Toto zařízení je napájeno ze síťového napětí. Vše děláte na vlastní riziko.
Schéma zapojení (klikněte pro plné rozlišení)
Jedná se o poměrně jednoduchý měřicí adaptér pro osciloskop s X-Y režimem použitelný pro měření V-A charakteristik diod, tranzistorů a dalších součástek.
Měřič je napájen z transformátoru se dvěma nezávislými sekundárními vinutími (s napětími 30 V a 12 V). Transformátor je napájen ze sítě 230 V přes odpovídající pojistku. Je vhodné použít transformátor, co nemá vinutí přímo nad sebou kvůli kapacitní vazbě pri-sek. Také je vhodné jeho kostru uzemnit. 12 V vinutí zajišťuje napájení pro operační zesilovač, ventilátor a další elektroniku. Diody D4, D5, kondenzátory C1, C2, C4, C5 a stabilizátory U1, U2 (7809, 7909) tvoří symetrický napájecí zdroj ±9 V.
Pro napájení samotné měřicí součástky je použito 30 V vinutí. Využívá se zde střídavého napájení - toho, že "projde" za jednu periodu celým měřeným rozsahem proudu (a napětí). Pokud se uvažuje sinusový průběh, amplituda bude sqrt(2)*30 = 42,4 V. Ke konektoru J4 je připojen rezistor 100 Ω, ke kterému se pomocí přepínačů na předním panelu dají sériově připojit další rezistory 47, 100, 220, 470, 1000, 2200 Ω. Přepínači SW1, SW2 se volí, zda se používá pouze jedna půlvlna či obě (případně která půlvlna). Tímto se nastavuje proudové omezení (cca 10 až 400 mA). Na těchto rezistorech je značná výkonová ztráta (pro 100 Ω a zkrat až 9 W, je nutné je dostatečně dimenzovat, zde je i malý ventilátor). Měřená součástka je připojena mezi konektory J7 a J9. Proud je snímán na rezistoru R2 (1 Ω). Diody D3, D7 omezují max. úbytek na R2 na cca ±0,7 V. Při běžné teplotě přes ně do napětí cca 0,4 až 0,5 V neteče skoro žádný proud. Signál je dále zesílen operačním zesilovačem U3 (nakonec byl použitý typ CA3140 kvůli lepším parametrům než jaké má LM741). Blízko OZ jsou umístěny kondenzátory C6 a C7. Dvojitá Schottkyho dioda D11 je zde pro ochranu OZ. OZ je zapojen v invertujícím zapojení (napětí na měřeném bodě u rezistoru R2 bude odpovídat proudu mezi svorkami J7 a J9, ale s opačným znaménkem) se zesílením -10. Rezistory R11, R12 a R13 (2x 470 kΩ paralelně) kompenzují odběr osciloskopu připojeného ke konektoru J5 (uvažuji odpor 1 MΩ). Trimr RV1 nastavuje offset. Na konektoru J5 je napětí odpovídající napětí na měřené součástce (X výstup), na konektoru J6 je napětí odpovídající proudu, 10 mV/mA (Y výstup).
Pro omezení napětí na měřené součástce je zde obvod složený ze součástek D6, C3, R5, D8, Q1, Q4, R6, R9, RV4, RV3. Tranzistor Q1 je nutné chladit. Můstek D6 usměrňuje napětí. Pokud napětí mezi bází Q1 a anodou D8 přesáhne cca 4 V, tranzistor Q1 se začne otevírat. Potenciometr RV4 (kterým se nastavuje napětí) tvoří spolu s RV3 a R9 napěťový dělič, jehož výstup přes Q4 (v zapojení sledovače) vede do báze Q1. Trimr RV3 nastavuje max. napětí. Na místě Q1 byl v sestavené verzi použit tranzistor MJE13009 - extrémně předimenzovaný, ale zrovna byl "po ruce".
Pro měření charakteristik tranzistorů je zde ještě obvod nastavující předpětí či proud (omezený pomocí R10 - v konečném zapojení lze dalším přepínačem zvolit větší rezistor) pro bázi/hradlo měřeného tranzistoru. Tento vývod tranzistoru se připojuje k J8. Nastavení napětí/proudu je zajištěno pomocí dvojitého potenciometru RV2 a sledovačů napětí s tranzistory Q2, Q3. Proud je omezen pomocí R10. Přepínač SW3 volí polaritu. Další součástky jsou zde pro ochranu. Mezi piny 2 a 1 konektoru J10 se připojuje miliampérmetr sledující proud do báze tranzistoru. Pro měření MOSFETů se tyto vývody zkratují a mezi ně a pin 3 se připojí voltmetr s paralelně zařazeným kondenzátorem 1 až 10 µF.
Obvod funguje poměrně dobře, nicméně není úplně přesný. Na fotografii dole není deska plošných spojů nijak stíněná od transformátoru. Je téměř nutné při takovéto blízkosti transformátoru dát mezi něj a desku stínící plech či přidat kompenzační obvod, jinak budou měření výrazně zkreslená!
Byla použitá jednostranná deska plošných spojů. Soubory pro KiCad jsou dostupné zde.
Přední panel (klikněte pro plné rozlišení)
Vnitřnosti (klikněte pro plné rozlišení)
VA charakteristika Zenerovy diody (klikněte pro plné rozlišení)
Výstupní charakteristika tranzistoru NPN (klikněte pro plné rozlišení)