- Tracciatore di curve semplici
- Componenti richiesti
- Schema elettrico
- Spiegazione di lavoro
- Come migliorare i risultati del tracciamento delle curve
- Come utilizzare Curve Tracer Circuit
- Tracciamento della curva per diodo
- Tracciamento della curva per il resistore
- Tracciamento della curva per transistor
La maggior parte dell'elettronica si occupa delle curve di tracciamento, sia che si tratti della curva di trasferimento caratteristica per un loop di feedback, della linea retta VI di un resistore o della tensione del collettore di un transistor rispetto alla curva di corrente.
Queste curve ci danno una comprensione intuitiva di come si comporta un dispositivo in un circuito. Un approccio analitico potrebbe comportare l'inserimento di valori discreti di tensione e corrente in una formula matematica e la rappresentazione grafica dei risultati, comunemente con l'asse x che rappresenta la tensione e l'asse y che rappresenta la corrente.
Questo approccio funziona, ma a volte è noioso. E come ogni appassionato di elettronica sa, il comportamento dei componenti nella vita reale può variare (spesso in gran parte) dalla formula che descrive il suo funzionamento.
Qui utilizzeremo un circuito (forma d'onda a dente di sega) per applicare una tensione crescente discreta al componente di cui vogliamo disegnare la curva VI e quindi utilizzare un oscilloscopio per visualizzare i risultati.
Tracciatore di curve semplici
Per tracciare una curva in tempo reale dobbiamo applicare valori di tensione discreti successivi al nostro dispositivo in prova, quindi come può essere fatto?
La soluzione al nostro problema è la forma d'onda a dente di sega.
La forma d'onda a dente di sega aumenta linearmente e torna periodicamente a zero. Ciò consente l'applicazione di una tensione in continuo aumento sul dispositivo in prova e produce una traccia continua su un grafico (in questo caso l'oscilloscopio).
Un oscilloscopio in modalità XY viene utilizzato per "leggere" il circuito. L' asse X è connesso al dispositivo in prova e l'asse Y è connesso alla forma d'onda Sawtooth.
Il circuito utilizzato qui è una semplice variazione di un tracciatore di curve che utilizza parti comuni come il timer 555 e l'amplificatore operazionale LM358.
Componenti richiesti
1. Per il timer
- 555 timer - qualsiasi variante
- Condensatore elettrolitico 10uF (disaccoppiamento)
- Condensatore ceramico 100nF (disaccoppiamento)
- Resistenza 1K (sorgente di corrente)
- Resistenza 10K (sorgente di corrente)
- Transistor PNP BC557 o equivalente
- Condensatore elettrolitico 10uF (temporizzazione)
2. Per l'amplificatore operazionale
- LM358 o amplificatore operazionale comparabile
- Condensatore elettrolitico 10uF (disaccoppiamento)
- Condensatore ceramico 10nF (accoppiamento AC)
- Resistenza 10M (accoppiamento AC)
- Resistenza di prova (dipende dal dispositivo sotto test, di solito tra 50 ohm e poche centinaia di ohm.)
Schema elettrico
Spiegazione di lavoro
1. Il 555 Timer
Il circuito utilizzato qui è una semplice variazione del classico circuito astabile 555 che funzionerà come generatore di forme d'onda a dente di sega.
Di solito il resistore di temporizzazione viene alimentato attraverso un resistore collegato all'alimentazione, ma qui è collegato a una sorgente di corrente costante (grezza).
L'alimentazione di corrente costante funziona fornendo una tensione di polarizzazione base-emettitore fissa, risultando in una corrente di collettore (alquanto) costante. La carica di un condensatore utilizzando una corrente costante produce una forma d'onda a rampa lineare.
Questa configurazione deriva l'uscita direttamente dall'uscita del condensatore (che è la rampa a dente di sega che stiamo cercando) e non dal pin 3, che qui fornisce impulsi negativi stretti.
Questo circuito è intelligente nel senso che utilizza il meccanismo interno del 555 per controllare un generatore di rampa sorgente-condensatore a corrente costante.
2. L'amplificatore
Poiché l'uscita è derivata direttamente dal condensatore (che viene caricato dalla sorgente di corrente), la corrente disponibile per alimentare il dispositivo in prova (DUT) è essenzialmente zero.
Per risolvere questo problema, stiamo usando il classico operazionale LM358 come buffer di tensione (e quindi corrente). Ciò aumenta in qualche modo la corrente disponibile per il DUT.
La forma d'onda a dente di sega del condensatore oscilla tra 1/3 e 2/3 Vcc (azione 555), il che è inutilizzabile in un tracciatore di curve poiché la tensione non sale da zero dando una traccia "incompleta". Per risolvere questo problema, l'ingresso del 555 è accoppiato in CA all'ingresso del buffer.
Il resistore da 10M è un po 'di magia nera: durante i test si è scoperto che se il resistore non veniva aggiunto, l'uscita fluttuava semplicemente su Vcc e rimaneva lì! Ciò è dovuto alla capacità di ingresso parassita - insieme all'elevata impedenza di ingresso, forma un integratore! Il resistore da 10M è sufficiente per scaricare questa capacità parassita ma non abbastanza per caricare in modo significativo il circuito a corrente costante.
