Transistorkurveschrijver
IC/UCE-karakteristieken direkt op het scherm
Eenvoudige schakelingen die voor weinig geld nuttige toevoegingen bieden voor het "thuislaboratorium" zijn er altijd nog te weinig, vinden wij. Dit ontwerp bezit alle kwaliteiten die het tot een sprekend voorbeeld maken van deze kategorie. Het biedt oscilloskoopbezitters een heel aardige, extra meetmogelijkheid, het is simpel te bouwen, bevat uitsluitend huis-tuin-en-keukenonderdelen en kost maar een habbekrats. Allemaal redenen waarom wij het best wat extra aandacht en een printontwerpje waard vonden.
Voor wie misschien mocht gaan denken dat het bij Elektuur mode gaat worden om allerlei oude schakelingen uit de doos te gaan opdiepen en deze, voorzien van een nieuw jasje, opnieuw te publiceren, zij nadrukkelijk vermeld dat deze publikatie gezien moet worden als behorende tot de uitzonderingen die de regel bevestigen.
Sporadisch komt het namelijk voor dat schakelingen die in feite meer verdienen, om allerlei redenen zich toch maar tevreden moeten stellen met een uiterst bescheiden plaatsje in het blad. Dat gebeurt ten tijde van de jaarlijks terugkerende halfgeleidergidsdrukte, dat gebeurt vooral bij het gejacht en gejaag dat een Elektuur-prijsvraag met zich meebrengt. Schakelingen worden dan met een beknopte beschrijving weggestopt op een halve Elektuurpagina of nog minder en tijd voor een print-ontwerp is er niet altijd. Vooral dat laatste betekent nogal een handicap voor een naar populariteit hunkerende schakeling, want we hebben gemerkt dat er zonder printontwerp van onze kant steeds minder nagebouwd wordt de laatste tijd. Er wordt heel wat afgeknutseld, daar niet van, maar een print lijkt tegenwoordig wel een voorwaarde om er überhaupt aan te beginnen.
Het ontwerp
Figuur 1 geeft het schema van zo'n ontwerp dat naar ons gevoel min of meer tussen de wal en het schip is geraakt. Dat gebeurde ongeveer een jaar geleden, om precies te zijn in de halfgeleidergids van '79 (schakeling nr. 6).
Figuur 1. Het schema van de kurveschrijver. Voor degenen die de uitdrukking niet kennen zij vermeld dat "TUT" staat voor "transistor under test".
Het gaat hier om een met minimale middelen (dat is juist de charme van het ding) gekonstrueerde kurveschrijver voor transistoren en dioden. Geen echt professioneel meetinstrument natuurlijk, maar een uiterst bruikbaar hulpje om zelf snel even een globale test uit te voeren of om transistoren te vergelijken of te selekteren. Toepassing van de schakeling is uiteraard wel voorbehouden aan bezitters van een oscilloskoop (met aparte X- en Y-ingang), want voor het zichtbaar maken van de kurves wordt het skoopscherm gebruikt.
Wat schrijft onze schrijver? Omdat het natuurlijk onmogelijk is te zeggen welke eigenschap van een transistor nu belangrijker is dan andere, kunnen we niet praten over de "belangrijkste kurve". In de transistorhandboeken is het wel de meest gelezen kurve, dat is zeker. Het gaat hier namelijk om de IC/UCE-karakteristieken: daarin wordt de kollektorstroom uitgezet als funktie van de kollektor/emitter-spanning bij verschillende basisstromen. Figuur 2 geeft een voorbeeld van zo'n karakteristiek. Hier is gelijk aangegeven met welke basisstromen (ongeveer) de kurve-schrijver meet. Uit de IC/UCE-karakteristieken valt direkt de stroomversterking af te leiden en na enig gereken ook de uitgangsimpedantie van de transistor. Wat dit laatste betreft is de helling van de kurve maatgevend; als vuistregel geldt dat hoe "horizontaler" het rechte stuk, hoe hoger de kollektor/emitter-impedantie.
Figuur 2. IC/UCE-kurven van een willekeurige transistor. In onze schakeling wordt (ongeveer) bij deze vijf basisstromen gemeten.
Terug naar het schema. We zien daar de te testen transistor zoals gebruikelijk aangegeven met "TUT" (transistor under test). Tussen de punten die verbonden worden met de Y-ingang en de massa-aansluiting van de oscilloskoop "hangt" weerstand R7. Dat is de kollektorweerstand van de TUT ende spanning hierover is uiteraard evenredig met de kollektorstroom van de geteste transistor; zodoende hebben we op de vertikale as van de skoop dus "IC". De emitter van de TUT wordt verbonden met de X-ingang, zodat we horizontaal op de skoop de kollektor/emitterspanning (UCE) kunnen aflezen.
