- Simple Curve Tracer
- Komponenter kreves
- Kretsdiagram
- Arbeidsforklaring
- Hvordan forbedre kurvesporingsresultatene
- Hvordan bruke Curve Tracer Circuit
- Kurvesporing for diode
- Kurvesporing for motstand
- Kurvesporing for transistor
Det meste av elektronikk omhandler sporingskurver, det være seg den karakteristiske overføringskurven for en tilbakemeldingssløyfe, en motstands rette VI-linje eller en transistors kollektorspenning versus strømkurve.
Disse kurvene gir oss en intuitiv forståelse av hvordan en enhet oppfører seg i en krets. En analytisk tilnærming kan innebære å koble til diskrete spennings- og strømverdier i en matematisk formel og tegne resultatene, vanligvis med x-aksen som representerer spenning og y-aksen som representerer strøm.
Denne tilnærmingen fungerer, men noen ganger er den kjedelig. Og som hver elektronikkhobbyist vet, kan oppførselen til komponenter i det virkelige liv variere (ofte i stor grad) fra formelen som beskriver driften.
Her skal vi bruke en krets (Sawtooth waveform) for å påføre diskret økende spenning på komponenten hvis VI-kurve vi vil tegne, og deretter bruke et oscilloskop for å se resultatene.
Simple Curve Tracer
For å tegne en kurve i sanntid må vi bruke påfølgende diskrete spenningsverdier på enheten vår som testes, så hvordan kan det gjøres?
Løsningen på problemet vårt er Sawtooth Waveform.
Sawtooth-bølgeformen stiger lineært og går tilbake til null med jevne mellomrom. Dette tillater påføring av en kontinuerlig økende spenning på enheten som testes og gir en kontinuerlig spor på en graf (i dette tilfellet oscilloskopet).
Et oscilloskop i XY-modus brukes til å 'lese' kretsen. Den X-aksen er koblet til enheten under prøving, og Y-aksen er forbundet med sagtannbølgeform.
Kretsen som brukes her er en enkel variant av en kurvespor ved bruk av vanlige deler som 555-tidtakeren og LM358 op-amp.
Komponenter kreves
1. For tidtakeren
- 555 timer - hvilken som helst variant
- 10uF elektrolytkondensator (frakopling)
- 100nF keramisk kondensator (frakobling)
- 1K motstand (nåværende kilde)
- 10K motstand (nåværende kilde)
- BC557 PNP-transistor eller tilsvarende
- 10uF elektrolytkondensator (timing)
2. For Op-amp Forsterker
- LM358 eller tilsvarende opamp
- 10uF elektrolytkondensator (frakopling)
- 10nF keramisk kondensator (AC-kobling)
- 10M motstand (AC-kobling)
- Testmotstand (avhenger av enheten som testes, vanligvis mellom 50 ohm og noen få hundre ohm.)
Kretsdiagram
Arbeidsforklaring
1. 555-tidtakeren
Kretsen som brukes her er en enkel variant av den klassiske 555 astable kretsen som fungerer som Sawtooth bølgeformgenerator.
Vanligvis mates tidsmotstanden gjennom en motstand koblet til strømforsyningen, men her er den koblet til en (rå) konstant strømkilde.
Den konstante strømforsyningen fungerer ved å gi en fast base-emitter-forspenning, noe som resulterer i en (noe) konstant kollektorstrøm. Lading av en kondensator ved bruk av en konstant strøm resulterer i en lineær rampebølgeform.
Denne konfigurasjonen kommer utgangen direkte fra kondensatorutgangen (som er sagtannrampen vi leter etter) og ikke fra pin 3, som gir smale negative pulser her.
Denne kretsen er smart i den forstand at den bruker 555s interne mekanisme for å kontrollere en konstant strømkilde-kondensator rampegenerator.
2. Forsterkeren
Siden utgangen kommer direkte fra kondensatoren (som lades fra strømkilden), er strømmen som er tilgjengelig for å drive enheten under test (DUT) i det vesentlige null.
For å fikse dette bruker vi den klassiske LM358 opampen som en spenningsbuffer (og derfor nåværende). Dette øker DUTs tilgjengelige strøm.
Kondensatoren Sawtooth-bølgeform svinger mellom 1/3 og 2/3 Vcc (555 handling), noe som er ubrukelig i en kurvespor siden spenningen ikke går fra null og gir et "ufullstendig" spor. For å fikse dette er inngangen fra 555 AC koblet til bufferinngangen.
