簡單曲線示蹤電路：電阻器、二極管和晶體管的曲線示蹤

大多數(shù)電子學(xué)處理跟蹤曲線，無論是反饋回路的特性傳遞曲線，電阻器的直VI線還是晶體管的集電極電壓與電流曲線。

這些曲線使我們直觀地了解器件在電路中的行為。分析方法可能涉及將離散的電壓和電流值插入到數(shù)學(xué)公式中，并繪制結(jié)果的圖形，通常用x軸表示電壓，y軸表示電流。

這種方法是有效的，但有時(shí)很乏味。正如每一個(gè)電子愛好者所知道的那樣，在現(xiàn)實(shí)生活中，組件的行為可能(通常很大程度上)與描述其操作的公式不同。

在這里，我們將使用一個(gè)電路(鋸齒波形)對我們想要繪制VI曲線的組件施加離散遞增電壓，然后使用示波器查看結(jié)果。

簡單曲線描記器

為了實(shí)時(shí)繪制曲線，我們需要將連續(xù)的離散電壓值應(yīng)用于被測設(shè)備，那么如何做到這一點(diǎn)呢?

我們的問題的解決方案是鋸齒波形。

鋸齒形波形線性上升，周期性地回到零。這允許在被測器件上施加不斷增加的電壓，并在圖形上產(chǎn)生連續(xù)的跡線(在這種情況下是示波器)。

XY模式的示波器用于“讀取”電路。X軸連接到被測設(shè)備，Y軸連接到鋸齒波形。

這里使用的電路是曲線示蹤器的一個(gè)簡單的變化，使用了555定時(shí)器和LM358運(yùn)算放大器等常見部件。

組件的要求

1. 對于計(jì)時(shí)器

?555定時(shí)器-任何型號

?10uF電解電容器(去耦)

?100nF陶瓷電容器(去耦)

?1K電阻(電流源)

?10K電阻(電流源)

?BC557 PNP晶體管或等效器件

?10uF電解電容(定時(shí))

2. 用于運(yùn)算放大器

?LM358或類似的運(yùn)放

?10uF電解電容器(去耦)

?10nF陶瓷電容器(交流耦合)

?10M電阻(交流耦合)

?測試電阻(取決于被測設(shè)備，通常在50歐姆到幾百歐姆之間。)

線路圖

解釋工作

1. 555定時(shí)器

這里使用的電路是經(jīng)典555不穩(wěn)定電路的簡單變化，它將作為鋸齒波形發(fā)生器工作。

通常，定時(shí)電阻通過一個(gè)連接到電源的電阻饋電，但在這里，它連接到一個(gè)(粗略的)恒流源。

恒流電源的工作原理是提供一個(gè)固定的基極-發(fā)射極偏置電壓，從而產(chǎn)生一個(gè)(有點(diǎn))恒定的集電極電流。用恒流給電容器充電會產(chǎn)生線性斜坡波形。

這種配置直接從電容輸出(這是我們正在尋找的鋸齒狀斜坡)導(dǎo)出輸出，而不是從引腳3導(dǎo)出輸出，引腳3在這里提供窄負(fù)脈沖。

這個(gè)電路在某種意義上是聰明的，它使用555的內(nèi)部機(jī)制來控制恒流源-電容斜坡發(fā)電機(jī)。

2. 放大器

由于輸出直接來自電容器(從電流源充電)，因此可用于為被測設(shè)備供電(DUT)的電流基本上為零。

為了解決這個(gè)問題，我們使用經(jīng)典的LM358運(yùn)放作為電壓(因此電流)緩沖器。這在一定程度上增加了DUT可用的電流。

電容鋸齒形波形在1/3和2/3 Vcc(555動作)之間振蕩，這在曲線描記器中是不可用的，因?yàn)殡妷翰粫牧汩_始斜坡，給出“不完整”的跡線。為了解決這個(gè)問題，555的輸入是交流耦合到緩沖輸入。

10M電阻器有點(diǎn)黑魔法-在測試期間發(fā)現(xiàn)，如果不添加電阻器，輸出只是浮動到Vcc并停留在那里!這是因?yàn)榧纳斎腚娙?連同高輸入阻抗，它形成了一個(gè)積分器!10M的電阻足以放電寄生電容，但不足以顯著負(fù)載恒流電路。

