Mạch dò đường cong đơn giản: dò đường cong cho điện trở, diode và bóng bán dẫn

Hầu hết các thiết bị điện tử đề cập đến các Đường cong truy tìm, có thể là đường cong truyền đặc tính cho vòng phản hồi, đường thẳng VI của điện trở hoặc điện áp bộ thu của bóng bán dẫn so với đường cong dòng điện.

Những đường cong này cung cấp cho chúng ta sự hiểu biết trực quan về cách một thiết bị hoạt động trong một mạch. Một cách tiếp cận phân tích có thể liên quan đến việc cắm các giá trị điện áp và dòng điện rời rạc vào một công thức toán học và vẽ biểu đồ kết quả, thường với trục x biểu thị điện áp và trục y biểu thị dòng điện.

Cách tiếp cận này hiệu quả, nhưng đôi khi nó rất tẻ nhạt. Và như mọi người yêu thích đồ điện tử đều biết, hoạt động của các thành phần trong cuộc sống thực có thể khác nhau (thường phần lớn) so với công thức mô tả hoạt động của nó.

Ở đây chúng ta sẽ sử dụng một mạch (dạng sóng Sawtooth) để áp dụng điện áp tăng dần rời rạc cho thành phần có đường cong VI mà chúng ta muốn vẽ và sau đó sử dụng Oscilloscope để xem kết quả.

Dấu vết đường cong đơn giản

Để vẽ một đường cong trong thời gian thực, chúng ta cần áp dụng các giá trị điện áp rời rạc liên tiếp cho thiết bị của chúng ta đang được thử nghiệm, vậy có thể thực hiện như thế nào?

Giải pháp cho vấn đề của chúng ta là Dạng sóng răng cưa.

Dạng sóng Sawtooth tăng tuyến tính và quay về 0 theo chu kỳ. Điều này cho phép áp dụng điện áp tăng liên tục trên thiết bị được thử nghiệm và tạo ra một dấu vết liên tục trên đồ thị (trong trường hợp này là máy hiện sóng).

Máy hiện sóng ở chế độ XY được sử dụng để 'đọc' mạch. Các trục X được kết nối với các thiết bị được kiểm tra và trục Y được kết nối với các dạng sóng Sawtooth.

Mạch được sử dụng ở đây là một biến thể đơn giản của bộ dò đường cong sử dụng các bộ phận phổ biến như bộ đếm thời gian 555 và op-amp LM358.

Thành phần bắt buộc

1. Đối với bộ hẹn giờ

Bộ đếm thời gian 555 - bất kỳ biến thể nào
Tụ điện 10uF (tách)
Tụ gốm 100nF (tách)
Điện trở 1K (nguồn hiện tại)
Điện trở 10K (nguồn hiện tại)
Bóng bán dẫn BC557 PNP hoặc tương đương
Tụ điện 10uF (thời gian)

2. Đối với Bộ khuếch đại Op-amp

LM358 hoặc opamp tương đương
Tụ điện 10uF (tách)
Tụ gốm 10nF (khớp nối AC)
Điện trở 10M (khớp nối AC)
Điện trở thử nghiệm (phụ thuộc vào thiết bị được thử nghiệm, thường từ 50 Ohms đến vài trăm Ohms.)

Sơ đồ mạch

Giải thích làm việc

1. Bộ hẹn giờ 555

Mạch được sử dụng ở đây là một biến thể đơn giản của mạch ổn định 555 cổ điển sẽ hoạt động như bộ tạo dạng sóng Sawtooth.

Thông thường, điện trở định thời được cấp thông qua một điện trở kết nối với nguồn điện, nhưng ở đây nó được kết nối với nguồn dòng điện không đổi (thô).

Nguồn cung cấp dòng điện không đổi hoạt động bằng cách cung cấp điện áp phân cực gốc cố định, dẫn đến dòng điện góp không đổi (phần nào). Sạc tụ điện bằng dòng điện không đổi tạo ra dạng sóng dốc tuyến tính.

Cấu hình này lấy đầu ra trực tiếp từ đầu ra tụ điện (là đoạn dốc răng cưa mà chúng tôi đang tìm kiếm) chứ không phải từ chân 3, cung cấp xung âm hẹp ở đây.

Mạch này rất thông minh ở chỗ nó sử dụng cơ chế bên trong của 555 để điều khiển bộ tạo dốc tụ điện nguồn dòng không đổi.

2. Bộ khuếch đại

Vì đầu ra được lấy trực tiếp từ tụ điện (được sạc từ nguồn hiện tại), dòng điện khả dụng để cấp nguồn cho thiết bị được thử nghiệm (DUT) về cơ bản là bằng không.

Để khắc phục điều này, chúng tôi đang sử dụng opamp LM358 cổ điển làm bộ đệm điện áp (và do đó là dòng điện). Điều này phần nào làm tăng dòng điện có sẵn cho DUT.

Tụ điện dạng sóng Sawtooth dao động trong khoảng từ 1/3 đến 2/3 Vcc (hành động 555), không sử dụng được trong máy dò đường cong vì điện áp không tăng từ 0 tạo ra dấu vết 'không hoàn chỉnh'. Để khắc phục điều này, đầu vào từ 555 là AC được ghép nối với đầu vào bộ đệm.

Điện trở 10M là một chút ma thuật đen - nó đã được phát hiện ra trong quá trình thử nghiệm rằng nếu điện trở không được thêm vào, đầu ra chỉ đơn giản là Vcc và ở đó! Điều này là do điện dung đầu vào ký sinh - cùng với trở kháng đầu vào cao, nó tạo thành một bộ tích hợp! Điện trở 10M đủ để phóng điện dung ký sinh này nhưng không đủ để tải đáng kể mạch dòng điện không đổi.

