|
Door het Thaise bedrijf Thaikits wordt een goedkoop bouwpakketje van een eenvoudige transistor curvetracer, lang geleden gepubliceerd in elektuur, aangeboden. Wij bouwden er eentje na, onze ervaringen leest u hier. |
Wat is een transistor curvetracer?
De Ic = f (Uce) karakteristiek van een transistor
Deze karakteristiek geeft het verband tussen de spanning tussen de collector en de emitter en de grootte van de collectorstroom van een bipolaire transistor. Deze karakteristiek wordt de 'uitgangskarakteristiek' van de halfgeleider genoemd. Dat is een zeer belangrijke karakteristiek omdat u deze gebruikt voor het instellen van de transistortrap.
De Ic = f (Uce) karakteristiek is als het ware de pasfoto van een bipolaire transistor. Als een transistor een goede uitgangskarakteristiek heeft weet u zeker dat deze halfgeleider goed werkt. Deze karakteristiek is echter in grote mate afhankelijk van de basisstroom die u in de transistor stuurt. Voor iedere waarde van de basisstroom kunt u een unieke uitgangskarakteristiek opnemen. Er ontstaat dus een bundel van curves die uniek is voor de transistor.
 |
| Een goede Ic = f (Uce)-karakteristiek van een transistor. (© 2023 Jos Verstraten) |
Het meten van de uitgangskarakteristiek
Hoe ontstaat een dergelijke bundel van curves? U stuurt een bepaalde constante stroom Ib in de basis. Vervolgens laat u de collector/emitter-spanning Uce stapsgewijs variëren van nul tot maximum en noteert voor iedere waarde de vloeiende collectorstroom Ic. U herhaalt deze metingen met verdubbelde basisstroom en ijvert zo verder tot u de volledige bundel curves hebt opgenomen.
Wat doet een curvetracer?
Het handmatig opnemen van deze uitgangskarakteristiek is een tijdrovende klus die u met wat eenvoudige elektronica echter in één seconde kunt uitvoeren. Een eenvoudige curvetracer, zoals dit apparaatje, zet namelijk de Ic = f (Uce)-karakteristiek op het scherm van uw analoge of digitale oscilloscoop. Als die bundel grafieken er goed uitziet, dan weet u dat u de transistor zonder problemen in nieuwe schakelingen kunt gebruiken. Onderstaande figuur onthult hoe dit elektronisch is te verwezenlijken. Een oscillator bestuurt enerzijds een trapspanning generator en anderzijds een zaagtandspanning generator. Iedere keer dat een zaagtandcyclus is doorlopen, wordt de trapspanning één trede verhoogd.
Na een bepaald aantal treden stort de trap in elkaar en herbegint het proces. De zaagtand wordt gebruikt als Uce en de trapspanning stuurt een stroom Ib de basis in. Uw oscilloscoop verlangt van u dat u hem voedt met Uce en Ic. De Uce meet u tussen de collector en de massa. De collectorstroom kan natuurlijk niet rechtstreeks worden gemeten. Niet getreurd echter, die stroom vloeit ook door de kleine weerstand Rc. De spanning over deze weerstand is immers recht evenredig met de collectorstroom en kan via een verschilversterker naar de verticale afbuiging van uw scoop.
 |
| Het principe van een transistor curvetracer. (© 2023 Jos Verstraten) |
Attentie!
Voor het toepassen van zo'n apparaatje hebt u dus een oscilloscoop nodig. Aan de bandbreedte en de gevoeligheid worden geen hoge eisen gesteld. U moet echter in ieder geval een oscilloscoop hebben die beschikt over twee kanalen CH1 en CH2. Bovendien moet de oscilloscoop de optie hebben om met deze kanalen te werken in de XY-modus. Een kanaal zorgt dan voor de horizontale verplaatsing van de spot, het tweede kanaal voor de verticale verplaatsing van de spot.
