简单曲线示踪电路：电阻器、二极管和晶体管的曲线示踪

大多数电子学处理跟踪曲线，无论是反馈回路的特性传递曲线，电阻器的直VI线还是晶体管的集电极电压与电流曲线。

这些曲线使我们直观地了解器件在电路中的行为。分析方法可能涉及将离散的电压和电流值插入到数学公式中，并绘制结果的图形，通常用x轴表示电压，y轴表示电流。

这种方法是有效的，但有时很乏味。正如每一个电子爱好者所知道的那样，在现实生活中，组件的行为可能(通常很大程度上)与描述其操作的公式不同。

在这里，我们将使用一个电路(锯齿波形)对我们想要绘制VI曲线的组件施加离散递增电压，然后使用示波器查看结果。

简单曲线描记器

为了实时绘制曲线，我们需要将连续的离散电压值应用于被测设备，那么如何做到这一点呢?

我们的问题的解决方案是锯齿波形。

锯齿形波形线性上升，周期性地回到零。这允许在被测器件上施加不断增加的电压，并在图形上产生连续的迹线(在这种情况下是示波器)。

XY模式的示波器用于“读取”电路。X轴连接到被测设备，Y轴连接到锯齿波形。

这里使用的电路是曲线示踪器的一个简单的变化，使用了555定时器和LM358运算放大器等常见部件。

组件的要求

1. 对于计时器

•555定时器-任何型号

•10uF电解电容器(去耦)

•100nF陶瓷电容器(去耦)

•1K电阻(电流源)

•10K电阻(电流源)

•BC557 PNP晶体管或等效器件

•10uF电解电容(定时)

2. 用于运算放大器

•LM358或类似的运放

•10uF电解电容器(去耦)

•10nF陶瓷电容器(交流耦合)

•10M电阻(交流耦合)

•测试电阻(取决于被测设备，通常在50欧姆到几百欧姆之间。)

线路图

解释工作

1. 555定时器

这里使用的电路是经典555不稳定电路的简单变化，它将作为锯齿波形发生器工作。

通常，定时电阻通过一个连接到电源的电阻馈电，但在这里，它连接到一个(粗略的)恒流源。

恒流电源的工作原理是提供一个固定的基极-发射极偏置电压，从而产生一个(有点)恒定的集电极电流。用恒流给电容器充电会产生线性斜坡波形。

这种配置直接从电容输出(这是我们正在寻找的锯齿状斜坡)导出输出，而不是从引脚3导出输出，引脚3在这里提供窄负脉冲。

这个电路在某种意义上是聪明的，它使用555的内部机制来控制恒流源-电容斜坡发电机。

2. 放大器

由于输出直接来自电容器(从电流源充电)，因此可用于为被测设备供电(DUT)的电流基本上为零。

为了解决这个问题，我们使用经典的LM358运放作为电压(因此电流)缓冲器。这在一定程度上增加了DUT可用的电流。

电容锯齿形波形在1/3和2/3 Vcc(555动作)之间振荡，这在曲线描记器中是不可用的，因为电压不会从零开始斜坡，给出“不完整”的迹线。为了解决这个问题，555的输入是交流耦合到缓冲输入。

10M电阻器有点黑魔法-在测试期间发现，如果不添加电阻器，输出只是浮动到Vcc并停留在那里!这是因为寄生输入电容-连同高输入阻抗，它形成了一个积分器!10M的电阻足以放电寄生电容，但不足以显著负载恒流电路。

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必要的噪声和振荡。

建议进行充分的解耦。尽可能避免使用面包板，而是使用PCB或perfboard。

这个电路非常粗糙，因此喜怒无常。建议使用可变电压电源为该电路供电。即使是LM317也能在紧要关头发挥作用。该电路在7.5V左右最稳定。

另一个需要考虑的重要因素是示波器上的水平刻度设置——如果太高，那么所有的低频噪声都会使跟踪模糊，如果太低，那么就没有足够的数据来获得“完整”的跟踪。同样，这取决于电源设置。

获得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，那么测试电阻和运放输出特性的知识是必需的。用一点数学知识就可以得到很好的数值。

如何使用曲线跟踪电路

有两件简单的事情要记住——X轴代表电压，Y轴代表电流。

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

Y轴或当前轴稍微复杂一些。我们不是直接测量电流，而是测量由于电流通过电路而在测试电阻上下降的电压。

如果我们测量Y轴上的峰值电压值就足够了。在本例中，它是2V，如前面的图所示。

所以通过测试电路的峰值电流是

这表示“扫描”当前范围，从0 - issweep。

根据设置，图形可以扩展到屏幕上可用的尽可能多的部分。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，与X轴平行的线，即图形的顶部“尖端”接触的线。

二极管曲线跟踪

上面描述的所有噪声和模糊都可以在这里看到。

然而，二极管曲线可以清楚地看到，与‘膝盖’点在0.7V(注意500mV每划分X刻度)。

请注意，X轴与预期的0.7V完全对应，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 - 2mA。这里的图不超过两个分区(大约)，所以一个粗略的比例是1mA/分区。

电阻曲线跟踪

电阻器是电学上最简单的器件，具有线性VI曲线，即欧姆定律，R = V/I。很明显，低值电阻器具有陡峭的斜率(给定V时I值更高)，而高值电阻器具有更平缓的斜率(给定V时I值更小)。

这里的测试电阻为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。

1伏特的电流上升16mA，因此电阻为1V/16mA = 62欧姆，这是合适的，因为100欧姆的锅是被测设备。

晶体管曲线跟踪

由于晶体管是一个三端器件，可以进行的测量的数量是相当大的，然而，这些测量中只有少数找到常见的用途，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的依赖(当然，两者都参考地)。

使用我们的曲线跟踪器，这应该是一个简单的任务。基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。

生成的跟踪应该看起来像这样：

请注意，上图显示的是对数刻度，请记住示波器默认是线性的。

因此，曲线跟踪器是为简单组件生成VI跟踪并帮助获得对组件特性的直观理解的设备。

本文编译自circuitdigest