- シンプルカーブトレーサー
- 必要なコンポーネント
- 回路図
- 動作説明
- カーブトレース結果を改善する方法
- カーブトレーサー回路の使い方
- ダイオードの曲線トレース
- 抵抗器の曲線トレース
- トランジスタの曲線トレース
フィードバックループの特性伝達曲線、抵抗器の直線VI線、またはトランジスタのコレクタ電圧対電流曲線など、ほとんどの電子機器はトレース曲線を扱います。
これらの曲線により、デバイスが回路内でどのように動作するかを直感的に理解できます。分析的アプローチでは、離散的な電圧と電流の値を数式に代入し、結果をグラフ化する必要があります。通常、x軸は電圧を表し、y軸は電流を表します。
このアプローチは機能しますが、面倒な場合もあります。そして、すべての電子機器愛好家が知っているように、実際のコンポーネントの動作は、その動作を説明する式とは（多くの場合、大きく）異なる可能性があります。
ここでは、回路（のこぎり波）を使用して、VI曲線を描画するコンポーネントに離散的な増加電圧を印加し、オシロスコープを使用して結果を表示します。
シンプルカーブトレーサー
曲線をリアルタイムでプロットするには、テスト対象のデバイスに連続する離散電圧値を適用する必要があります。それをどのように行うことができますか？
私たちの問題の解決策はのこぎり波です。
のこぎり波は直線的に上昇し、定期的にゼロに戻ります。これにより、テスト対象のデバイスに連続的に増加する電圧を印加し、グラフ（この場合はオシロスコープ）に連続的なトレースを生成できます。
XYモードのオシロスコープは、回路を「読み取る」ために使用されます。X軸は、被試験デバイスに接続されており、Y軸は、鋸歯状波形に接続されています。
ここで使用する回路は、555タイマーやLM358オペアンプなどの一般的な部品を使用したカーブトレーサーの単純なバリエーションです。
必要なコンポーネント
1.タイマーの場合
- 555タイマー–任意のバリアント
- 10uF電解コンデンサ（デカップリング）
- 100nFセラミックコンデンサ（デカップリング）
- 1K抵抗（電流源）
- 10K抵抗（電流源）
- BC557PNPトランジスタまたは同等品
- 10uF電解コンデンサ（タイミング）
2.オペアンプアンプの場合
- LM358または同等のオペアンプ
- 10uF電解コンデンサ（デカップリング）
- 10nFセラミックコンデンサ（ACカップリング）
- 10M抵抗（AC結合）
- テスト抵抗器（テスト対象のデバイスによって異なりますが、通常は50オームから数百オームの間です。）
回路図
動作説明
1.555タイマー
ここで使用される回路は、のこぎり波発生器として機能する従来の555非安定回路の単純なバリエーションです。
通常、タイミング抵抗は電源に接続された抵抗を介して供給されますが、ここでは（粗い）定電流源に接続されています。
定電流供給は、固定のベース-エミッタバイアス電圧を提供することによって機能し、（ある程度）一定のコレクタ電流をもたらします。定電流を使用してコンデンサを充電すると、線形ランプ波形になります。
この構成は、ここで狭い負のパルスを提供するピン3からではなく、コンデンサ出力（私たちが探している鋸歯状のランプ）から直接出力を導き出します。
この回路は、555の内部メカニズムを使用して定電流源-コンデンサランプジェネレータを制御するという意味で巧妙です。
2.アンプ
出力はコンデンサ（電流源から充電される）から直接得られるため、被試験デバイス（DUT）に電力を供給するために利用できる電流は本質的にゼロです。
これを修正するために、従来のLM358オペアンプを電圧（したがって電流）バッファとして使用しています。これにより、DUTが利用できる電流がいくらか増加します。
コンデンサののこぎり波は1/3から2 / 3Vcc（555アクション）の間で振動します。これは、電圧がゼロから上昇せず、「不完全な」トレースになるため、カーブトレーサーでは使用できません。これを修正するために、555からの入力はバッファ入力にAC結合されます。
10Mの抵抗器は少し黒魔術です。テスト中に、抵抗器を追加しなかった場合、出力はVccにフロートし、そこにとどまることがわかりました。これは、寄生入力容量が原因です。入力インピーダンスが高いことに加えて、積分器を形成します。10Mの抵抗は、この寄生容量を放電するのに十分ですが、定電流回路に大きな負荷をかけるには十分ではありません。
