|
Een supereenvoudige transistor curvetracer waarmee u al uw oude NPN-transistoren kunt testen op uw oscilloscoop. Voorwaarde is dat u uw scope in de X/Y-modus kunt schakelen, dus dat u zowel horizontaal als verticaal een signaal kunt aanbieden. |
Het principe van curvetracing
Wat zijn dynamische karakteristieken van een transistor?
De voornaamste dynamische karakteristiek van een transistor is de Ic = f(Uce)-karakteristiek, voorgesteld in onderstaande figuur. Hoe ontstaat een dergelijke karakteristiek? 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 krommen hebt opgenomen.
 |
| Een goede Ic = f(Uce)-karakteristiek van een transistor. (© 2017 Jos Verstraten) |
Het handmatig opnemen van deze karakteristiek 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 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 blok besturing stuurt enerzijds een trapstroomgenerator en anderzijds een zaagtandspanninggenerator. Iedere keer dat een zaagtandcyclus is doorlopen, wordt de trapstroom 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 trapstroom vloeit de basis in. De oscilloscoop verlangt van u dat u hem voedt met Uce en Ic. De collectorstroom kan natuurlijk niet rechtstreeks worden gemeten. Niet getreurd echter, die stroom vloeit ook door de kleine emitterweerstand R. De spanning over deze weerstand is nu recht evenredig met de collectorstroom en kan naar de verticale afbuiging van uw scope.
 |
| Het blokschema van een transistor curvetracer. (© 2017 Jos Verstraten) |
Het volledig schema van de curvetracer
Opmerking
In onderstaande figuur is het volledig schema van deze curvetracer voorgesteld. Als u een en ander te klein weergegeven vindt op uw scherm kunt u op de tekening klikken. U ziet nu het schema in een hogere resolutie op uw scherm. Door te klikken op de pijltjestoets 'terug naar de vorige pagina' van uw browser komt u weer in dit verhaal terecht.
 |
| Het volledig schema van de curvetracer. (© 2017 Jos Verstraten) |
De stuurkring bestaat uit een asymmetrische astabiele multivibrator (AMV), opgebouwd rond de transistoren T9 en T8. Transistor T9 staat normaal in verzadiging ingesteld en bijgevolg is zijn Uc zeer laag. Bij het omklappen van de schakeling komt hij even in spertoestand en wordt zijn collector positief. Op de collector van T9 ontstaan dus smalle positieve pulsjes. Zijn broertje T8 gedraagt zich, zoals de meeste broers, volledig tegendraads en levert smalle negatief verlopende impulsen af.
De zaagtandgenerator
De zaagtandspanning ontspruit uit de samenwerking van T1 en T2. Transistor T1 is geschakeld als constante stroombron. Zijn basis wordt door twee dioden op een vaste spanning gehouden. De spanning over P1 zorgt ervoor dat de collectorstroom constant zal blijven. Zou de stroom stijgen, dan zal er over P1 meer spanning vallen, de emitter wordt minder positief en Ube daalt waardoor de transistor minder gaat geleiden en de Ic automatisch intoomt. Deze constante stroom laadt C1 op. De spanning over C1 stijgt bijgevolg lineair. Om de zo begeerde zaagtand te verkrijgen volstaat het dus C1 periodiek te ontladen, welke taak T2 welwillend op zich neemt. Normaal is hij gesperd, zijn basis is immers via weerstand R11 aangesloten op de collector van de verzadigde T9. Als de AMV omslaat trekt T2 basisstroom, gaat sterk geleiden en ontfermt zich over de in C1 opgehoopte lading. R2 dient als stroombegrenzer. Na de positieve puls gaat T2 dicht en wordt C1 weer opgeladen. Het tere zaagtandspanninkje over C1 moet nog wat sterker worden alvorens het goed wordt bevonden voor de dienst. T3 en T4 vormen een Darlington-schakeling en zorgen ervoor dat u de zaagtand over R4 terugvindt, maar nu in staat stroom te leveren aan de te testen transistor. T4 moet worden voorzien van een koelster en R4 is een 1 W type. De potentiometer P1 laat toe de maximum waarde van Uce in te stellen. Deze potentiometer beïnvloedt de laadstroom en dus ook de spanning over C1.
De te testen transistor
De te testen transistor is weergegeven in een gestippeld blokje. Over R5, een 1 W type, wordt een spanning afgetakt die evenredig is met de Ic van de te testen transistor. De waarde hangt af van de gevoeligheid van de verticale versterker van de gebruikte scope. Als u 10 Ω of 100 Ω kiest is het gemakkelijk de uitgelezen spanning op het beeldscherm om te rekenen in collectorstroom. Met R5 = 100 Ω correspondeert iedere gemeten 0,1 V namelijk met 1 mA.
