- Simple Curve Tracer
- Komponenter, der kræves
- Kredsløbsdiagram
- Arbejdsforklaring
- Sådan forbedres kurvesporingsresultaterne
- Sådan bruges Curve Tracer Circuit
- Kurvesporing til diode
- Kurvesporing til modstand
- Kurvesporing til transistor
Det meste af elektronik beskæftiger sig med sporingskurver, det være sig den karakteristiske overføringskurve for en tilbagekoblingssløjfe, en modstands lige VI-linje eller en transistors kollektorspænding versus strømkurve.
Disse kurver giver os en intuitiv forståelse af, hvordan en enhed opfører sig i et kredsløb. En analytisk tilgang kan involvere tilslutning af diskrete spændings- og strømværdier til en matematisk formel og graftegning af resultaterne, ofte med x-aksen, der repræsenterer spænding, og y-aksen repræsenterer strøm.
Denne tilgang fungerer, men nogle gange er den kedelig. Og som enhver elektronikhobbyist ved, kan komponenters opførsel i det virkelige liv variere (ofte stort set) fra den formel, der beskriver dens funktion.
Her bruger vi et kredsløb (Sawtooth-bølgeform) til at anvende diskret stigende spænding på den komponent, hvis VI-kurve vi vil tegne, og brug derefter et oscilloskop til at se resultaterne.
Simple Curve Tracer
For at tegne en kurve i realtid er vi nødt til at anvende successive diskrete spændingsværdier på vores enhed, der testes, så hvordan kan det gøres?
Løsningen på vores problem er Sawtooth Waveform.
Sawtooth-bølgeformen stiger lineært og går periodisk tilbage til nul. Dette muliggør anvendelse af en kontinuerligt stigende spænding på enheden, der testes, og producerer en kontinuerlig spor på en graf (i dette tilfælde oscilloskopet).
Et oscilloskop i XY-tilstand bruges til at 'læse' kredsløbet. Den X-aksen er forbundet til indretningen under test og Y-aksen er tilsluttet Sawtooth bølgeform.
Det kredsløb, der bruges her, er en simpel variation af en kurvespor ved hjælp af fælles dele som 555-timeren og LM358 op-amp.
Komponenter, der kræves
1. Til timeren
- 555 timer - en hvilken som helst variant
- 10uF elektrolytkondensator (afkobling)
- 100nF keramisk kondensator (afkobling)
- 1K modstand (nuværende kilde)
- 10K modstand (nuværende kilde)
- BC557 PNP transistor eller tilsvarende
- 10uF elektrolytkondensator (timing)
2. Til Op-amp forstærker
- LM358 eller lignende opamp
- 10uF elektrolytkondensator (afkobling)
- 10nF keramisk kondensator (AC-kobling)
- 10M modstand (AC kobling)
- Testmodstand (afhænger af enheden, der testes, normalt mellem 50 ohm og et par hundrede ohm.)
Kredsløbsdiagram
Arbejdsforklaring
1. 555-timeren
Det kredsløb, der anvendes her, er en simpel variation af det klassiske 555 astable kredsløb, der fungerer som Sawtooth-bølgeformgenerator.
Normalt tilføres timing-modstanden gennem en modstand, der er tilsluttet strømforsyningen, men her er den tilsluttet en (rå) konstant strømkilde.
Den konstante strømforsyning fungerer ved at tilvejebringe en fast base-emitter-forspænding, hvilket resulterer i en (noget) konstant kollektorstrøm. Opladning af en kondensator ved hjælp af en konstant strøm resulterer i en lineær rampebølgeform.
Denne konfiguration stammer output direkte fra kondensatorudgangen (som er savtandrampen, vi leder efter) og ikke fra pin 3, som giver smalle negative impulser her.
Dette kredsløb er smart i den forstand, at det bruger 555's interne mekanisme til at styre en konstant strømkilde-kondensator rampe generator.
2. Forstærkeren
Da output er afledt direkte fra kondensatoren (som oplades fra den aktuelle kilde), er den tilgængelige strøm til at drive enheden under test (DUT) i det væsentlige nul.
For at løse dette bruger vi den klassiske LM358 opamp som en spændingsbuffer (og derfor strøm). Dette øger DUT's nuværende strøm.
Kondensatoren Sawtooth-bølgeform svinger mellem 1/3 og 2/3 Vcc (555 handling), hvilket er ubrugeligt i en kurvespor, da spændingen ikke rampes fra nul, hvilket giver et 'ufuldstændigt' spor. For at løse dette er input fra 555 AC koblet til buffer input.