カーブトレース結果を改善する方法
この回路には高周波と高インピーダンスが含まれるため、不要なノイズや発振を防ぐために注意深い構造が必要です。
十分なデカップリングをお勧めします。可能な限り、この回路のブレッドボードを避け、代わりにPCBまたはパフォーマンスボードを使用するようにしてください。
この回路は非常に粗雑であるため、気質があります。この回路には可変電圧源から電力を供給することをお勧めします。LM317でさえピンチで動作します。この回路は約7.5Vで最も安定しています。
考慮すべきもう1つの重要なことは、スコープの水平スケール設定です。高すぎると、すべての低周波ノイズによってトレースがぼやけ、低すぎると、「完全な」トレースを取得するのに十分なデータがありません。繰り返しますが、これは電源の設定によって異なります。
使用可能なトレースを取得するには、オシロスコープのタイムベース設定と入力電圧を注意深く調整する必要があります。
有用な測定が必要な場合は、テスト抵抗とオペアンプの出力特性に関する知識が必要です。少しの数学で良い値を得ることができます。
カーブトレーサー回路の使い方
覚えておくべき2つの簡単なことがあります-X軸は電圧を表し、Y軸は電流を表します。
オシロスコープでは、X軸のプロービングは非常に簡単です。電圧は「そのまま」です。つまり、オシロスコープに設定された1目盛りあたりのボルトに対応します。
Yまたは現在の軸が少しトリッキーです。ここでは電流を直接測定していません。代わりに、回路を流れる電流の結果としてテスト抵抗の両端で降下した電圧を測定しています。
Y軸のピーク電圧値を測定すれば十分です。この場合、前の図に示すように、2Vです。
したがって、テスト回路を流れるピーク電流は次のようになります。
私はスイープ= Vピーク/ Rのテストを。
これは、0からの「スイープ」電流範囲を表します-スイープします。
設定に応じて、グラフは画面上の可能な限り多くの分割に拡張できます。したがって、1目盛りあたりの電流は、単純にピーク電流をグラフが伸びる目盛りの数で割ったものです。つまり、グラフの上部の「先端」が接するX軸に平行な線です。
ダイオードの曲線トレース
上記のすべてのノイズとファズがここに表示されます。
ただし、ダイオード曲線ははっきりと見ることができ、「ニー」ポイントは0.7Vです（ディビジョンXスケールあたり500mVに注意してください）。
X軸は予想される0.7Vに正確に対応していることに注意してください。これは、X軸の読み取り値の「現状のまま」の性質を正当化するものです。
ここで使用したテスト抵抗は1Kであったため、電流範囲は0mA〜2mAでした。ここでは、グラフは2目盛り（約）を超えないため、大まかなスケールは1mA /目盛りになります。
抵抗器の曲線トレース
抵抗器は電気的に最も単純なデバイスであり、線形VI曲線、別名オームの法則、R = V / Iを備えています。値の小さい抵抗は勾配が急であり（与えられたVに対してIが高い）、値が大きい抵抗は勾配が緩やかである（与えられたVに対してIが小さい）ことは明らかです。
ここでのテスト抵抗は100オームだったので、電流範囲は0mA〜20mAでした。グラフは2.5目盛りまで伸びているので、1目盛りあたりの電流は8mAです。
電流は1ボルトで16mA上昇するため、抵抗は1V / 16mA = 62オームです。これは、100オームのポットがDUTであったため適切です。
トランジスタの曲線トレース
トランジスタは3端子デバイスであるため、実行できる測定の数は非常に多くなりますが、一般的に使用される測定はごくわずかであり、そのうちの1つはコレクタ電圧のベース電流への依存性です（両方ともグランドを基準にしています）。もちろん）一定のコレクタ電流で。
カーブトレーサーを使用すると、これは簡単な作業になるはずです。ベースは一定のバイアスに接続され、X軸はコレクターに接続されています。テスト抵抗は「一定の」電流を提供します。
結果のトレースは次のようになります。
I B Vs V CE
上に示したグラフは対数目盛であることに注意してください。オシロスコープはデフォルトで線形であることに注意してください。
したがって、カーブトレーサーは、単純なコンポーネントのVIトレースを生成し、コンポーネントの特性を直感的に理解するのに役立つデバイスです。