De leverancier
De CH-012EX transistor curvetracer van ThaiKits
De leverancier
Dit bouwpakketje wordt, bij ons beste weten, door slechts één bedrijf aangeboden, namelijk ThaiKits uit Thailand. U kunt het voor $ 38,00 bestellen via de website van het bedrijf. U kunt het bouwpakket bestellen via onderstaande link:
Aanklikbare link ➡ BJT Transistor Curve Tracer Plus AC/DC Regulator Power Supply
Helaas kunt u bij ThaiKits uitsluitend betalen via PayPal. Het pakketje wordt echter ook voor € 53,46 geleverd via ebay, zie:
Aanklikbare link ➡ BJT Transistor Curve Tracer Plus AC/DC Regulator Power Supply
Bij ebay kunt u betalen via PayPal, Google Pay en diverse credticards. Betalen via iDEAL is echter bij geen van beide bedrijven mogelijk.
Het pakketje wordt door Thailand Post via luchtpost naar Nederland verstuurd, waar het wordt overgedragen aan de douane en vandaar aan postnl. De zending doet er echter weken over om bij u thuis te arriveren.
De samenstelling van het pakket
De samenstelling van het pakket
De kit bestaat uit twee printjes met bijbehorende onderdelen. Eén print bevat alle onderdelen, exclusief de trafo, voor het samenstellen van een gestabiliseerde voeding die ±15 V levert. De tweede print bevat de schakeling van de curvetracer.
De leveringsomvang van het bouwpakket
De leveringsomvang van het bouwpakket
Zoals te doen gebruikelijk bij dergelijke internationale zendingen zitten de onderdelen in feite in een veel te klein pakketje, waarin alles zoals de overbekende sardientjes in het blik opgepropt zit. Gelukkig zijn de twee 14-pens IC's en de IC-voetjes in een stukje piepschuim geprikt, zodat de pootjes van deze onderdelen de overtocht in goede orde overleven.
 |
| De geleverde onderdelen. (© ThaiKits) |
De 'bouwbeschrijving'
In het pakket zit één velletje papier met het schema en de componentenopstelling van de voedingsprint. De beschrijving van de curvetracer moet u om de een of andere duistere reden via een mailtje naar de fabrikant aanvragen. Dat mailtje wordt (in ons geval) één dag later beantwoord met een PDF-bestandje dat vier velletjes A4-bevat met wat uitleg in het Engels, het schema en een aansluitschema, maar géén nabouw beschrijving. Gelukkig zijn beide printen voorzien van een goed bruikbare componentenopstelling.
De specificaties van de CH-012EX transistor curvetracer
De specificaties van de CH-012EX transistor curvetracer
De kit is uitsluitend bruikbaar voor bipolaire transistoren, zowel PNP als NPN. U schakelt om door een jumper wel of niet in een printheader op de print te prikken. Hetzelfde geldt voor de selectie tussen laagvermogen of hoogvermogen transistoren. Met deze keuze kiest u de basisstromen die de elektronica in de basis van de te testen transistor stuurt. De schakeling stuurt zeven verschillende basisstromen naar de halfgeleider, zodat de weergegeven uitgangskarakteristiek bestaat uit een bundel van zeven Ic = f (Uce) curves plus de nullijn, die ook wordt geschreven.
Op de rand van de print zit een vierpolig voetje waarin u de te testen transistor kunt pluggen. Voor het verbinden van de print met uw oscilloscoop en de voeding worden soldeerlipjes meegeleverd.
De voornaamste specificaties:
- Voedingsspanning: ±15 V
- Voedingsstroom: ±0,5 A max.
- Test NPN en PNP bipolaire transistoren
- Basisstromen low power: zeven stappen van ±24 μA tot ±168 μA
- Basisstromen high power: zeven stappen van ±0,32 mA tot ±2,24 mA
- Collector/emitter-spanning: +10 V of -10 V max.