如何改進(jìn)曲線跟蹤結(jié)果

由于該電路涉及高頻和高阻抗，因此需要仔細(xì)構(gòu)造以防止不必要的噪聲和振蕩。

建議進(jìn)行充分的解耦。盡可能避免使用面包板，而是使用PCB或perfboard。

這個(gè)電路非常粗糙，因此喜怒無常。建議使用可變電壓電源為該電路供電。即使是LM317也能在緊要關(guān)頭發(fā)揮作用。該電路在7.5V左右最穩(wěn)定。

另一個(gè)需要考慮的重要因素是示波器上的水平刻度設(shè)置——如果太高，那么所有的低頻噪聲都會使跟蹤模糊，如果太低，那么就沒有足夠的數(shù)據(jù)來獲得“完整”的跟蹤。同樣，這取決于電源設(shè)置。

獲得可用的跟蹤需要仔細(xì)調(diào)整示波器時(shí)基設(shè)置和輸入電壓。

如果你想要有用的測量，那么測試電阻和運(yùn)放輸出特性的知識是必需的。用一點(diǎn)數(shù)學(xué)知識就可以得到很好的數(shù)值。

如何使用曲線跟蹤電路

有兩件簡單的事情要記住——X軸代表電壓，Y軸代表電流。

在示波器上，探測X軸非常簡單-電壓是“原樣”，即對應(yīng)于示波器上設(shè)置的每個(gè)分區(qū)的電壓。

Y軸或當(dāng)前軸稍微復(fù)雜一些。我們不是直接測量電流，而是測量由于電流通過電路而在測試電阻上下降的電壓。

如果我們測量Y軸上的峰值電壓值就足夠了。在本例中，它是2V，如前面的圖所示。

所以通過測試電路的峰值電流是

這表示“掃描”當(dāng)前范圍，從0 - issweep。

根據(jù)設(shè)置，圖形可以擴(kuò)展到屏幕上可用的盡可能多的部分。因此，每次分割的電流只是峰值電流除以圖形延伸到的分割數(shù)，換句話說，與X軸平行的線，即圖形的頂部“尖端”接觸的線。

二極管曲線跟蹤

上面描述的所有噪聲和模糊都可以在這里看到。

然而，二極管曲線可以清楚地看到，與‘膝蓋’點(diǎn)在0.7V(注意500mV每劃分X刻度)。

請注意，X軸與預(yù)期的0.7V完全對應(yīng)，這證明了X軸讀數(shù)的“原樣”性質(zhì)。

此處使用的測試電阻為1K，因此電流范圍為0mA - 2mA。這里的圖不超過兩個(gè)分區(qū)(大約)，所以一個(gè)粗略的比例是1mA/分區(qū)。

電阻曲線跟蹤

電阻器是電學(xué)上最簡單的器件，具有線性VI曲線，即歐姆定律，R = V/I。很明顯，低值電阻器具有陡峭的斜率(給定V時(shí)I值更高)，而高值電阻器具有更平緩的斜率(給定V時(shí)I值更小)。

這里的測試電阻為100歐姆，因此電流范圍為0mA - 20mA。由于圖形擴(kuò)展到2.5個(gè)分區(qū)，因此每個(gè)分區(qū)的電流為8mA。

1伏特的電流上升16mA，因此電阻為1V/16mA = 62歐姆，這是合適的，因?yàn)?00歐姆的鍋是被測設(shè)備。

晶體管曲線跟蹤

由于晶體管是一個(gè)三端器件，可以進(jìn)行的測量的數(shù)量是相當(dāng)大的，然而，這些測量中只有少數(shù)找到常見的用途，其中之一是在恒定的集電極電流下集電極電壓對基極電流的依賴(當(dāng)然，兩者都參考地)。

使用我們的曲線跟蹤器，這應(yīng)該是一個(gè)簡單的任務(wù)?；B接到一個(gè)恒定的偏置，X軸連接到集電極。測試電阻提供“恒定”電流。

生成的跟蹤應(yīng)該看起來像這樣：

請注意，上圖顯示的是對數(shù)刻度，請記住示波器默認(rèn)是線性的。

因此，曲線跟蹤器是為簡單組件生成VI跟蹤并幫助獲得對組件特性的直觀理解的設(shè)備。

本文編譯自circuitdigest