10M modstanden er lidt sort magi - det blev fundet ud af under testning, at hvis modstanden ikke blev tilføjet, svømmede output simpelthen til Vcc og blev der! Dette skyldes den parasitære indgangskapacitans - sammen med den høje indgangsimpedans danner den en integrator! 10M-modstanden er nok til at aflade denne parasitære kapacitans, men ikke nok til at indlæse konstant strømkredsen væsentligt.
Sådan forbedres kurvesporingsresultaterne
Da dette kredsløb involverer høje frekvenser og høje impedanser, er det nødvendigt med omhyggelig konstruktion for at forhindre uønsket støj og svingning.
Der anbefales rigelig afkobling. Så vidt muligt skal du prøve at undgå at gå om bord på dette kredsløb og i stedet bruge et printkort eller et perfboard.
Dette kredsløb er meget groft og dermed temperamentsfuldt. Det anbefales at drive dette kredsløb fra en variabel spændingskilde. Selv en LM317 fungerer i en knivspids. Dette kredsløb er mest stabilt ved omkring 7,5 V.
En anden vigtig ting at overveje er den vandrette skalaindstilling på omfanget - hvis det er for højt, gør al lavfrekvent støj sporet uklart, og hvis det er for lavt, er der ikke nok data til at få et 'komplet' spor. Igen afhænger dette af strømforsyningsindstillingen.
At få et brugbart spor kræver omhyggelig indstilling af oscilloskopets tidsbaseindstilling og indgangsspænding.
Hvis du vil have nyttige målinger, kræves en testmodstand og kendskab til opamp-outputegenskaber. Med lidt matematik kan gode værdier opnås.
Sådan bruges Curve Tracer Circuit
Der er to enkle ting at huske på - X-aksen repræsenterer spændingen og Y-aksen repræsenterer strømmen.
På et oscilloskop er sondering af X-aksen ret enkel - spændingen er 'som den er', dvs. svarer til volt pr. Division indstillet på oscilloskopet.
The Y eller aktuelle akse er lidt tricky. Vi måler ikke direkte strømmen her, i stedet måler vi spændingen, der er faldet over testmodstanden som et resultat af strømmen gennem kredsløbet.
Det er nok, hvis vi måler spændingsværdien på Y-aksen. I dette tilfælde er det 2V, som det fremgår af den foregående figur.
Så topstrømmen gennem testkredsløbet er
Jeg fejer = V peak / R test.
Dette repræsenterer det 'feje' nuværende interval fra 0 - Jeg fejer.
Afhængigt af indstillingen kan grafen strække sig ind i så mange divisioner på skærmen som den tilgængelige. Så strømmen pr. Division er simpelthen topstrømmen divideret med antallet af divisioner, som grafen strækker sig til, med andre ord linjen parallelt med X-aksen, hvor grafens øverste 'tip' berører.
Kurvesporing til diode
Al støj og fuzz beskrevet ovenfor ses her.
Diodekurven kan dog tydeligt ses med 'knæ'-punktet på 0,7V (bemærk 500mV pr. Division X-skala).
Bemærk, at X-aksen svarer nøjagtigt til den forventede 0,7 V, hvilket retfærdiggør 'som det er' arten af X-akselæsningen.
Den anvendte testmodstand var 1K, så det aktuelle interval var fra 0mA - 2mA. Her overstiger grafen ikke to divisioner (ca.), så en grov skala ville være 1mA / division.
Kurvesporing til modstand
Modstande er elektrisk de enkleste enheder med en lineær VI-kurve, aka Ohms lov, R = V / I. Det er indlysende, at modstande med lav værdi har stejle skråninger (højere I for given V), og modstande med høj værdi har mere blide skråninger (mindre I for given V).
Testmodstanden her var 100 ohm, så det aktuelle interval var 0mA - 20mA. Da grafen strækker sig til 2,5 divisioner, er den aktuelle per division 8mA.
Strømmen stiger 16mA for en volt, så modstanden er 1V / 16mA = 62 Ohm, hvilket er passende, da en 100 Ohm potte var DUT.
Kurvesporing til transistor
Da transistoren er en treterminalenhed, er antallet af målinger, der kan foretages, ret stort, men kun få af disse målinger finder almindelig anvendelse, hvoraf den ene er afhængigheden af kollektorspændingen på basisstrømmen (begge henvist til jord, naturligvis) ved en konstant samlerstrøm.
Ved hjælp af vores kurvespor skal dette være en let opgave. Basen er tilsluttet en konstant forspænding og X-aksen til samleren. Testmodstanden tilvejebringer den 'konstante' strøm.
Det resulterende spor skal se sådan ud:
I B Vs V CE
Bemærk, at grafen vist ovenfor er en logskala, husk at oscilloskopet er lineært som standard.
Så Curve tracers er enheder, der producerer VI-spor til enkle komponenter og hjælper med at få en intuitiv forståelse af komponentegenskaber.