- Trazador de curva simple
- Componentes requeridos
- Diagrama de circuito
- Explicación de trabajo
- Cómo mejorar los resultados del trazado de curvas
- Cómo utilizar Curve Tracer Circuit
- Trazado de curva para diodo
- Trazado de curvas para resistor
- Seguimiento de curvas para transistores
La mayoría de la electrónica se ocupa de las curvas de seguimiento, ya sea la curva de transferencia característica para un bucle de retroalimentación, la línea VI recta de un resistor o la curva de voltaje del colector frente a la corriente de un transistor.
Estas curvas nos dan una comprensión intuitiva de cómo se comporta un dispositivo en un circuito. Un enfoque analítico podría implicar conectar valores discretos de voltaje y corriente en una fórmula matemática y graficar los resultados, comúnmente con el eje x representando voltaje y el eje y representando corriente.
Este enfoque funciona, pero a veces es tedioso. Y como todo aficionado a la electrónica sabe, el comportamiento de los componentes en la vida real puede variar (a menudo en gran medida) de la fórmula que describe su funcionamiento.
Aquí usaremos un circuito (forma de onda de diente de sierra) para aplicar un voltaje creciente discreto al componente cuya curva VI queremos dibujar y luego usaremos un osciloscopio para ver los resultados.
Trazador de curva simple
Para trazar una curva en tiempo real, necesitamos aplicar valores de voltaje discretos sucesivos a nuestro dispositivo bajo prueba, entonces, ¿cómo se puede hacer?
La solución a nuestro problema es la forma de onda de diente de sierra.
La forma de onda de diente de sierra aumenta linealmente y vuelve a cero periódicamente. Esto permite la aplicación de un voltaje que aumenta continuamente en el dispositivo bajo prueba y produce una traza continua en un gráfico (en este caso, el osciloscopio).
Se utiliza un osciloscopio en el modo XY para "leer" el circuito. El eje X está conectado al dispositivo bajo prueba y el eje Y está conectado a la forma de onda Sawtooth.
El circuito utilizado aquí es una variación simple de un trazador de curva que utiliza partes comunes como el temporizador 555 y el amplificador operacional LM358.
Componentes requeridos
1. Para el temporizador
- Temporizador 555 - cualquier variante
- Condensador electrolítico de 10uF (desacoplamiento)
- Condensador cerámico 100nF (desacoplamiento)
- Resistencia de 1K (fuente de corriente)
- Resistencia de 10K (fuente de corriente)
- Transistor BC557 PNP o equivalente
- Condensador electrolítico de 10uF (temporización)
2. Para el amplificador Op-amp
- LM358 u opamp comparable
- Condensador electrolítico de 10uF (desacoplamiento)
- Condensador cerámico de 10 nF (acoplamiento de CA)
- Resistencia de 10 M (acoplamiento de CA)
- Resistencia de prueba (depende del dispositivo bajo prueba, generalmente entre 50 ohmios y algunos cientos de ohmios).
Diagrama de circuito
Explicación de trabajo
1. El temporizador 555
El circuito utilizado aquí es una variación simple del circuito astable clásico 555 que funcionará como generador de forma de onda de diente de sierra.
Por lo general, la resistencia de temporización se alimenta a través de una resistencia conectada a la fuente de alimentación, pero aquí está conectada a una fuente de corriente constante (cruda).
El suministro de corriente constante funciona proporcionando un voltaje de polarización base-emisor fijo, lo que da como resultado una corriente de colector (algo) constante. La carga de un condensador con una corriente constante da como resultado una forma de onda de rampa lineal.
Esta configuración deriva la salida directamente de la salida del condensador (que es la rampa de diente de sierra que estamos buscando) y no del pin 3, que proporciona pulsos negativos estrechos aquí.
Este circuito es inteligente en el sentido de que utiliza el mecanismo interno del 555 para controlar un generador de rampa de condensador de fuente de corriente constante.
2. El amplificador
Dado que la salida se deriva directamente del condensador (que se carga desde la fuente de corriente), la corriente disponible para alimentar el dispositivo bajo prueba (DUT) es esencialmente cero.
Para solucionar esto, estamos usando el opamp LM358 clásico como búfer de voltaje (y por lo tanto de corriente). Esto aumenta un poco la corriente disponible para el dispositivo bajo prueba.
La forma de onda del condensador de diente de sierra oscila entre 1/3 y 2/3 Vcc (acción de 555), lo cual no se puede utilizar en un trazador de curva ya que el voltaje no aumenta desde cero dando un trazo 'incompleto'. Para solucionar esto, la entrada del 555 está acoplada a la entrada del búfer.
La resistencia de 10M es un poco de magia negra; durante la prueba se descubrió que si no se agregaba la resistencia, ¡la salida simplemente flotaba a Vcc y se quedaba allí! Esto se debe a la capacitancia de entrada parásita; junto con la alta impedancia de entrada, ¡forma un integrador! La resistencia de 10 M es suficiente para descargar esta capacitancia parásita, pero no para cargar significativamente el circuito de corriente constante.
