Traceur de courbes caractéristiques
From Eric
Un traceur de courbe caractéristique (curve tracer) est un équipement permettant d'afficher la fonction U=f(i) d'un composant. L'article "curve tracer" de Wikipedia présente un certain nombre d'appareils de mesure professionnels qui réalise cette fonction.
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Les montages existants
Je cherche un montage facile à réaliser. On en trouve plusieurs :
- Octopus curve tracer est une version très minimaliste qui utilise un transformateur pour produire le signal d'excitation. (On retrouve le même montage à l'adresse http://www.changpuak.ch/electronics/Curve_Tracer.php.)
- Un autre montage minimaliste.
- Le montage présenté à l'adresse http://www.intio.or.jp/jf10zl/trct.htm qui utilise un compteur 7490 dont le signal d'horloge est issu du signal de sortie d'un transformateur et dont la sortie alimente un ADC primitif.
- L'article Trace voltage current curves on your PC utilise Excel et le port imprimante d'un PC pour générer les signaux et réaliser les acquisitions.
- Le montage présenté à l'adresse http://www.changpuak.ch/electronics/Curve_Tracer_advanced.php est une version élaborée du montage minimaliste... Elle utilise 3 transformateurs...
- Le site http://makeprojects.com/Project/Arduino-BiCMOS-Curve-Tracer/1427/1 présente un traceur à base d'Arduino. SciLab est utilisé pour afficher les courbes.
- http://www.diyaudio.com/forums/vendors-bazaar/205733-intelligent-curve-tracer-3-0-release.html est sans doute le montage le plus complet (et complexe). A noter que le concepteur vend son appareil.
- Un modèle de chez Elektor. Il semble comporter des bugs.
- Un modèle commercial (pour un centaine de $) : http://www.circuit-ed.com/CT100-USB-Semiconductor-Curve-Tracer-P17C5.aspx. Ce modèle utilise le port USB. Il n'est plus fabriqué! Il est décrit dans la revue Nuts and Volts de février 2008
- Un montage proposé par Maxim dans l'application note 253 (voir aussi la page concernant le remplacement de l'AOP HS65221 par un LM7171)
- Un montage utilisant une carte son.
- Un montage de chez Heathkit (http://web.archive.org/web/20020201194744/http://www.circuitarchive.co.uk/heath.htm) (chercher "curve")
- Enfin, on trouve un traceur de courbe pas cher sur eBay.
Ma première réalisation
Pour ma première réalisation, j'ai adopté le montage proposé ici. Il s'agit d'un traceur très simple dont les principes essentiels sont les suivants :
- la tension Vce est issue d'un transformateur après redressement et limitation de courant
- les tensions / courants de gate / base sont obtenus au moyen d'un compteur (un 191) et d'un CNA en R-2R
- la courbe caractéristique est affichée sur un oscilloscope 2 voies en X/Y.
Le schéma est le suivant (copie du site http://www.changpuak.ch/electronics/Curve_Tracer_advanced.php) :
Par ailleurs, le schéma de Changpuak comporte une erreur (?) sur le câblage de l'inverseur K4 : le point milieu de K4 va vers K2...
Le montage
Le montage est réalisée avec les habituelles plaquettes préperforées. Les photos suivantes montrent la face avant et ses contrôles (bien laide comparée au montage présentée par Changpuak!!) et les deux plaquettes dans leur boitier :
Voici un exemple de courbe caractéristique pour un BD241C :
Fonctionnement
Le fonctionnement du traceur est bien décrit sur le site de Changpuak, mais en quelques mots :
- Le traceur permet d'afficher l'intensité Collecteur-Emetteur (BJT) ou Source-Drain (FET) en fonction de la tension Collecteur-Emetteur (BJT) ou Source-Drain (FET), pour un ensemble de valeurs du courant de base (BJT) ou de tension de gate (FET).
- (A partir d'ici, je considère par défaut le cas d'un BJT.) La tension CE est générée à partir d'un transformateur de primaire 220V et de secondaire 2x9V. Un inverseur permet de choisir une tension de 9V ou de 18V.
- Le courant CE est limitée par un limiteur réglable. Ce limiteur mesure la chute de tension au borne d'une shunt (200 Ohm) et coupe le courant si cette tension dépasse le seuil de commutation du transistor (0.7V).
- La tension redressée issue du transformateur est utilisée à la fois pour le balayage horizontal de l'oscilloscope et comme tension VCE.
- Le courant qui parcourt le transistor sous test est converti en tension par une shunt de 10 Ohm et un ampli op (741).
- Le courant de base (pou run BJT) ou la tension de gate (pour un FET) est générée au moyen d'un compteur 3 bits. L'horloge du compteur est obtenue à partir de la tension alternative du secondaire du transformateur 220V/2x9V à l'aide de deux transistors. La sortie du compteur est convertie en tension à l'aide d'un CNA R/2R (noter l'utilisation d'un réseau de résistances, ce qui permet un meilleur précision du CNA). La sortie du CNA est amplifiée par un premier ampli-op. Le gain est réglable via un trimmer qui doit permettre l'obtention d'une tension de 7V P/P.
- La tension est alors inversée par un second ampli-op avant de se retrouver sur la gate d'un FET (via un diviseur de tension commandé par l'inverseur K4).
- Si le transistor sous test est un BJT, la base doit être commandée en courant. C'est l'objet des deux amplis op IC6C et IC6D.
Quelques mesures
Les photos suivantes donnent la valeur de la tension mesurée sur une charge de 2.2K placée entre les sortie "collecteur" et "émetteur" pour les valeurs minimale et maximale du courant :
La photo suivante montre la tension mesurée aux bornes d'une résistance de 2.2K placée sur le circuit de base. On distingue les créneaux de commande du courant :
La photo suivante montre la courbe caractéristique d'un transistor BD241C :