- Omschakelfrequentie: 642 Hz
Het schema van de voeding
De voeding voor de curvetracer
Het schema van de voeding
Het schema van de voeding, in de onderstaande figuur voorgesteld en afgeleid uit een scan van het ene velletje handleiding, is in de ware zin des woord 'klassiek van opbouw'. Rond de twee stabilisatoren 7815 en 7915 zijn alle voorgeschreven condensatoren en diodes aanwezig.
 |
| Het schema van de voeding. (© ThaiKits) |
De voedingsprint
De voedingsprint is voorgesteld in de onderstaande figuur. Op de componentenopdruk staan de twee koelplaatjes van de stabilisatoren op een veilige afstand van elkaar. In de realiteit is de afstand ertussen ongeveer twee millimeter en omdat de koelplaatjes een beetje kunnen wiebelen op de print is de kans aanwezig dat zij elkaar raken. Een mooie kortsluiting is het gevolg!
 |
| De print van de voeding. (© 2023 Jos Verstraten) |
De bouw van de voedingsprint
Hier is weinig over te schrijven, behalve dan de opmerking over de naar onze mening te kleine afstand tussen beide koelplaatjes. Die mogen elkaar in geen geval raken! Let hier goed op bij het bestukken van deze print!
 |
| De volledig gemonteerde voedingsprint. (© 2023 Jos Verstraten) |
De transistor curvetracer
Het schema
Het schema staat in het PDF'je dat u op aanvraag krijgt gemaild en is in weergegeven in de onderstaande figuur. Het kost niet veel moeite om te achterhalen dat ThaiKits een ooit door de ontwerpafdeling van elektuur ontworpen schema heeft gekopieerd en slechts op details heeft aangepast. Deze nabouw schakeling werd gepubliceerd in het decembernummer van jaargang 1989, pagina's 44 tot en met 49. Wij publiceren het originele schema van de elektuur curvetracer onder het schema van het bouwpakketje van ThaiKits. Het is overduidelijk dat de basis ontwerp ideeën van de elektuur schakeling simpelweg zijn overgenomen. Of hierbij het copyright van de oorspronkelijke ontwerper is geëerbiedigd durven wij te betwijfelen.....
Het grote verschil is dat bij het geleverde bouwpakketje de omschakeling tussen NPN en PNP via een relais gebeurt en dat er, ook via een relais, twee sets basisstromen kunnen worden geselecteerd.
 |
| Het schema van de CH-012EX curvetracer. (© ThaiKits) |
 |
| Ter vergelijking: het originele schema van de elektuur curvetracer. (© Elektor International Media BV) |
De werking van de schakeling
Wij bespreken de werking van de schakeling in het kort aan de hand van het duidelijkere elektuur schema. Wie een uitgebreidere bespreking van de werking van de schakeling zoekt kan het betreffende decembernummer van elektuur tegenwoordig gratis downloaden van de elektor-site.
Aanklikbare link ➡ elektuur 1989-12
Omdat de schakeling zowel NPN- als PNP-transistoren moet kunnen testen is de volledige schakeling qua voeding symmetrisch uitgevoerd. Ook het digitale deel werkt met voedingsspanningen van +5,6 V en -5,6 V, de logische niveaus van deze schakeling zijn dus niet nul en positief, maar negatief en positief. Op deze manier is het mogelijk op een verrassend simpele manier zowel positieve als negatieve spanningen en stromen te genereren.
Bij deze curvetracer wordt geen gebruik gemaakt van een zaagtandgenerator voor het genereren van de collector/emitter-spanning, maar van een driehoekgenerator. Deze is samengesteld uit een schmitt-trigger A1 en een integrator A2. Het voordeel is een eenvoudigere schakeling. Het nadeel is dat iedere curve van de Ic = f (Uce) karakteristiek twee keer op het scherm van uw oscilloscoop wordt geschreven: een keer van lage naar hoge spanning, de tweede keer van hoge naar lage spanning. Als het goed gaat ziet u daar echter niets van, de curves worden over elkaar heen geschreven.
