- Traceur de courbe simple
- Composants requis
- Schéma
- Explication de travail
- Comment améliorer les résultats du tracé de courbe
- Comment utiliser Curve Tracer Circuit
- Tracé de courbe pour diode
- Tracé de courbe pour résistance
- Tracé de courbe pour transistor
La plupart de l'électronique traite des courbes de traçage, qu'il s'agisse de la courbe de transfert caractéristique d'une boucle de rétroaction, de la ligne VI droite d'une résistance ou de la tension du collecteur d'un transistor en fonction de la courbe de courant.
Ces courbes nous donnent une compréhension intuitive du comportement d'un appareil dans un circuit. Une approche analytique peut impliquer de brancher des valeurs discrètes de tension et de courant dans une formule mathématique et de représenter graphiquement les résultats, généralement avec l'axe x représentant la tension et l'axe y représentant le courant.
Cette approche fonctionne, mais elle est parfois fastidieuse. Et comme le savent tous les amateurs d'électronique, le comportement des composants dans la vie réelle peut varier (souvent largement) de la formule décrivant son fonctionnement.
Ici, nous allons utiliser un circuit (forme d'onde en dents de scie) pour appliquer une tension croissante discrète au composant dont nous voulons dessiner la courbe VI, puis utiliser un oscilloscope pour afficher les résultats.
Traceur de courbe simple
Pour tracer une courbe en temps réel, nous devons appliquer des valeurs de tension discrètes successives à notre appareil testé, alors comment cela peut-il être fait?
La solution à notre problème est la forme d'onde en dents de scie.
La forme d'onde en dents de scie monte linéairement et revient à zéro périodiquement. Cela permet l'application d'une tension en augmentation continue sur le dispositif sous test et produit une trace continue sur un graphique (dans ce cas l'oscilloscope).
Un oscilloscope en mode XY est utilisé pour «lire» le circuit. L' axe X est connecté à l'appareil testé et l'axe Y est connecté à la forme d'onde en dents de scie.
Le circuit utilisé ici est une simple variation d'un traceur de courbe utilisant des pièces communes telles que la minuterie 555 et l'ampli opérationnel LM358.
Composants requis
1. Pour la minuterie
- Minuterie 555 - toute variante
- Condensateur électrolytique 10uF (découplage)
- Condensateur céramique 100nF (découplage)
- Résistance 1K (source de courant)
- Résistance 10K (source de courant)
- Transistor BC557 PNP ou équivalent
- Condensateur électrolytique 10uF (synchronisation)
2. Pour l'amplificateur op-amp
- LM358 ou opamp comparable
- Condensateur électrolytique 10uF (découplage)
- Condensateur céramique 10nF (couplage AC)
- Résistance 10M (couplage AC)
- Résistance de test (dépend de l'appareil testé, généralement entre 50 Ohms et quelques centaines d'Ohms.)
Schéma
Explication de travail
1. La minuterie 555
Le circuit utilisé ici est une simple variation du circuit astable 555 classique qui fonctionnera comme générateur de forme d'onde en dents de scie.
Habituellement, la résistance de synchronisation est alimentée par une résistance connectée à l'alimentation, mais ici, elle est connectée à une source de courant constant (brute).
L'alimentation en courant constant fonctionne en fournissant une tension de polarisation base-émetteur fixe, résultant en un courant de collecteur (quelque peu) constant. La charge d'un condensateur en utilisant un courant constant donne une forme d'onde en rampe linéaire.
Cette configuration dérive la sortie directement de la sortie du condensateur (qui est la rampe en dents de scie que nous recherchons) et non de la broche 3, qui fournit ici des impulsions négatives étroites.
Ce circuit est intelligent en ce sens qu'il utilise le mécanisme interne du 555 pour contrôler un générateur de rampe source-condensateur à courant constant.
2. L'amplificateur
Étant donné que la sortie est dérivée directement du condensateur (qui est chargé à partir de la source de courant), le courant disponible pour alimenter le dispositif sous test (DUT) est essentiellement nul.
Pour résoudre ce problème, nous utilisons l'amplificateur opérationnel LM358 classique comme tampon de tension (et donc de courant). Cela augmente quelque peu le courant disponible pour le DUT.
La forme d'onde en dents de scie du condensateur oscille entre 1/3 et 2/3 Vcc (action 555), ce qui est inutilisable dans un traceur de courbe car la tension ne monte pas de zéro en donnant une trace «incomplète». Pour résoudre ce problème, l'entrée du 555 est couplée en courant alternatif à l'entrée du tampon.
La résistance 10M est un peu de magie noire - il a été découvert pendant les tests que si la résistance n'était pas ajoutée, la sortie flottait simplement à Vcc et y restait! Ceci est dû à la capacité d'entrée parasite - avec l'impédance d'entrée élevée, il forme un intégrateur! La résistance 10M est suffisante pour décharger cette capacité parasite mais pas assez pour charger de manière significative le circuit à courant constant.
