دارة تتبع منحنى بسيطة: تتبع منحنى المقاوم والصمام الثنائي والترانزستور

تتعامل معظم الإلكترونيات مع منحنيات التتبع ، سواء كان ذلك منحنى النقل المميز لحلقة التغذية المرتدة ، أو خط VI المستقيم للمقاومة أو جهد المجمع الترانزستور مقابل منحنى التيار.

تمنحنا هذه المنحنيات فهمًا بديهيًا لكيفية تصرف الجهاز في الدائرة. قد يتضمن النهج التحليلي توصيل قيم التيار والجهد المنفصل في صيغة رياضية ورسم النتائج بيانيًا ، عادةً باستخدام المحور x الذي يمثل الجهد والمحور y الذي يمثل التيار.

هذا النهج يعمل ، لكنه في بعض الأحيان يكون مملاً. وكما يعلم كل هواة إلكترونيات ، يمكن أن يختلف سلوك المكونات في الحياة الواقعية (غالبًا إلى حد كبير) عن الصيغة التي تصف عملها.

هنا سنستخدم دائرة (شكل موجة سن المنشار) لتطبيق جهد متزايد منفصل على المكون الذي نريد رسم منحنى VI الخاص به ثم استخدام راسم الذبذبات لعرض النتائج.

منحنى بسيط الراسم

لرسم منحنى في الوقت الفعلي ، نحتاج إلى تطبيق قيم جهد منفصلة متتالية على أجهزتنا قيد الاختبار ، فكيف يمكن القيام بذلك؟

حل مشكلتنا هو شكل موجة سن المنشار.

يرتفع شكل موجة سن المنشار خطيًا ويعود إلى الصفر بشكل دوري. هذا يسمح بتطبيق جهد متزايد باستمرار على الجهاز قيد الاختبار وينتج تتبعًا مستمرًا على الرسم البياني (في هذه الحالة ، الذبذبات).

يستخدم راسم الذبذبات في الوضع XY "لقراءة" الدائرة. و يتم توصيل محور X إلى الجهاز تحت الاختبار ويتم توصيل محور Y لالموجي ساوتوث.

الدائرة المستخدمة هنا عبارة عن تباين بسيط في تتبع المنحنى باستخدام الأجزاء الشائعة مثل المؤقت 555 و LM358 op-amp.

المكونات مطلوبة

1. للمؤقت

• مؤقت 555 - أي متغير
• 10 فائق التوهج مكثف كهربائيا (فصل)
• مكثف سيراميك 100nF (فصل)
• 1K المقاوم (المصدر الحالي)
• 10K المقاوم (المصدر الحالي)
• الترانزستور BC557 PNP أو ما يعادله
• 10 فائق التوهج مكثف كهربائيا (توقيت)

2. لمكبر الصوت Op-amp

• LM358 أو opamp مماثلة
• 10 فائق التوهج مكثف كهربائيا (فصل)
• 10nF مكثف سيراميك (اقتران AC)
• 10 متر المقاوم (اقتران التيار المتردد)
• اختبار المقاوم (يعتمد على الجهاز قيد الاختبار ، عادة بين 50 أوم وبضع مئات أوم.)

مخطط الرسم البياني

شرح العمل

1. 555 الموقت

الدائرة المستخدمة هنا عبارة عن تباين بسيط للدائرة المستقرة الكلاسيكية 555 والتي ستعمل كمولد موجي سن المنشار.

عادةً ما يتم تغذية مقاوم التوقيت من خلال المقاوم المتصل بمصدر الطاقة ، ولكن هنا متصل بمصدر تيار ثابت (خام).

يعمل التيار المستمر من خلال توفير جهد انحياز ثابت للقاعدة الباعثة ، مما ينتج عنه تيار جامع ثابت (إلى حد ما). ينتج عن شحن مكثف باستخدام تيار ثابت شكل موجة منحدر خطي.