De condensator C5 is de integrator-condensator waarover de driehoekvormige spanning ontstaat. Door middel van de schakelaar S1a zijn de schakeldrempels van de schmitt-trigger in te stellen op 0 V en 8 V of op 0 V en -8 V. De driehoekspanning over de condensator C5 wordt door middel van een eenvoudig complementair eindtrapje A3, T1 en T2 omgezet in een signaal dat voldoende vermogen kan leveren om de te testen transistor te voorzien van voldoende collectorstroom.
De trapvormige spanning wordt gegenereerd door de ingangsspanning van de comparator aan te bieden aan de clock-ingang van een binaire teller IC1 (4024). De uitgangen Q1, Q2 en Q3 sturen via binair geschaalde weerstanden R2 tot en met R6 stromen van respectievelijk 1•I, 2•I en 4•I naar de basis van de te testen transistor. Als de binaire teller zijn telcyclus doorloopt wordt dus een somstroom van 0•I (L-L-L) tot en met 7•I (H-H-H) naar de basis gestuurd of uit de basis ontvangen. De dioden D7 tot en met D12 zorgen ervoor dat ofwel de positieve H-niveaus een stroom naar de basis sturen (NPN) of de negatieve niveaus een stroom uit de basis opnemen (PNP).
De collectorstroom wordt niet gemeten door een sensorweerstand in de collectorleiding met een verschilversterker (zoals het theoretisch hoort), maar door een sensorweerstand R1 in de emitter. Het voordeel hiervan is dat er geen verschilversterker nodig is. Het nadeel is echter dat de curvetracer nu niet de zuivere collector/emitter-spanning in de grafiek zet, maar de collector/emitter-spanning plus de spanningsval over de weerstand R1. Omdat deze weerstand slechts 1 Ω is, valt dit nadeel in de praktijk wel mee.
Het tweede voordeel van dit systeem is echter dat via de dioden D13 en D14 en de tóch in de chip aanwezige vierde op-amp A4 een stroombegrenzing kan worden gerealiseerd die de collectorstroom binnen de perken houdt als de te testen transistor een collector-naar-emitter sluiting zou vertonen. Hierdoor wordt de schakeling beschermd tegen vernielde eindtransistoren T1 en T2!
De print van de curvetracer
De print voor deze schakeling is voorgesteld in de onderstaande figuur. Er is gekozen voor een enkelzijdige print, wat tot gevolg heeft dat er in totaal niet minder dan twaalf soldeerbruggetjes noodzakelijk zijn. In het pakket worden hiervoor '0 Ω'-weerstanden geleverd.
De print van de curvetracer
De print voor deze schakeling is voorgesteld in de onderstaande figuur. Er is gekozen voor een enkelzijdige print, wat tot gevolg heeft dat er in totaal niet minder dan twaalf soldeerbruggetjes noodzakelijk zijn. In het pakket worden hiervoor '0 Ω'-weerstanden geleverd.
 |
| De print van de Thaise curvetracer. (© 2023 Jos Verstraten) |
De bouw van de curvetracer print
Ondanks het ontbreken van een stap-na-stap bouwbeschrijving is het bestukken van deze print een fluitje van een cent. De meest handige volgorde is:
- De 20 1N4148 diodes
- De 4 zenerdiodes 1N5234
- De 12 '0 Ω'-weerstanden, gekenmerkt door één zwarte band en de 'J' op de print.
- De 22 kleine blauwe weerstandjes.
- De 2 beige een/vierde watt weerstanden.
- Het transistorvoetje.
- De twee IC-voetjes.
- De vierpolige printheader voor SW1 en SW2.
- De 8 soldeerlipjes.
- De 220 nF condensator (224J100).
- De 1 nF condensator (102J100).
- De 100 nF condensator (104J100).
- De elco van 100 μF.
- De 2 relais.
- De BD139 en BD140 op hun koelplaatjes.
- Monteer de twee IC's in de voetjes.