10M-motstanden er litt svart magi - det ble funnet ut under testingen at hvis motstanden ikke ble lagt til, svømte utgangen ganske enkelt til Vcc og ble der! Dette er på grunn av den parasittiske inngangskapasitansen - sammen med den høye inngangsimpedansen, danner den en integrator! 10M-motstanden er nok til å avlaste denne parasittiske kapasitansen, men ikke nok til å belaste konstantstrømkretsen betydelig.
Hvordan forbedre kurvesporingsresultatene
Siden denne kretsen involverer høye frekvenser og høye impedanser, er det nødvendig med forsiktig konstruksjon for å forhindre uønsket støy og svingning.
Det anbefales god frakobling. Så langt som mulig, prøv å unngå å bryte på denne kretsen og bruk et PCB eller et perfboard i stedet.
Denne kretsen er veldig rå og dermed temperamentsfull. Det anbefales å drive denne kretsen fra en variabel spenningskilde. Selv en LM317 vil fungere i en klype. Denne kretsen er mest stabil på rundt 7,5 V.
En annen viktig ting å vurdere er den horisontale innstillingen på omfanget - hvis det er for høyt, gjør all lavfrekvent støy sporet uklart, og hvis det er for lavt, er det ikke nok data til å få et "komplett" spor. Igjen, dette avhenger av innstillingen for strømforsyning.
Å få et brukbart spor krever nøye innstilling av oscilloskopets tidsinnstilling og inngangsspenning.
Hvis du vil ha nyttige målinger, kreves en testmotstand og kunnskap om opamp-utgangskarakteristikker. Med litt matematikk kan gode verdier oppnås.
Hvordan bruke Curve Tracer Circuit
Det er to enkle ting å huske på - X-aksen representerer spenningen og Y-aksen representerer strømmen.
På et oscilloskop er det ganske enkelt å undersøke X-aksen - spenningen er 'som den er', dvs. tilsvarer voltene per divisjon satt på oscilloskopet.
Den Y-aksen eller strøm er noe vanskeligere. Vi måler ikke strømmen direkte her, i stedet måler vi spenningen som tappes over testmotstanden som et resultat av strømmen gjennom kretsen.
Det er nok hvis vi måler toppspenningsverdien på Y-aksen. I dette tilfellet er det 2V, som vist i forrige figur.
Så toppstrømmen gjennom testkretsen er
Jeg feier = V peak / R test.
Dette representerer 'feie' nåværende område, fra 0 - jeg feier.
Avhengig av innstillingen kan grafen strekke seg inn i så mange divisjoner på skjermen som tilgjengelig. Så strømmen per divisjon er ganske enkelt toppstrømmen delt på antall divisjoner grafen strekker seg til, med andre ord linjen parallell med X-aksen der den øverste 'spissen' av grafen berører.
Kurvesporing for diode
All støy og fuzz beskrevet ovenfor er sett her.
Diodekurven kan imidlertid tydelig sees, med 'kne'-punktet på 0,7V (merk 500mV per X-skala).
Merk at X-aksen tilsvarer nøyaktig den forventede 0,7V, som rettferdiggjør 'som den er' naturen til X-akselesingen.
Testmotstanden som ble brukt her var 1K, så det nåværende området var fra 0mA - 2mA. Her overskrider ikke grafen to divisjoner (omtrent), så en grov skala ville være 1mA / divisjon.
Kurvesporing for motstand
Motstander er elektrisk de enkleste enhetene, med en lineær VI-kurve, aka Ohms lov, R = V / I. Det er åpenbart at motstander med lav verdi har bratte skråninger (høyere I for gitt V) og motstander med høy verdi har mildere stigninger (mindre I for gitt V).
Testmotstanden her var 100 ohm, så det nåværende området var 0mA - 20mA. Siden grafen strekker seg til 2,5 divisjoner, er strømmen per divisjon 8mA.
Strømmen stiger 16mA for en volt, så motstanden er 1V / 16mA = 62 Ohm, noe som er passende siden en 100 Ohm potte var DUT.
Kurvesporing for transistor
Siden transistoren er en tre-terminal enhet, er antall målinger som kan utføres ganske stort, men bare noen få av disse målingene finner vanlig bruk, en av dem er avhengigheten av kollektorspenningen på grunnstrømmen (begge referert til jord selvfølgelig) ved en konstant samlerstrøm.
Ved å bruke kurvetraceren vår bør dette være en enkel oppgave. Basen er koblet til en konstant forspenning og X-aksen til samleren. Testmotstanden gir den 'konstante' strømmen.
Det resulterende sporet skal se ut slik:
I B Vs V CE
Merk at grafen vist ovenfor er en loggskala, husk at oscilloskopet er lineært som standard.
Så Curve tracers er enheter som produserer VI-spor for enkle komponenter og hjelper deg med å få en intuitiv forståelse av komponentegenskapene.