Cómo mejorar los resultados del trazado de curvas
Dado que este circuito incluye altas frecuencias e impedancias, se necesita una construcción cuidadosa para evitar ruidos y oscilaciones no deseados.
Se recomienda un desacoplamiento amplio. En la medida de lo posible, intente evitar la placa de pruebas de este circuito y utilice una placa de circuito impreso o una placa de circuito impreso en su lugar.
Este circuito es muy crudo y, por tanto, temperamental. Se recomienda alimentar este circuito desde una fuente de voltaje variable. Incluso un LM317 funcionará en caso de apuro. Este circuito es más estable a alrededor de 7.5V.
Otra cosa importante a considerar es la configuración de la escala horizontal en el osciloscopio: si es demasiado alta, todo el ruido de baja frecuencia hace que la traza sea borrosa y, si es demasiado baja, no hay suficientes datos para obtener una traza 'completa'. Nuevamente, esto depende de la configuración de la fuente de alimentación.
Obtener una traza utilizable requiere un ajuste cuidadoso de la configuración de la base de tiempo del osciloscopio y el voltaje de entrada.
Si desea mediciones útiles, se requiere una resistencia de prueba y el conocimiento de las características de salida del amplificador operacional. Con un poco de matemáticas se pueden obtener buenos valores.
Cómo utilizar Curve Tracer Circuit
Hay dos cosas simples a tener en cuenta: el eje X representa el voltaje y el eje Y representa la corriente.
En un osciloscopio, sondear el eje X es bastante simple: el voltaje es "tal cual", es decir, corresponde a los voltios por división establecidos en el osciloscopio.
El eje Y o actual es un poco más complicado. No estamos midiendo directamente la corriente aquí, sino que estamos midiendo el voltaje que cae a través de la resistencia de prueba como resultado de la corriente a través del circuito.
Es suficiente si medimos el valor de voltaje pico en el eje Y. En este caso, es 2V, como se ve en la figura anterior.
Entonces, la corriente máxima a través del circuito de prueba es
I barrer = V pico / R de prueba.
Esto representa el rango de corriente de 'barrido', desde 0 - Yo barrido.
Dependiendo de la configuración, el gráfico puede extenderse a tantas divisiones en la pantalla como estén disponibles. Entonces, la corriente por división es simplemente la corriente máxima dividida por el número de divisiones a las que se extiende el gráfico, en otras palabras, la línea paralela al eje X donde toca la 'punta' superior del gráfico.
Trazado de curva para diodo
Todo el ruido y la pelusa descritos anteriormente se ven aquí.
Sin embargo, la curva del diodo se puede ver claramente, con el punto de 'rodilla' en 0,7 V (tenga en cuenta la escala de 500 mV por división X).
Tenga en cuenta que el eje X corresponde exactamente con los 0,7 V esperados, lo que justifica la naturaleza 'tal cual' de la lectura del eje X.
La resistencia de prueba utilizada aquí fue de 1 K, por lo que el rango de corriente fue de 0 mA a 2 mA. Aquí el gráfico no supera las dos divisiones (aproximadamente), por lo que una escala aproximada sería 1mA / división.
Trazado de curvas para resistor
Las resistencias son eléctricamente los dispositivos más simples, con una curva VI lineal, también conocida como ley de Ohm, R = V / I. Es obvio que las resistencias de bajo valor tienen pendientes pronunciadas (I mayor para V dado) y las resistencias de valor alto tienen pendientes más suaves (menos I para V dado).
La resistencia de prueba aquí fue de 100 ohmios, por lo que el rango de corriente fue de 0 mA a 20 mA. Dado que el gráfico se extiende a 2.5 divisiones, la corriente por división es de 8 mA.
La corriente aumenta 16 mA por voltio, por lo que la resistencia es 1 V / 16 mA = 62 ohmios, lo cual es apropiado ya que una olla de 100 ohmios era el DUT.
Seguimiento de curvas para transistores
Dado que el transistor es un dispositivo de tres terminales, la cantidad de mediciones que se pueden realizar es bastante grande, sin embargo, solo algunas de esas mediciones son de uso común, una de ellas es la dependencia del voltaje del colector en la corriente de base (ambas referenciadas a tierra, por supuesto) a una corriente de colector constante.
Usar nuestro trazador de curvas debería ser una tarea fácil. La base está conectada a un sesgo constante y el eje X al colector. La resistencia de prueba proporciona la corriente "constante".
La traza resultante debería verse así:
I B Vs V CE
Tenga en cuenta que el gráfico que se muestra arriba es una escala logarítmica, recuerde que el osciloscopio es lineal por defecto.
Por lo tanto, los trazadores de curvas son dispositivos que producen trazos de VI para componentes simples y ayudan a obtener una comprensión intuitiva de las características de los componentes.