De trapspanninggenerator
Stelt zich nog het probleem van het opwekken van de trapstroom. Transistor T7 zorgt hiervoor, in nauwe samenwerking met C2. In normale omstandigheden is deze transistor gesperd. Als de AMV omslaat komt T8 zoals reeds geschreven in verzadiging. Er ontstaat een negatieve sprong op de collector. Deze smalle puls wordt gedifferentieerd door C3 en R10. Transistor T7 zal even stroom trekken en hierdoor een kleine lading op C2 plaatsen. Over C2 komt dus een kleine spanning te staan. Bij iedere puls van de multivibrator zal T7 even geleiden, hetgeen een toename van spanning over de condensator tot gevolg heeft. Deze spanning stijgt dus trapvormig totdat de uni-junction transistor T6 het welletjes vindt en doorslaat. C2 wordt volledig ontladen en de cyclus herhaalt zich. Merk op dat voor C2 een grote condensator werd gekozen. Doet u dit niet, dan zal de lekstroom van de UJT de condensator een beetje ontladen, waardoor de basisstroom niet constant blijft gedurende het schrijven van een karakteristiek. Bovendien zullen de treden van de trapspanning dan niet allemaal even groot zijn.
De potentiometer P3 laat toe de grootte van de stroompuls in te stellen en dus ook het aantal treden van de trapspanning. Omdat iedere trap overeenkomt met één karakteristiek van de Ic=f(Uce)-bundel, laat P3 toe het aantal karakteristieken, dat op het scherm van de scope zichtbaar wordt, in te stellen.
De trapstroomgenerator
De trapspanning wordt via P2 naar een emittervolger T5 gestuurd. Deze potentiometer moet hoogohmig zijn, weer om te beletten dat C2 wordt ontladen. Op de emitter van T5 vindt u de trapspanning terug. De grootte van de treden en dus van Ib is in te stellen met P2. Deze spanning moet worden omgevormd tot een constante stroom. Zoals u weet heeft een constante stroombron een zeer hoge inwendige weerstand in vergelijking met de schakeling waarop zij is aangesloten. Omdat de impedantie van een geleidende emitter/basis-junctie zeer klein is, zal met R6 gelijk aan 100 kΩ aan deze voorwaarde worden voldaan.
De bouw van de schakeling
De print en de componentenopstelling
Na deze kristalheldere uiteenzetting mijnerzijds en een paar uren huisvlijt uwerzijds is uw curvetracer klaar voor de proefvlucht. Aan de hand van de onderstaande printtekening en de componentenopstelling moet de bouw wel slagen. De schakeling kunt u voeden uit een netstekkervoedinkje dat minimaal 9 V afgeeft. Deze spanning hoeft niet eens gestabiliseerd te zijn. Op de vijf printsoldeerlipjes, aan de rechter zijkant van de print, kunt u een transistorvoetje en de connectoren naar uw scope aansluiten.
 |
| Het printontwerp van de curvetracer. (© 2017 Jos Verstraten) |
 |
| De componentenopstelling van de print. (© 2017 Jos Verstraten) |
Als u alles hebt aangesloten wat u moet aansluiten en uw scope is opgewarmd verschijnen de eerste karakteristieken op het groene scherm. Stel de gevoeligheidsregelaars van beide versterkers zodanig in dat de gehele bundel zichtbaar is en noteer de standen van de regelaars. Dit laat toe de assen eens en voor altijd te ijken.
Intensiteitsmodulatie
Als uw scope is voorzien van intensiteitsmodulatie, Z-as, trace-onderdrukker of hoe men deze functie nog meer noemt, kunt u deze reeds zo verfijnde schakeling nog wat meer sophisticated maken. Gedurende de overgang van de ene karakteristiek naar de volgende doen er zich in de schakeling overgangsverschijnselen voor. Onder hun invloed gaat de spot dartele sprongen over uw scherm uitvoeren, wat het getoonde prentje minder fraai maakt. Dit is te verhelpen door de spot gedurende die overgangen te onderdrukken. U kunt hiervoor een van de uitgangen van de AMV gebruiken. Welke u nodig hebt hangt af van de inwendige schakelingen in uw scope. Op de print is deze uitgang reeds voorzien dank zij het printsoldeerlipje 'IM' (van intensiteitsmodulatie).
Resultaten
Tot slot toont onderstaand plaatje u de twee door de schakeling opgewekte spanningsvormen (rechts) en een test van een transistor BK2712 van Texas Instruments (links), een equivalent van de BC108.
 |
| Twee scopebeelden bewijzen dat de schakeling doet wat zij moet doen. (© 2017 Jos Verstraten) |
Raspberry Pi 3 Model B ARM Cortex-A53