Cách cải thiện kết quả theo dõi đường cong

Vì mạch này liên quan đến tần số cao và trở kháng cao, nên cần phải xây dựng cẩn thận để ngăn nhiễu và dao động không mong muốn.

Nên tách ra nhiều. Càng xa càng tốt, hãy cố gắng tránh breadboarding mạch này và thay vào đó sử dụng PCB hoặc perfboard.

Mạch này rất thô và do đó tính khí thất thường. Nên cấp nguồn cho mạch này từ nguồn điện áp thay đổi được. Ngay cả một LM317 cũng sẽ hoạt động trong tình trạng khó khăn. Mạch này ổn định nhất ở khoảng 7,5V.

Một điều quan trọng khác cần xem xét là cài đặt tỷ lệ ngang trên phạm vi - nếu quá cao thì tất cả tiếng ồn tần số thấp sẽ làm cho dấu vết mờ và nếu quá thấp thì không đủ dữ liệu để có được dấu vết 'hoàn chỉnh'. Một lần nữa, điều này phụ thuộc vào cài đặt nguồn điện.

Để có được một dấu vết có thể sử dụng được yêu cầu điều chỉnh cẩn thận cài đặt cơ sở thời gian của máy hiện sóng và điện áp đầu vào.

Nếu bạn muốn các phép đo hữu ích thì cần phải có điện trở thử nghiệm và kiến thức về các đặc tính đầu ra của opamp. Với một chút toán học các giá trị tốt có thể nhận được.

Cách sử dụng Curve Tracer Circuit

Có hai điều đơn giản cần ghi nhớ - trục X đại diện cho điện áp và trục Y đại diện cho dòng điện.

Trên máy hiện sóng, việc thăm dò trục X khá đơn giản - điện áp là 'nguyên trạng', tức là tương ứng với vôn trên mỗi vạch chia được đặt trên máy hiện sóng.

Các Y hoặc hiện tại trục là hơi phức tạp hơn. Chúng tôi không đo trực tiếp dòng điện ở đây, thay vào đó chúng tôi đo điện áp giảm trên điện trở thử nghiệm do dòng điện qua mạch.

Nó là đủ nếu chúng ta đo giá trị điện áp đỉnh trên trục Y. Trong trường hợp này, nó là 2V, như đã thấy trong hình trước.

Vậy dòng điện cực đại qua mạch thử nghiệm là

Tôi _quét = V _đỉnh / R _{kiểm tra}.

Điều này đại diện cho phạm vi hiện tại 'quét', từ 0 - Tôi _quét.

Tùy thuộc vào cài đặt, biểu đồ có thể mở rộng thành nhiều phần trên màn hình tùy theo mức khả dụng. Vì vậy, dòng điện trên mỗi vạch chia đơn giản là dòng điện cực đại chia cho số vạch chia mà biểu đồ kéo dài đến, nói cách khác là đường thẳng song song với trục X nơi chạm 'đỉnh' của biểu đồ.

Truy tìm đường cong cho Diode

Tất cả tiếng ồn và lông tơ được mô tả ở trên đều được nhìn thấy ở đây.

Tuy nhiên, đường cong diode có thể được nhìn thấy rõ ràng, với điểm 'đầu gối' là 0,7V (lưu ý 500mV trên thang chia X).

Lưu ý rằng trục X tương ứng chính xác với 0,7V dự kiến, điều này chứng minh bản chất 'nguyên trạng' của việc đọc trục X.

Điện trở thử nghiệm được sử dụng ở đây là 1K, do đó phạm vi hiện tại là từ 0mA - 2mA. Ở đây biểu đồ không vượt quá hai vạch chia (gần đúng), vì vậy một thang đo thô sẽ là 1mA / vạch chia.

Truy tìm đường cong cho điện trở

Điện trở là thiết bị điện đơn giản nhất, có đường cong VI tuyến tính, hay còn gọi là định luật Ohm, R = V / I. Rõ ràng là điện trở giá trị thấp có độ dốc lớn (I cao hơn cho V cho trước) và điện trở giá trị cao có độ dốc thoải hơn (ít I hơn cho V cho trước).

Điện trở thử nghiệm ở đây là 100 Ohms, vì vậy phạm vi hiện tại là 0mA - 20mA. Vì đồ thị mở rộng đến 2,5 vạch chia nên dòng điện trên mỗi vạch chia là 8mA.

Dòng điện tăng lên 16mA đối với một vôn, do đó, điện trở là 1V / 16mA = 62 Ohms, điều này phù hợp vì nồi 100 Ohm là DUT.

Truy tìm đường cong cho bóng bán dẫn

Vì bóng bán dẫn là một thiết bị ba đầu cuối, nên số lượng phép đo có thể được thực hiện là khá lớn, tuy nhiên, chỉ một số phép đo trong số đó được sử dụng phổ biến, một trong số chúng là sự phụ thuộc của điện áp bộ thu vào dòng điện cơ bản (cả hai đều được quy chiếu xuống đất, tất nhiên) ở dòng điện thu không đổi.

Sử dụng công cụ dò đường cong của chúng tôi, đây sẽ là một nhiệm vụ dễ dàng. Cơ sở được nối với một thiên vị không đổi và trục X với bộ thu. Điện trở thử nghiệm cung cấp dòng điện 'không đổi'.

Dấu vết kết quả sẽ trông giống như sau:

I _B Vs V _CE

Lưu ý rằng biểu đồ hiển thị ở trên là thang đo log, hãy nhớ rằng máy hiện sóng là tuyến tính theo mặc định.

Vì vậy, máy dò đường cong là thiết bị tạo ra dấu vết VI cho các thành phần đơn giản và giúp hiểu được trực quan về các đặc tính của thành phần.