Come migliorare i risultati del tracciamento delle curve
Poiché questo circuito coinvolge alte frequenze e alte impedenze, è necessaria un'attenta costruzione per prevenire rumori e oscillazioni indesiderati.
Si raccomanda un ampio disaccoppiamento. Per quanto possibile, cerca di evitare il breadboard di questo circuito e usa invece un PCB o un perfboard.
Questo circuito è molto rozzo e quindi capriccioso. Si consiglia di alimentare questo circuito da una sorgente di tensione variabile. Anche un LM317 funzionerà in un attimo. Questo circuito è più stabile a circa 7,5 V.
Un'altra cosa importante da considerare è l' impostazione della scala orizzontale sull'oscilloscopio: se è troppo alto, tutto il rumore a bassa frequenza rende la traccia sfocata e se è troppo basso non ci sono dati sufficienti per ottenere una traccia "completa". Anche in questo caso, questo dipende dall'impostazione dell'alimentatore.
Ottenere una traccia utilizzabile richiede un'attenta regolazione della base dei tempi dell'oscilloscopio e della tensione di ingresso.
Se si desiderano misurazioni utili, è necessario un resistore di prova e la conoscenza delle caratteristiche dell'uscita opamp. Con un po 'di matematica si possono ottenere buoni valori.
Come utilizzare Curve Tracer Circuit
Ci sono due semplici cose da tenere a mente: l' asse X rappresenta la tensione e l'asse Y rappresenta la corrente.
Su un oscilloscopio, sondare l'asse X è abbastanza semplice: la tensione è "così com'è", ovvero corrisponde ai volt per divisione impostati sull'oscilloscopio.
L' asse Y o corrente è leggermente più complicato. Non stiamo misurando direttamente la corrente qui, invece stiamo misurando la tensione caduta attraverso il resistore di prova come risultato della corrente attraverso il circuito.
È sufficiente misurare il valore della tensione di picco sull'asse Y. In questo caso, è 2V, come mostrato nella figura precedente.
Quindi la corrente di picco attraverso il circuito di prova è
I spazzare = V di picco / R prova.
Questo rappresenta l'intervallo di corrente di "scansione", da 0 a scansione.
A seconda dell'impostazione, il grafico può estendersi in tante divisioni sullo schermo quante sono quelle disponibili. Quindi la corrente per divisione è semplicemente la corrente di picco divisa per il numero di divisioni a cui si estende il grafico, in altre parole la linea parallela all'asse X dove tocca la "punta" superiore del grafico.
Tracciamento della curva per diodo
Tutto il rumore e il fuzz descritti sopra sono visibili qui.
Tuttavia, la curva del diodo può essere chiaramente vista, con il punto "ginocchio" a 0,7 V (notare i 500 mV per scala di divisione X).
Si noti che l'asse X corrisponde esattamente con lo 0,7 V previsto, il che giustifica la natura "così com'è" della lettura dell'asse X.
La resistenza di prova utilizzata qui era 1K, quindi l'intervallo di corrente era compreso tra 0 mA e 2 mA. Qui il grafico non supera le due divisioni (approssimativamente), quindi una scala approssimativa sarebbe 1mA / divisione.
Tracciamento della curva per il resistore
I resistori sono elettricamente i dispositivi più semplici, con una curva VI lineare, nota anche come legge di Ohm, R = V / I. È ovvio che i resistori di valore basso hanno pendenze ripide (I maggiore per una data V) e le resistenze di valore alto hanno pendenze più dolci (meno I per una V data).
La resistenza di prova qui era di 100 Ohm, quindi l'intervallo di corrente era 0 mA - 20 mA. Poiché il grafico si estende a 2,5 divisioni, la corrente per divisione è 8mA.
La corrente aumenta di 16 mA per un volt, quindi la resistenza è 1 V / 16 mA = 62 Ohm, il che è appropriato poiché un potenziometro da 100 Ohm era il DUT.
Tracciamento della curva per transistor
Poiché il transistor è un dispositivo a tre terminali, il numero di misurazioni che è possibile effettuare è piuttosto elevato, tuttavia, solo alcune di queste misurazioni trovano uso comune, una delle quali è la dipendenza della tensione del collettore dalla corrente di base (entrambe riferite a massa, ovviamente) a una corrente di collettore costante.
Utilizzando il nostro tracciatore di curve questo dovrebbe essere un compito facile. La base è agganciata ad un bias costante e l'asse X al collettore. La resistenza di prova fornisce la corrente "costante".
La traccia risultante dovrebbe essere simile a questa:
I B Vs V CE
Nota che il grafico mostrato sopra è una scala logaritmica, ricorda che l'oscilloscopio è lineare per impostazione predefinita.
Quindi i traccianti della curva sono dispositivi che producono tracce VI per componenti semplici e aiutano ad acquisire una comprensione intuitiva delle caratteristiche dei componenti.