Let goed op het verschil tussen de notatie '1' en 'J' bij de weerstanden!
Let goed op het verschil tussen de notatie '1' en 'J' bij de weerstanden!
De compleet gemonteerde print
In de onderstaande foto is de volledig gesoldeerde curvetracer print voorgesteld.
 |
De afgewerkte curvetracer print. (© 2023 Jos Verstraten) |
Eindmontage
Verbind de AC, G en AC ingangen van de voedingsprint met de twee secundaire wikkelingen van een 2 x 15 Vac voedingstrafootje. Een stroomcapaciteit van 2 x 0,5 A is ruim voldoende. Meet vervolgens even de voedingsspanningen en controleer of deze +15 Vdc en -15 Vdc zijn. Sluit de twee printjes met drie draadjes op elkaar aan en maak de verbinding met beide ingangen van uw oscilloscoop.
Zet als proef een laagvermogen transistor in het voetje en wacht de gebeurtenissen af!
De uitgangsspanningen van de curvetracer
Onze ervaringen met dit bouwpakket
De uitgangsspanningen van de curvetracer
Wij hebben als test een BC107 in het voetje geprikt en de curvetracer ingesteld op 'low power' en 'NPN'. In het onderstaand oscillogram ziet u de signalen op de X- en Y-uitgangen van de print. Omdat het Y-signaal wordt gemeten over een weerstand van slechts 1 Ω is dit klein en moet u de versterking van dit kanaal van uw oscilloscoop flink opschroeven.
 |
| De X- en Y-signalen die de print levert. (© 2023 Jos Verstraten) |
Aansluiten op de oscilloscoop
Bij ALLE digitale exemplaren moet u de twee uitgangssignalen van de print aansluiten op de CH1- en CH2-ingangen van de scope en het apparaat via een van de menu's in de X/Y-modus zetten.
Sommige analoge oscilloscopen werken op dezelfde manier en moet u een knopje X-Y indrukken. Dat is bijvoorbeeld het geval bij de populaire Hameg scope HM203. Kanaal 2 wordt dan gebruikt voor het horizontale X-signaal. Bij andere analoge apparaten moet u echter het verticale signaal Y op een van de ingangen zetten en het horizontale X op de externe ingang van de tijdbasis. Ook dan moet er ergens een knop te vinden zijn waarmee u de interne tijdbasis uitschakelt en de X/Y-modus inschakelt.
De Ic = f (Uce) karakteristiek op het analoge schermHet resultaat van deze curvetracer ziet er op het scherm van een analoge scope heel mooi uit. Wij hebben een dergelijk apparaat niet meer in huis, dus moeten wij vertrouwen op een foto die bij het originele elektuur artikel staat. In dit voorbeeld ziet u de uitgangskarakteristiek van een BC550.
 |
| De curvetracer op het scherm van een analoge oscilloscoop. (© Elektor International Media) |
De Ic = f (Uce) karakteristiek op het digitale scherm
In feite zijn moderne digitale oscilloscopen niet erg goed in het weergegeven van XY-diagrammen. Dat heeft alles te maken met hun fundamenteel andere werking dan deze van analoge soortgenoten, die een elektronenspot écht in X- en Y-richting verplaatsen over het scherm. Iedere digitale oscilloscoop heeft een andere manier om XY-grafieken te verwerken. Zoals uit de onderstaande foto's blijkt is het resultaat minder fraai dan op het scherm van een analoge scoop. In de meeste gevallen kunt u de kwaliteit van het beeld beïnvloeden door te kiezen tussen dot- of vector-weergave en door de nalichttijd (persistence) op de meest gunstige waarde in te stellen. Wij hebben een XDS2102A van Owon en op de onderstaande oscillogrammen ziet u hoe deze scoop de karakterisitieken van een BC107 en een BC177 weergeeft.
 |
| De BC107 en BC177 op het scherm van onze XDS2102A. (© 2023 Jos Verstraten) |
VTSSC50N soldeerstation
