Yksinkertainen käyrän jäljityspiiri: vastuksen, diodin ja transistorin käyrän jäljittäminen

Suurin osa elektroniikasta käsittelee jäljityskäyriä, olipa se sitten takaisinkytkentäsilmukan, vastuksen suoran VI-linjan tai transistorin kollektorijännitteen ja virtakäyrän ominaiskäyrä.

Nämä käyrät antavat meille intuitiivisen käsityksen siitä, miten laite käyttäytyy piirissä. Analyyttinen lähestymistapa voi liittää erillisten jännite- ja virta-arvojen kytkemisen matemaattiseen kaavaan ja tulosten piirtämisen, yleensä x-akselilla, joka edustaa jännitettä, ja y-akselilla, joka edustaa virtaa.

Tämä lähestymistapa toimii, mutta joskus se on ikävä. Ja kuten jokainen elektroniikan harrastaja tietää, komponenttien käyttäytyminen tosielämässä voi vaihdella (usein suurelta osin) sen toimintaa kuvaavasta kaavasta.

Tässä käytämme virtapiiriä (Sawtooth-aaltomuoto) erillisen kasvavan jännitteen kohdistamiseksi komponenttiin, jonka VI-käyrän haluamme piirtää, ja sitten tarkastelemme tuloksia oskilloskoopilla.

Yksinkertainen käyrän jäljitin

Käyrän piirtämiseksi reaaliajassa meidän on sovellettava peräkkäisiä erillisiä jännitearvoja testattavaan laitteeseemme, joten miten se voidaan tehdä?

Ratkaisu ongelmaan on Sawtooth Waveform.

Sahamaisen aaltomuoto nousee lineaarisesti ja palaa säännöllisesti takaisin nollaan. Tämä mahdollistaa jatkuvasti kasvavan jännitteen soveltamisen testattavaan laitteeseen ja tuottaa jatkuvan jäljen käyrälle (tässä tapauksessa oskilloskoopille).

XY-tilassa olevaa oskilloskooppia käytetään piirin 'lukemiseen'. X-akseli on kytketty testattavaan laitteeseen ja Y-akselilla on kytketty saha-aaltomuodon.

Tässä käytetty piiri on yksinkertainen muunnos käyrän merkkiaineesta käyttämällä yleisiä osia, kuten ajastinta 555 ja op-amp-LM358: ta.

Tarvittavat komponentit

1. Ajastimelle

555 ajastin - mikä tahansa vaihtoehto
10uF elektrolyyttikondensaattori (irrotus)
100nF keraaminen kondensaattori (irrotus)
1K vastus (virtalähde)
10K vastus (virtalähde)
BC557 PNP -transistori tai vastaava
10uF elektrolyyttikondensaattori (ajoitus)

2. Op-amp-vahvistimelle

LM358 tai vastaava opamp
10uF elektrolyyttikondensaattori (irrotus)
10nF keraaminen kondensaattori (AC-kytkentä)
10M vastus (AC-kytkentä)
Testivastus (riippuu testattavasta laitteesta, yleensä välillä 50 - muutama sata ohmia.)

Piirikaavio

Toimiva selitys

1. 555-ajastin

Tässä käytetty piiri on yksinkertainen muunnelma klassisesta 555-astable-piiristä, joka toimii sahanterän aaltomuodon generaattorina.

Tavallisesti ajoitusvastus syötetään virtalähteeseen kytketyn vastuksen kautta, mutta tässä se on kytketty (raaka) vakiovirtalähteeseen.

Jatkuva virransyöttö toimii tarjoamalla kiinteä emäs-emitterin esijännite, mikä johtaa (jonkin verran) vakiona kollektorivirtaan. Kondensaattorin lataaminen vakiovirralla johtaa lineaariseen ramppiaaltomuotoon.

Tämä kokoonpano saa lähdön suoraan kondensaattorin ulostulosta (joka on etsimämme sahahampuramppi) eikä nastasta 3, joka tarjoaa kapeat negatiiviset pulssit täällä.

Tämä piiri on älykäs siinä mielessä, että se käyttää 555: n sisäistä mekanismia vakiovirtalähteen ja kondensaattorin ramppigeneraattorin ohjaamiseen.

2. Vahvistin

Koska lähtö on johdettu suoraan kondensaattorista (joka ladataan virtalähteestä), testattavan laitteen virranottoon käytettävissä oleva virta (DUT) on olennaisesti nolla.

Tämän korjaamiseksi käytämme klassista LM358-opampia jännite- (ja siten virtapuskurina). Tämä lisää jonkin verran DUT: n käytettävissä olevaa virtaa.

Kondensaattorin Sawtooth-aaltomuoto värähtelee välillä 1/3 ja 2/3 Vcc (555 toiminta), mikä on käyttökelvoton käyrän merkkiaineessa, koska jännite ei nouse nollasta ja antaa 'epätäydellisen' jäljen. Tämän korjaamiseksi 555: n tulo kytketään vaihtovirtaan puskurituloon.

10 M vastus on vähän mustaa taikaa - testauksen aikana todettiin, että jos vastusta ei lisätty, lähtö vain kellui Vcc: lle ja pysyi siellä! Tämä johtuu loisen tulokapasitanssista - yhdessä suuren tuloimpedanssin kanssa se muodostaa integraattorin! 10 M: n vastus riittää purkamaan tämän loiskapasitanssin, mutta ei riitä lataamaan merkittävästi vakiovirtapiiriä.