يستمد هذا التكوين الناتج مباشرة من خرج المكثف (وهو منحدر سن المنشار الذي نبحث عنه) وليس من الدبوس 3 ، والذي يوفر نبضات سالبة ضيقة هنا.

هذه الدائرة ذكية بمعنى أنها تستخدم الآلية الداخلية 555 للتحكم في مولد منحدر مصدر مكثف تيار مستمر.

2. مكبر للصوت

نظرًا لأن الناتج مشتق مباشرة من المكثف (المشحون من المصدر الحالي) ، فإن التيار المتاح لتشغيل الجهاز قيد الاختبار (DUT) هو في الأساس صفر.

لإصلاح ذلك ، نستخدم LM358 opamp الكلاسيكي كمخزن مؤقت للجهد (وبالتالي الحالي). هذا يزيد إلى حد ما من التيار المتاح لـ DUT.

يتأرجح شكل موجة سن المنشار المكثف بين 1/3 و 2/3 Vcc (حركة 555) ، وهو غير قابل للاستخدام في تتبع المنحنى لأن الجهد لا ينحدر من الصفر مما يعطي أثرًا "غير مكتمل". لإصلاح هذا الإدخال من 555 هو AC مقترن بإدخال المخزن المؤقت.

المقاوم 10M هو شيء من السحر الأسود - تم اكتشافه أثناء الاختبار أنه إذا لم تتم إضافة المقاوم ، فإن الناتج ببساطة يطفو على Vcc ويبقى هناك! هذا بسبب سعة المدخلات الطفيلية - جنبًا إلى جنب مع مقاومة المدخلات العالية ، فإنها تشكل عامل تكامل! المقاومة 10M كافية لتفريغ هذه السعة الطفيلية ولكنها ليست كافية لتحميل دائرة التيار المستمر بشكل كبير.

كيفية تحسين نتائج تتبع المنحنى

نظرًا لأن هذه الدائرة تشتمل على ترددات عالية وممانعات عالية ، فإن البناء الدقيق ضروري لمنع الضوضاء والتذبذب غير المرغوب فيهما.

يوصى بفصل وافر. قدر الإمكان ، حاول تجنب استخدام هذه الدائرة واستخدم لوحة الدوائر المطبوعة أو لوحة التحكم بدلاً من ذلك.

هذه الدائرة بدائية للغاية وبالتالي مزاجية. يوصى بتشغيل هذه الدائرة من مصدر جهد متغير. حتى LM317 ستعمل في السؤال. هذه الدائرة هي الأكثر استقرارًا عند حوالي 7.5 فولت.

شيء مهم آخر يجب مراعاته هو إعداد المقياس الأفقي على النطاق - إذا كان مرتفعًا جدًا ، فإن كل ضوضاء التردد المنخفض تجعل التتبع غامضًا وإذا كان منخفضًا جدًا ، فلا توجد بيانات كافية للحصول على تتبع "كامل". مرة أخرى ، هذا يعتمد على إعداد مزود الطاقة.

يتطلب الحصول على تتبع صالح للاستخدام ضبطًا دقيقًا لإعداد القاعدة الزمنية للذبذبات وفولطية الدخل.

إذا كنت تريد قياسات مفيدة ، فإن المقاوم للاختبار ومعرفة خصائص خرج opamp مطلوب. مع القليل من الرياضيات يمكن الحصول على القيم الجيدة.

كيفية استخدام Curve Tracer Circuit

هناك شيئان بسيطان يجب مراعاتهما - يمثل المحور X الجهد ويمثل المحور Y التيار.

على راسم الذبذبات ، يعتبر فحص المحور X أمرًا بسيطًا للغاية - فالجهد "كما هو" ، أي يتوافق مع الفولت لكل قسم مضبوط على مرسمة الذبذبات.

و محور Y أو الحالي هو اصعب قليلا. نحن لا نقيس التيار هنا بشكل مباشر ، ولكننا نقيس الجهد الساقط عبر مقاوم الاختبار نتيجة للتيار عبر الدائرة.