Comment améliorer les résultats du tracé de courbe
Étant donné que ce circuit implique des fréquences élevées et des impédances élevées, une construction minutieuse est nécessaire pour éviter les bruits et les oscillations indésirables.
Un découplage suffisant est recommandé. Dans la mesure du possible, essayez d'éviter de tester ce circuit et utilisez plutôt un PCB ou un perfboard.
Ce circuit est très grossier et donc capricieux. Il est recommandé d'alimenter ce circuit à partir d'une source de tension variable. Même un LM317 fonctionnera à la rigueur. Ce circuit est le plus stable à environ 7,5V.
Une autre chose importante à considérer est le réglage de l'échelle horizontale sur l'oscilloscope - s'il est trop élevé, tout le bruit de basse fréquence rend la trace floue et si elle est trop basse, il n'y a pas assez de données pour obtenir une trace `` complète ''. Encore une fois, cela dépend du réglage de l'alimentation.
L'obtention d'une trace utilisable nécessite un réglage minutieux du réglage de la base de temps de l'oscilloscope et de la tension d'entrée.
Si vous souhaitez des mesures utiles, une résistance de test et la connaissance des caractéristiques de sortie de l'amplificateur optique sont nécessaires. Avec un peu de maths, de bonnes valeurs peuvent être obtenues.
Comment utiliser Curve Tracer Circuit
Il y a deux choses simples à garder à l'esprit: l' axe X représente la tension et l'axe Y représente le courant.
Sur un oscilloscope, le sondage de l'axe X est assez simple - la tension est «telle quelle», c'est-à-dire correspond aux volts par division définis sur l'oscilloscope.
L' axe Y ou courant est légèrement plus délicat. Nous ne mesurons pas directement le courant ici, nous mesurons plutôt la tension chutée à travers la résistance de test en raison du courant dans le circuit.
Il suffit de mesurer la valeur de la tension de crête sur l'axe Y. Dans ce cas, c'est 2V, comme le montre la figure précédente.
Ainsi, le courant de crête à travers le circuit de test est
Je balaie = V crête / R essai.
Cela représente la plage de courant «balayage», de 0 à I balayage.
Selon le réglage, le graphique peut s'étendre sur autant de divisions à l'écran que celles disponibles. Ainsi, le courant par division est simplement le courant de crête divisé par le nombre de divisions sur lesquelles le graphique s'étend, c'est-à-dire la ligne parallèle à l'axe X où la «pointe» supérieure du graphique touche.
Tracé de courbe pour diode
Tout le bruit et le flou décrits ci-dessus sont visibles ici.
Cependant, la courbe de diode peut être clairement vue, avec le point de «genou» à 0,7 V (notez l'échelle de 500 mV par division X).
Notez que l'axe X correspond exactement au 0.7V attendu, ce qui justifie la nature «telle quelle» de la lecture de l'axe X.
La résistance de test utilisée ici était de 1K, donc la plage de courant était de 0mA à 2mA. Ici, le graphique ne dépasse pas deux divisions (environ), donc une échelle approximative serait de 1 mA / division.
Tracé de courbe pour résistance
Les résistances sont électriquement les dispositifs les plus simples, avec une courbe VI linéaire, alias loi d'Ohm, R = V / I. Il est évident que les résistances de faible valeur ont des pentes raides (I plus élevé pour V donné) et les résistances de valeur élevée ont des pentes plus douces (moins de I pour V donné).
La résistance de test ici était de 100 Ohms, donc la plage de courant était de 0 mA à 20 mA. Puisque le graphique s'étend à 2,5 divisions, le courant par division est de 8 mA.
Le courant augmente de 16mA pour un volt, donc la résistance est de 1V / 16mA = 62 Ohms, ce qui est approprié car un pot de 100 Ohm était le DUT.
Tracé de courbe pour transistor
Étant donné que le transistor est un appareil à trois bornes, le nombre de mesures pouvant être effectuées est assez important, cependant, seules quelques-unes de ces mesures trouvent une utilisation commune, l'une d'entre elles étant la dépendance de la tension du collecteur sur le courant de base (toutes deux référencées à la masse, bien sûr) à un courant de collecteur constant.
L'utilisation de notre traceur de courbes devrait être une tâche facile. La base est reliée à une polarisation constante et l'axe X au collecteur. La résistance d'essai fournit le courant «constant».
La trace résultante devrait ressembler à ceci:
I B Vs V CE
Notez que le graphique ci-dessus est une échelle logarithmique, rappelez-vous que l'oscilloscope est linéaire par défaut.
Les traceurs de courbes sont donc des dispositifs qui produisent des traces de VI pour des composants simples et aident à acquérir une compréhension intuitive des caractéristiques des composants.