Kuinka parantaa käyrän jäljitystuloksia

Koska tähän piiriin liittyy korkeita taajuuksia ja suuria impedansseja, tarvitaan huolellinen rakenne ei-toivotun melun ja värähtelyjen estämiseksi.

Runsaasti irrotusta suositellaan. Yritä välttää mahdollisuuksien mukaan tämän piirin leikkuulauta ja käytä sen sijaan piirilevyä tai perfboardia.

Tämä piiri on hyvin raaka ja siten temperamenttinen. On suositeltavaa virrata tämä piiri vaihtuvasta jännitelähteestä. Jopa LM317 toimii hyppysissä. Tämä piiri on vakain noin 7,5 V: n jännitteellä.

Toinen tärkeä asia, joka on otettava huomioon, on vaaka-asteikon asettaminen laajuudelle - jos se on liian korkea, kaikki matalataajuinen kohina tekee jäljestä sumeaan ja jos liian matala, ei ole tarpeeksi dataa 'täydellisen' jäljen saamiseksi. Tämä riippuu jälleen virtalähteen asetuksesta.

Käyttökelpoisen jäljen saaminen vaatii oskilloskoopin aika-alueen ja tulojännitteen huolellisen virittämisen.

Jos haluat hyödyllisiä mittauksia, tarvitaan testivastus ja tieto opampin lähtöominaisuuksista. Pienellä matematiikalla saadaan hyvät arvot.

Käyrän jäljityspiirin käyttö

On pidettävä mielessä kaksi yksinkertaista asiaa - X-akseli edustaa jännitettä ja Y-akseli edustaa virtaa.

Oskilloskoopilla X-akselin koetteleminen on melko yksinkertaista - jännite on 'sellaisenaan', ts. Vastaa oskilloskoopilla asetettua volttia jakoa kohti.

Y tai virta-akselin on hieman hankalampaa. Emme mittaa virtaa suoraan täällä, vaan mittaamme testivastuksen yli pudotetun jännitteen piirin läpi kulkevan virran seurauksena.

Riittää, jos mitataan huippujännitearvo Y-akselilla. Tässä tapauksessa se on 2 V, kuten edellisessä kuvassa nähdään.

Joten testipiirin läpi kulkeva huippuvirta on

I _pyyhkäisee = V _huippu / R _-testi.

Tämä edustaa 'lakaista' -virta-aluetta välillä 0 - _pyyhkäisy.

Asetuksesta riippuen kaavio voi ulottua niin monelle ruudulle kuin käytettävissä on. Joten virta jakoa kohti on yksinkertaisesti huippuvirta jaettuna jakojen lukumäärällä, johon kaavio ulottuu, toisin sanoen X-akselin suuntainen viiva, johon kaavion yläreunan kärki koskettaa.

Käyrän jäljitys diodille

Kaikki edellä kuvatut melut ja sumut nähdään täällä.

Diodikäyrä voidaan kuitenkin selvästi nähdä, kun polven piste on 0,7 V (huomaa 500 mV / jako X-asteikko).

Huomaa, että X-akseli vastaa tarkalleen odotettua 0,7 V: tä, mikä oikeuttaa X-akselin lukemisen sellaisenaan.

Tässä käytetty testiresistenssi oli 1K, joten virta-alue oli välillä 0mA - 2mA. Tässä kaavio ei ylitä kahta jakoa (suunnilleen), joten karkea asteikko olisi 1 mA / jako.

Käyrän jäljitys vastukselle

Vastukset ovat sähköisesti yksinkertaisia laitteita, lineaarisella VI-käyrällä, alias Ohmin lakilla, R = V / I. On selvää, että pieniarvoisilla vastuksilla on jyrkät kaltevuudet (suurempi I annetulle V: lle) ja suuriarvoisille vastuksille on pehmeämpi kaltevuus (vähemmän I annetulle V: lle).

Testiresistanssi oli tässä 100 ohmia, joten virta-alue oli 0 - 20 mA. Koska kaavio ulottuu 2,5 jakoon, virta jakoa kohden on 8 mA.

Virta nousee 16 mA jännitteelle, joten vastus on 1 V / 16 mA = 62 Ohmia, mikä on tarkoituksenmukaista, koska 100 Ohmin potti oli DUT.

Käyrän jäljitys transistorille

Koska transistori on kolmen päätelaite, suoritettavien mittausten määrä on melko suuri, mutta vain harvat näistä mittauksista löytävät yleistä käyttöä, joista yksi on kollektorijännitteen riippuvuus perusvirrasta (molemmat viittaavat maahan tietysti) vakiolla kollektorivirralla.

Käyrän merkkiaineemme käyttämisen pitäisi olla helppo tehtävä. Pohja on kiinnitetty jatkuvaan esijännitykseen ja X-akseli kollektoriin. Testivastus antaa 'vakion' virran.

Tuloksena olevan jäljen pitäisi näyttää tältä:

I _B Vs V _CE

Huomaa, että yllä esitetty kaavio on log-asteikko, muista, että oskilloskooppi on oletusarvoisesti lineaarinen.

Joten Curve-merkkiaineet ovat laitteita, jotka tuottavat VI-jälkiä yksinkertaisille komponenteille ja auttavat saamaan intuitiivisen käsityksen komponenttien ominaisuuksista.