يكفي إذا قمنا بقياس قيمة ذروة الجهد على المحور Y. في هذه الحالة ، يكون 2 فولت ، كما رأينا في الشكل السابق.

لذا فإن ذروة التيار عبر دائرة الاختبار هي

I _اكتساح = V _الذروة / R _{الاختبار}.

يمثل هذا النطاق الحالي "المسح" ، من 0 - أنا _امسح.

اعتمادًا على الإعداد ، يمكن أن يمتد الرسم البياني إلى أكبر عدد ممكن من الأقسام على الشاشة كما هو متاح. لذا فإن التيار لكل قسم هو ببساطة تيار الذروة مقسومًا على عدد الأقسام التي يمتد إليها الرسم البياني ، وبعبارة أخرى الخط الموازي للمحور X حيث يلمس "رأس" الرسم البياني العلوي.

منحنى تتبع للديود

يتم هنا مشاهدة كل الضوضاء والزغب الموصوفين أعلاه.

ومع ذلك ، يمكن رؤية منحنى الصمام الثنائي بوضوح ، مع نقطة "الركبة" عند 0.7 فولت (لاحظ 500mV لكل مقياس X قسم).

لاحظ أن المحور X يتوافق تمامًا مع 0.7V المتوقع ، وهو ما يبرر الطبيعة "كما هي" لقراءة المحور X.

كانت مقاومة الاختبار المستخدمة هنا 1K ، لذلك كان النطاق الحالي من 0mA - 2mA. هنا لا يتجاوز الرسم البياني قسمين (تقريبًا) ، لذا فإن المقياس التقريبي سيكون 1 مللي أمبير / قسم.

منحنى تتبع للمقاوم

المقاومات هي أبسط الأجهزة كهربائياً ، مع منحنى خطي VI ، ويعرف أيضًا باسم قانون أوم ، R = V / I. من الواضح أن المقاومات ذات القيمة المنخفضة لها منحدرات شديدة الانحدار (أعلى من قيمة V المعطاة) والمقاومات عالية القيمة لها منحدرات أكثر رقة (أقل أنا من أجل V المعطى).

كانت مقاومة الاختبار هنا 100 أوم ، لذا كان النطاق الحالي 0 مللي أمبير - 20 مللي أمبير. نظرًا لأن الرسم البياني يمتد إلى 2.5 قسمًا ، فإن التيار لكل قسم هو 8 مللي أمبير.

يرتفع التيار بمقدار 16 مللي أمبير للفولت ، لذا فإن المقاومة هي 1 فولت / 16 مللي أمبير = 62 أوم ، وهو أمر مناسب لأن وعاء 100 أوم كان DUT.

منحنى تتبع الترانزستور

نظرًا لأن الترانزستور عبارة عن جهاز طرفي ثلاثي ، فإن عدد القياسات التي يمكن إجراؤها كبير جدًا ، ومع ذلك ، فإن عددًا قليلاً فقط من هذه القياسات تجد استخدامًا شائعًا ، أحدها يعتمد على جهد المجمع على تيار القاعدة (كلاهما مشار إلى الأرض ، بالطبع) بتيار جامع ثابت.

يجب أن يكون استخدام أداة تتبع المنحنى مهمة سهلة. يتم توصيل القاعدة بانحياز ثابت والمحور X بالمجمع. توفر مقاومة الاختبار التيار "الثابت".

يجب أن يبدو التتبع الناتج مثل هذا:

أنا _B مقابل V _CE

لاحظ أن الرسم البياني الموضح أعلاه هو مقياس لوغاريتمي ، تذكر أن مرسمة الذبذبات خطية بشكل افتراضي.

لذا فإن أجهزة تتبع المنحنيات هي أجهزة تنتج تتبعات VI للمكونات البسيطة وتساعد على اكتساب فهم بديهي لخصائص المكونات.