วงจรตัวติดตามเส้นโค้งอย่างง่าย: การติดตามเส้นโค้งสำหรับตัวต้านทานไดโอดและทรานซิสเตอร์

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับTracing Curvesไม่ว่าจะเป็นเส้นโค้งการถ่ายโอนลักษณะเฉพาะสำหรับลูปป้อนกลับเส้น VI ตรงของตัวต้านทานหรือแรงดันตัวสะสมของทรานซิสเตอร์เทียบกับเส้นโค้งปัจจุบัน

เส้นโค้งเหล่านี้ทำให้เราเข้าใจได้ง่ายว่าอุปกรณ์ทำงานอย่างไรในวงจร แนวทางการวิเคราะห์อาจเกี่ยวข้องกับการเสียบค่าแรงดันไฟฟ้าและค่ากระแสที่ไม่ต่อเนื่องลงในสูตรทางคณิตศาสตร์และสร้างกราฟผลลัพธ์โดยทั่วไปแกน x จะแสดงแรงดันไฟฟ้าและแกน y แทนกระแส

วิธีนี้ใช้ได้ผล แต่บางครั้งก็น่าเบื่อ และอย่างที่นักงานอดิเรกอิเล็กทรอนิกส์ทุกคนรู้พฤติกรรมของส่วนประกอบในชีวิตจริงอาจแตกต่างกันไป (โดยมาก) จากสูตรที่อธิบายการทำงานของมัน

ในที่นี้เราจะใช้วงจร (รูปคลื่นฟันเลื่อย) เพื่อใช้แรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นแบบไม่ต่อเนื่องกับส่วนประกอบที่เราต้องการวาดเส้นโค้ง VI จากนั้นใช้ Oscilloscope เพื่อดูผลลัพธ์

Simple Curve Tracer

ในการพล็อตเส้นโค้งตามเวลาจริงเราจำเป็นต้องใช้ค่าแรงดันไฟฟ้าแบบไม่ต่อเนื่องต่อเนื่องกับอุปกรณ์ของเราภายใต้การทดสอบดังนั้นจะทำได้อย่างไร?

วิธีแก้ปัญหาของเราคือ Sawtooth Waveform

รูปคลื่นของฟันเลื่อยเพิ่มขึ้นในเชิงเส้นและกลับไปที่ศูนย์เป็นระยะ สิ่งนี้ช่วยให้สามารถใช้แรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องบนอุปกรณ์ภายใต้การทดสอบและสร้างการติดตามอย่างต่อเนื่องบนกราฟ (ในกรณีนี้คือออสซิลโลสโคป)

ออสซิลโลสโคปในโหมด XY ใช้เพื่อ 'อ่าน' วงจร แกน X มีการเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ภายใต้การทดสอบและแกน Y จะเชื่อมต่อกับรูปแบบของคลื่นฟันเลื่อย

วงจรที่ใช้ที่นี่เป็นรูปแบบง่ายๆของตัวติดตามเส้นโค้งโดยใช้ชิ้นส่วนทั่วไปเช่นตัวจับเวลา 555 และแอมป์ LM358

ส่วนประกอบที่จำเป็น

1. สำหรับ Timer

• 555 ตัวจับเวลา - ตัวแปรใด ๆ
• ตัวเก็บประจุไฟฟ้า 10uF (แยก)
• ตัวเก็บประจุเซรามิก 100nF (แยก)
• ตัวต้านทาน 1K (แหล่งกระแส)
• ตัวต้านทาน 10K (แหล่งกระแส)
• BC557 ทรานซิสเตอร์ PNP หรือเทียบเท่า
• ตัวเก็บประจุไฟฟ้า 10uF (เวลา)

2. สำหรับ Op-amp Amplifier

• LM358 หรือ opamp ที่เทียบเคียงได้
• ตัวเก็บประจุไฟฟ้า 10uF (แยก)
• ตัวเก็บประจุเซรามิก 10nF (ข้อต่อ AC)
• ตัวต้านทาน 10M (ข้อต่อ AC)
• ตัวต้านทานทดสอบ (ขึ้นอยู่กับอุปกรณ์ที่ทดสอบโดยปกติจะอยู่ระหว่าง 50 โอห์มและไม่กี่ร้อยโอห์ม)

แผนภูมิวงจรรวม

คำอธิบายการทำงาน

1. ตัวจับเวลา 555

วงจรที่ใช้ในที่นี้เป็นรูปแบบง่ายๆของวงจรคลาสสิก 555 astable ซึ่งจะทำงานเป็นเครื่องกำเนิดรูปคลื่นฟันเลื่อย

โดยปกติตัวต้านทานเวลาจะถูกป้อนผ่านตัวต้านทานที่เชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟ แต่ที่นี่จะเชื่อมต่อกับแหล่งกระแสคงที่ (ดิบ)

แหล่งจ่ายกระแสคงที่ทำงานโดยการให้แรงดันไบแอสฐานตัวปล่อยคงที่ส่งผลให้กระแสสะสมคงที่ (ค่อนข้าง) การชาร์จตัวเก็บประจุโดยใช้กระแสคงที่ส่งผลให้เกิดรูปคลื่นเชิงเส้น

