací paměť napětí (a tedy proudu). To poněkud zvyšuje proud dostupný pro DUT.

Tvar vlny kondenzátoru Sawtooth osciluje mezi 1/3 a 2/3 Vcc (akce 555), což je u sledovače křivky nepoužitelné, protože napětí nestoupá z nuly, což dává „neúplnou“ stopu. Abychom to napravili, je vstup z 555 střídavě propojen se vstupem vyrovnávací paměti.

10M rezistor je trochu černé magie - během testování bylo zjištěno, že pokud rezistor nebyl přidán, výstup jednoduše vyplul na Vcc a zůstal tam! Důvodem je parazitní vstupní kapacita - spolu s vysokou vstupní impedancí tvoří integrátor! 10M rezistor je dost na vybití této parazitní kapacity, ale ne dost na výrazné načtení obvodu s konstantním proudem.

Jak zlepšit výsledky sledování křivky

Protože tento obvod zahrnuje vysoké frekvence a vysoké impedance, je zapotřebí pečlivé konstrukce, aby se zabránilo nežádoucímu hluku a oscilacím.

Doporučuje se dostatečné oddělení. Pokud je to možné, zkuste se vyhnout tomu, aby se tento obvod choval na desce, a místo toho použijte PCB nebo perfboard.

Tento okruh je velmi surový a tudíž temperamentní. Doporučuje se napájet tento obvod z proměnného zdroje napětí. Dokonce i LM317 bude fungovat v maličkosti. Tento obvod je nejstabilnější kolem 7,5 V.

Další důležitou věcí, kterou je třeba vzít v úvahu, je nastavení horizontálního měřítka v rozsahu - pokud je příliš vysoké, pak veškerý nízkofrekvenční šum způsobí, že stopa je fuzzy, a pokud je příliš nízká, není dostatek dat k získání „úplné“ stopy. To opět závisí na nastavení napájecího zdroje.

Získání použitelné stopy vyžaduje pečlivé vyladění nastavení časové osy osciloskopu a vstupního napětí.

Pokud potřebujete užitečné měření, je vyžadován testovací odpor a znalost výstupních charakteristik operační zesilovače. S trochou matematiky lze získat dobré hodnoty.

Jak používat obvod Curve Tracer Circuit

Mějte na paměti dvě jednoduché věci - osa X představuje napětí a osa Y představuje proud.

Na osciloskopu je snímání osy X poměrně jednoduché - napětí je „tak, jak je“, tj. Odpovídá voltům na dělení nastaveným na osciloskopu.

Osa Y nebo proud je o něco složitější. Neměříme zde přímo proud, ale místo toho měříme pokles napětí na testovacím rezistoru v důsledku proudu procházejícího obvodem.

Stačí, když změříme špičkovou hodnotu napětí na ose Y. V tomto případě je to 2V, jak je vidět na předchozím obrázku.

Špičkový proud testovacím obvodem tedy je

I _smést = V _pík / R _testu.

To představuje aktuální rozsah „tažení“ od 0 - _tažení.

V závislosti na nastavení se graf může rozšířit na tolik dělení na obrazovce, kolik je k dispozici. Takže proud na divizi je jednoduše špičkový proud dělený počtem divizí, na které se graf rozšiřuje, jinými slovy čára rovnoběžná s osou X, kde se dotýká horní „špička“ grafu.

Sledování křivky pro diodu

Zde je vidět veškerý výše popsaný šum a chmýření.

Diodovou křivku však lze jasně vidět, s bodem „kolena“ 0,7 V (všimněte si stupnice 500 mV na dílek X).

Všimněte si, že osa X přesně odpovídá očekávanému 0,7 V, což ospravedlňuje „tak, jak je“ charakter čtení osy X.

Zde použitý testovací odpor byl 1K, takže proudový rozsah byl od 0mA - 2mA. Zde graf nepřesahuje dvě divize (přibližně), takže hrubá stupnice by byla 1 mA / divizi.

Sledování křivky pro rezistor

Rezistory jsou elektricky nejjednodušší zařízení s lineární křivkou VI, aka Ohmův zákon, R = V / I. Je zřejmé, že rezistory s nízkou hodnotou mají strmé svahy (vyšší I pro dané V) a rezistory s vysokou hodnotou mají mírnější svahy (méně I pro dané V).

Testovací odpor zde byl 100 ohmů, takže proudový rozsah byl 0mA - 20mA. Jelikož se graf rozšiřuje na 2,5 dílku, je proud na dílčí díl 8mA.

Proud stoupá o 16 mA pro volt, takže odpor je 1V / 16mA = 62 Ohm, což je vhodné, protože 100 ohmový hrnec byl DUT.

Sledování křivky pro tranzistor

Vzhledem k tomu, že tranzistor je zařízení se třemi svorkami, je počet měření, která lze provést, poměrně velký, avšak pouze několik z těchto měření nachází běžné použití, jedním z nich je závislost kolektorového napětí na základním proudu (obě se vztahují k zemi, samozřejmě) při konstantním kolektorovém proudu.

Pomocí našeho sledovače křivek by to měl být snadný úkol. Základna je napojena na konstantní předpětí a osa X na kolektor. Zkušební odpor poskytuje „konstantní“ proud.

Výsledná stopa by měla vypadat asi takto:

I _B Vs V _CE

Všimněte si, že graf zobrazený výše je měřítko protokolu, nezapomeňte, že osciloskop je ve výchozím nastavení lineární.

Sledovače křivek jsou tedy zařízení, která produkují stopy VI pro jednoduché komponenty a pomáhají intuitivně porozumět charakteristikám komponent.