Hoe ontstaan nu de kurves op het beeld- scherm? Aan de TUT worden daartoe twee spanningen toegevoerd. Een uit 5 stapjes bestaande trapspanning op de basis en tijdens elke stap hiervan een zaagtand op de kollektor: steeds wordt dus bij een bepaalde basisstroom de kollektorspanning gevarieerd. Dit gaat met een aardige snelheid, zodat het skoopscherm tegelijkertijd 5 karakteristieken toont voor 5 verschillende basisstromen.
Zowel de trapspannings- als de zaagtand-opwekking worden gestuurd vanuit een astabiele multivibrator. Deze AMV is opgebouwd met T1 en T2 en levert een blokspanning met een frekwentie van ca. 1 kHz.
De zaagtand wordt langs de eenvoudigste weg verkregen, namelijk door integratie van de blokspanning via R5 en C5. De vorming van de trapspanning is wat ingewikkelder. Het gemakkelijkst is dit als volgt uit te leggen: tijdens het positieve deel van de door de AMV geproduceerde blokspanning wordt C3 opgeladen tot de volle voedingsspanning. Gedurende de neergaande flank van elke blok zal C3 transistor T3 opensturen en zodoende de spanning aan de emitter van T4 (via R8 verbonden met de basis van de TUT!) een beetje lager maken. Door het telkens kortstondig opladen van C4 zal elke volgende blok op C3 de emitterspanning van T4 trapsgewijs verlagen, totdat het punt is bereikt dat T4 gaat geleiden en op zijn beurt T5 openstuurt. C4 ontlaadt zich snel en er begint weer een nieuwe cyclus.
Het aantal stapjes waaruit een cyclus bestaat, wordt bepaald door de verhouding van C3 en C4 en bedraagt bij de hier gegeven komponentenwaarden 5. Door aanpassing van de waarde van C4 kan het aantal stapjes (en dus het aantal weergegeven kurves op het scherm) eventueel worden veranderd.
Praktijk
De foto van figuur 3 laat zien hoe de kurves op het skoopscherm verschijnen. Nu komt ook meteen het enige kleine schoonheidsfoutje van de schakeling aan het licht: de karakteristieken worden van rechts naar links geschreven in plaats van andersom. Bij deze eenvoudige opzet kan dit helaas niet anders en een ernstig nadeel vinden wij het eerlijk gezegd niet. Wat wel een nadeel genoemd kan worden is dat de schrijver alleen geschikt is voor NPN-transistoren. PNP-typen kunnen er niet mee worden getest. Wanneer dat als een bezwaar gevoeld wordt, is er echter wel een goedkope oplossing: men bouwt twee printen op in plaats van een. Aan onderdelen kost de schakeling niet veel, dus waarom niet? Van die tweede maakt men dan een PNP-versie: voor T1 ... T4 en T6 neemt men TUP's, T5 wordt nu een TUN, C6, D1 en de voedingsspanning ompoten en klaar is Kees. Zo'n PNPuitvoering schrijft overigens de kurves wel van links naar rechts, alleen is nu de Y-as negatief zodat ze ondersteboven op het scherm komen. Een beetje vreemd, maar het went snel ...
Figuur 3. Zo verschijnen de kurven op het skoopscherm.
Zoals gezegd kunnen ook dioden worden getest. Als men deze met de anode aan R7 (Massa) en met de katode aan de voedingsnul (X) aansluit, krijgt men keurig de If/Uf-karakteristiek van de desbetreffende diode op het scherm.
Figuur 4 laat de print zien. lets bijzonders valt er eigenlijk niet over te melden, alleen dat hij zeer kompakt is en in minder dan geen tijd is op te bouwen.
Figuur 4. De print van de kurveschrijver.
| R1,R4 | 4k7 |
| R2,R3,R5 | 15 k |
| R6 | 2k2 |
| R7 | 330 Ω |
| R8 | 270 k |
| C1,C2,C4 | 100 n |
| C3 | 22 n |
| C5 | 10 n |
| C6 | 100 µ/10 V |
| T1-T4,T6 | TUN |
| T5 | TUP |
| D1 | DUG |
Nog een laatste opmerking: Aangezien de schakeling maar een paar mA trekt, hoeft de voeding zeker niet erg "zwaar" bemeten te worden. Voor een goede werking is het echter wel van belang dat de voedingsspanning goed gestabiliseerd is.
B. Darnton