การกำหนดค่านี้ได้รับเอาต์พุตโดยตรงจากเอาต์พุตของตัวเก็บประจุ (ซึ่งเป็นทางลาดของฟันเลื่อยที่เรากำลังมองหา) ไม่ใช่จากพิน 3 ซึ่งให้พัลส์ลบแคบที่นี่

วงจรนี้ฉลาดในแง่ที่ใช้กลไกภายในของ 555 เพื่อควบคุมเครื่องกำเนิดทางลาดของตัวเก็บประจุแหล่งจ่ายกระแสคงที่

2. เครื่องขยายเสียง

เนื่องจากเอาต์พุตได้มาโดยตรงจากตัวเก็บประจุ (ซึ่งชาร์จจากแหล่งกระแส) กระแสไฟฟ้าที่มีอยู่ในการจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ที่อยู่ระหว่างการทดสอบ (DUT) จึงมีค่าเป็นศูนย์

ในการแก้ไขปัญหานี้เราใช้ opamp LM358 แบบคลาสสิกเป็นบัฟเฟอร์แรงดันไฟฟ้า (และเป็นกระแส) สิ่งนี้ค่อนข้างเพิ่มกระแสที่มีให้กับ DUT

รูปคลื่นของตัวเก็บประจุฟันเลื่อยจะแกว่งระหว่าง 1/3 ถึง 2/3 Vcc (555 action) ซึ่งไม่สามารถใช้งานได้ในตัวติดตามเส้นโค้งเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าไม่ได้เพิ่มขึ้นจากศูนย์ทำให้มีร่องรอย 'ไม่สมบูรณ์' ในการแก้ไขปัญหานี้อินพุตจาก 555 เป็น AC คู่กับอินพุตบัฟเฟอร์

ตัวต้านทาน 10M เป็นมนต์ดำเล็กน้อยซึ่งพบในระหว่างการทดสอบว่าหากไม่ได้เพิ่มตัวต้านทานเอาต์พุตก็จะลอยไปที่ Vcc และอยู่ที่นั่น! นี่เป็นเพราะความจุอินพุตของกาฝาก - พร้อมกับอิมพีแดนซ์อินพุตที่สูงทำให้เป็นอินทิเกรเตอร์! ตัวต้านทาน 10M เพียงพอที่จะปลดปล่อยความจุของปรสิตนี้ แต่ไม่เพียงพอที่จะโหลดวงจรกระแสคงที่อย่างมีนัยสำคัญ

วิธีปรับปรุง Curve Tracing Results

เนื่องจากวงจรนี้เกี่ยวข้องกับความถี่สูงและอิมพีแดนซ์สูงจึงจำเป็นต้องมีการก่อสร้างอย่างระมัดระวังเพื่อป้องกันเสียงรบกวนและการสั่นที่ไม่ต้องการ

แนะนำให้แยกส่วนที่เพียงพอ เท่าที่จะทำได้พยายามหลีกเลี่ยงการเขียงหั่นขนมวงจรนี้และใช้ PCB หรือเพอร์บอร์ดแทน

วงจรนี้หยาบมากและด้วยเหตุนี้จึงเจ้าอารมณ์ ขอแนะนำให้จ่ายไฟวงจรนี้จากแหล่งแรงดันไฟฟ้าตัวแปร แม้ LM317 จะทำงานได้อย่างรวดเร็ว วงจรนี้เสถียรที่สุดที่ประมาณ 7.5V

สิ่งสำคัญอีกอย่างที่ต้องพิจารณาคือการตั้งค่ามาตราส่วนแนวนอนบนขอบเขต - หากสูงเกินไปสัญญาณรบกวนความถี่ต่ำทั้งหมดจะทำให้การติดตามไม่ชัดเจนและถ้าต่ำเกินไปก็จะไม่มีข้อมูลเพียงพอที่จะรับการติดตามที่ 'สมบูรณ์ อีกครั้งขึ้นอยู่กับการตั้งค่าแหล่งจ่ายไฟ

การได้รับการติดตามที่ใช้งานได้จำเป็นต้องมีการปรับตั้งค่าฐานเวลาของออสซิลโลสโคปและแรงดันไฟฟ้าเข้าอย่างระมัดระวัง

หากคุณต้องการการวัดที่มีประโยชน์จำเป็นต้องใช้ตัวต้านทานทดสอบและความรู้เกี่ยวกับลักษณะเอาต์พุตของ opamp ด้วยค่าความดีทางคณิตศาสตร์เล็กน้อยสามารถรับได้

วิธีใช้ Curve Tracer Circuit

มีสองสิ่งที่ง่ายที่จะเก็บไว้ในใจ - The และแกน Y แกน X แสดงให้เห็นถึงแรงดันหมายถึงปัจจุบัน

บนออสซิลโลสโคปการตรวจสอบแกน X นั้นค่อนข้างง่าย - แรงดันไฟฟ้าคือ 'ตามสภาพ' กล่าวคือสอดคล้องกับโวลต์ต่อการหารที่ตั้งไว้บนออสซิลโลสโคป

