简单曲线追踪电路：追踪电阻器、二极管和晶体管的曲线

大多数电子产品都与跟踪曲线，无论是反馈回路的特性传递曲线、电阻器的直线VI线还是晶体管的集电极电压与电流的关系曲线。

这些曲线让我们直观地了解了设备在电路中的行为。分析方法可能包括将离散的电压和电流值插入数学公式中，并将结果绘制出来，通常x轴表示电压，y轴表示电流。

这种方法很有效，但有时很乏味。每个电子爱好者都知道，现实生活中组件的行为可能与描述其操作的公式不同（通常很大程度上）。

在这里，我们将使用一个电路（锯齿波形）向要绘制VI曲线的部件施加离散的递增电压，然后使用示波器查看结果。

 

简单曲线跟踪器

要实时绘制曲线，我们需要将连续的离散电压值应用于我们的被测设备，那么如何才能做到呢？

我们问题的解决方案是锯齿波.

 

锯齿波形线性上升，并周期性地回到零。这允许在被测设备上施加持续增加的电压，并在图形上产生连续的轨迹（在这种情况下是示波器）。

XY模式下的示波器用于“读取”电路。这个X轴连接到被测器件，Y轴连接到锯齿波形.

这里使用的电路是曲线跟踪器的一个简单变体，使用了类似555定时器以及LM358运算放大器.

 

所需组件

1.对于计时器

• 555定时器–任何变体
• 10uF电解电容器（去耦）
• 100nF陶瓷电容器（去耦）
• 1K电阻器（电流源）
• 10K电阻器（电流源）
• BC557 PNP晶体管或同等产品
• 10uF电解电容器（定时）

2.对于运算放大器

• LM358或类似的运算放大器
• 10uF电解电容器（去耦）
• 10nF陶瓷电容器（交流耦合）
• 10M电阻器（交流耦合）
• 测试电阻器（取决于被测设备，通常在50欧姆到几百欧姆之间。）

 

电路图

 

 

工作说明

1.555定时器

这里使用的电路是经典555无稳态电路将作为锯齿波形发生器.

通常，定时电阻器通过连接到电源的电阻器供电，但这里它连接到（粗略的）恒定电流源。

恒流电源通过提供固定的基极-发射极偏置电压来工作，从而产生（某种程度上）恒定的集电极电流。使用恒定电流对电容器充电会产生线性斜坡波形。

这种配置直接从电容器输出（这是我们正在寻找的锯齿斜坡）获得输出，而不是从引脚3获得输出，引脚3在这里提供窄的负脉冲。

这个电路很聪明，因为它使用555的内部机制来控制恒流源电容器斜坡发生器。

 

2.放大器

由于输出直接来自电容器（由电流源充电），因此可用于为被测器件（DUT）供电的电流基本为零。

为了解决这个问题，我们使用了经典的LM358运算放大器作为电压（因此也是电流）缓冲器。这在一定程度上增加了DUT可用的电流。

电容器锯齿波形在1/3和2/3 Vcc之间振荡（555动作），这在曲线跟踪器中是不可用的，因为电压不会从零开始倾斜，从而给出“不完整”的轨迹。为了解决这个问题，555的输入被AC耦合到缓冲器输入。

10M电阻器有点神奇——在测试过程中发现，如果不添加电阻器，输出只会浮动到Vcc并保持不变！这是因为寄生输入电容——加上高输入阻抗，它形成了一个积分器！10M的电阻器足以使该寄生电容放电，但不足以显著地加载恒流电路。

 

如何改进曲线跟踪结果

由于该电路涉及高频和高阻抗，因此需要仔细构造以防止不需要的噪声和振荡。

建议充分解耦。尽可能避免对该电路进行测试，而是使用PCB或性能板。

 

这条赛道非常粗糙，因此脾气暴躁。建议使用可变电压源为该电路供电。即使是LM317型将在紧急情况下工作。这个电路在7.5V左右是最稳定的。

 

另一个需要考虑的重要事项是示波器上的水平刻度设置–如果过高，则所有低频噪声都会使轨迹变得模糊；如果过低，则没有足够的数据来获得“完整”的轨迹。同样，这取决于电源设置。

 

获取可用的跟踪需要仔细调整示波器时基设置和输入电压。

如果你想要有用的测量，那么需要一个测试电阻器和运算放大器输出特性的知识。只要稍加数学运算，就可以获得好的数值。

 

如何使用曲线跟踪器电路

有两件简单的事情需要记住——X轴表示电压，Y轴表示电流.

在示波器上，探测X轴非常简单——电压是“原样”的，即对应于示波器上设置的每个分压的电压。

这个Y轴或当前轴稍微有点棘手。我们在这里不是直接测量电流，而是测量通过电路的电流导致的测试电阻器上的电压降。

如果我们在Y轴上测量峰值电压值就足够了。在这种情况下，电压为2V，如上图所示。

因此，通过测试电路的峰值电流为

我<sub>打扫=伏峰/对测验.

 

这表示“扫描”电流范围，从0到I_打扫.

根据设置，图形可以扩展到屏幕上可用的分区中。因此，每次分割的电流只是峰值电流除以图形延伸到的分割数，换句话说，就是图形顶部“尖端”接触的平行于X轴的线。

 

二极管的曲线跟踪

 

上面描述的所有噪声和模糊都可以在这里看到。

然而，可以清楚地看到二极管曲线，“拐点”为0.7V（注意每个分区X刻度为500mV）。

请注意，X轴与预期的0.7V正好对应，这证明了X轴读数的“原样”性质。

此处使用的测试电阻为1K，因此电流范围为0mA至2mA。这里的图表不超过两个刻度（大约），所以粗略的刻度是1mA/刻度。

 

电阻器的曲线跟踪

 

电阻器是电气上最简单的器件，具有线性VI曲线，也称为欧姆定律，R=V/I很明显，低值电阻器具有陡峭的斜率（对于给定的V，I较高），而高值电阻器具有更平缓的斜率（对给定的V而言，I较小）。

此处的测试电阻为100欧姆，因此电流范围为0mA–20mA。由于图形扩展到2.5个分区，因此每个分区的电流为8mA。

电流上升16mA一伏，因此电阻为1V/16mA=62欧姆，这是合适的，因为100欧姆的锅是DUT。

 

晶体管的曲线跟踪

由于晶体管是一个三端器件，可以进行的测量数量相当多，然而，只有少数测量是常见的，其中之一是在恒定的集电极电流下集电极电压对基极电流（当然都是以地为基准）的依赖性。

使用我们的曲线跟踪器，这应该是一项简单的任务。底座连接到一个恒定的偏置，X轴连接到集电极。测试电阻提供“恒定”电流。

生成的轨迹应该如下所示：

我B相对于V总工程师

请注意，上面显示的图表是对数刻度，请记住示波器默认为线性。

所以曲线跟踪器是为简单组件生成VI轨迹的设备，有助于直观地了解组件特性。