Y หรือปัจจุบันแกนเป็นเล็กน้อย trickier เราไม่ได้วัดกระแสโดยตรงที่นี่ แต่เรากำลังวัดแรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อมตัวต้านทานทดสอบอันเป็นผลมาจากกระแสไฟฟ้าผ่านวงจร

ก็เพียงพอแล้วถ้าเราวัดค่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุดบนแกน Y ในกรณีนี้คือ 2V ดังที่เห็นในรูปก่อนหน้า

ดังนั้นกระแสไฟฟ้าสูงสุดผ่านวงจรทดสอบคือ

ฉัน_กวาด = V _{สูงสุด} / R ทดสอบ

นี้หมายถึง 'กวาด' ช่วงปัจจุบันจาก 0 - ฉันกวาด

กราฟสามารถขยายออกเป็นส่วนต่างๆบนหน้าจอได้มากเท่าที่มีอยู่ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับการตั้งค่า ดังนั้นกระแสต่อการหารจึงเป็นเพียงกระแสสูงสุดหารด้วยจำนวนการหารที่กราฟขยายไปหรือกล่าวอีกนัยหนึ่งคือเส้นคู่ขนานกับแกน X โดยที่ 'ปลาย' ด้านบนของกราฟสัมผัส

Curve Tracing สำหรับ Diode

เสียงรบกวนและความคลุมเครือทั้งหมดที่อธิบายไว้ข้างต้นมีให้เห็นที่นี่

อย่างไรก็ตามสามารถมองเห็นเส้นโค้งของไดโอดได้อย่างชัดเจนโดยมีจุด 'หัวเข่า' อยู่ที่ 0.7V (สังเกตที่ระดับ 500mV ต่อส่วน X)

โปรดทราบว่าแกน X สอดคล้องกับ 0.7V ที่คาดไว้ทุกประการซึ่งแสดงให้เห็นถึงลักษณะ 'ตามสภาพ' ของการอ่านแกน X

ความต้านทานการทดสอบที่ใช้ที่นี่คือ 1K ดังนั้นช่วงปัจจุบันจึงอยู่ระหว่าง 0mA - 2mA ที่นี่กราฟต้องไม่เกินสองดิวิชั่น (โดยประมาณ) ดังนั้นสเกลคร่าวๆจะเป็น 1mA / การหาร

Curve Tracing สำหรับ Resistor

ตัวต้านทานเป็นอุปกรณ์ที่ง่ายที่สุดในทางไฟฟ้าโดยมีเส้นโค้ง VI เชิงเส้นหรือที่เรียกว่ากฎของโอห์ม R = V / I เห็นได้ชัดว่าตัวต้านทานค่าต่ำมีทางลาดชัน (I สูงกว่าสำหรับ V ที่กำหนด) และตัวต้านทานค่าสูงจะมีความลาดชันที่นุ่มนวลกว่า (น้อยกว่า I สำหรับ V ที่กำหนด)

ความต้านทานการทดสอบที่นี่คือ 100 โอห์มดังนั้นช่วงปัจจุบันคือ 0mA - 20mA เนื่องจากกราฟขยายเป็น 2.5 ดิวิชั่นกระแสต่อการหารคือ 8mA

กระแสเพิ่มขึ้น 16mA สำหรับโวลต์ดังนั้นความต้านทานคือ 1V / 16mA = 62 โอห์มซึ่งเหมาะสมเนื่องจากหม้อ 100 โอห์มเป็น DUT

Curve Tracing สำหรับทรานซิสเตอร์

เนื่องจากทรานซิสเตอร์เป็นอุปกรณ์เทอร์มินัลสามเครื่องจำนวนการวัดที่สามารถทำได้จึงค่อนข้างมากอย่างไรก็ตามการวัดเหล่านี้มีเพียงไม่กี่ตัวเท่านั้นที่พบการใช้งานทั่วไปซึ่งหนึ่งในนั้นคือการพึ่งพาแรงดันไฟฟ้าของตัวสะสมกับกระแสฐาน (ทั้งสองอ้างอิงกับกราวด์ แน่นอน) ที่ตัวสะสมคงที่ในปัจจุบัน

การใช้เครื่องมือติดตามเส้นโค้งของเราสิ่งนี้น่าจะเป็นเรื่องง่าย ฐานเชื่อมต่อกับอคติคงที่และแกน X กับตัวเก็บรวบรวม ความต้านทานการทดสอบให้กระแสไฟฟ้า 'คงที่'

การติดตามผลลัพธ์ควรมีลักษณะดังนี้:

ฉัน_B Vs V _CE

โปรดทราบว่ากราฟที่แสดงด้านบนเป็นมาตราส่วนบันทึกโปรดจำไว้ว่าออสซิลโลสโคปเป็นเส้นตรงตามค่าเริ่มต้น

เครื่องมือติดตามเส้นโค้งจึงเป็นอุปกรณ์ที่สร้างร่องรอย VI สำหรับส่วนประกอบที่เรียบง่ายและช่วยให้เข้าใจลักษณะของส่วนประกอบได้ง่าย