Универсальный характериограф

Статические характеристики электронных приборов можно снимать двумя способами. Самым простым и наиболее распространенным является способ снятия статических характеристик на постоянном токе по точкам. Второй способ — осциллографический, при котором используется специальный прибор — характериограф.

Несмотря на высокую точность, первый способ имеет серьезные недостатки: длительность процесса измерений и необходимость последующей кропотливой обработки результатов, ограниченная возможность исследования областей характеристик, в которых мощность рассеяния превышает допустимую (например, области пробоя транзисторов). Поэтому для оперативной оценки качества электронных приборов, когда точность измерения не играет большой роли, предпочтительнее использовать характериограф, позволяющий наблюдать на экране осциллографа семейство статических характеристик. Наглядность и оперативность осциллографическо-го метода имеют особенно большое значение при использовании характериографа в учебных целях. Он позволяет быстро снимать статические характеристики для различных типов электронных приборов, различных схем их включения, при наличии некоторых дефектов конструкции и технологии изготовления.

Авторами разработан и изготовлен универсальный характериограф, позволяющий снимать сеточные, анодно-сеточные, анодные характеристики и характеристики двойного управления электронных ламп, характеристики полупроводниковых диодов, входные характеристики биполярных транзисторов, выходные характеристики и характеристики прямой передачи биполярных и полевых транзисторов. Прибор позволяет исследовать биполярные транзисторы как р-п-р, так и п-р-п структур, а полевые транзисторы — с каналами п и р типов.

Принцип осциллографирования статических характеристик рассмотрим на примере снятия выходных характеристик транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером. Эта характеристика представляет собой зависимость тока коллектора Iк от напряжения между коллектором и эмиттером UK при постоянном токе базы 1б. Схема для снятия выходных характеристик транзистора изображена на рис. 1. При изменении коллекторного напряжения Uк(t), которое обеспечивает генератор развертки ГР, и постоянном токе базы 1б соответственно изменяется ток коллектора Iк(t). В коллекторную цепь транзистора включен измерительный резистор Rиз падение напряжения на котором пропорционально коллекторному току:

(рис. 2). Ступенчатый ток базы обеспечивает генератор ступеней ГС.

Структурная схема универсального характериографа приведена на рис. 3. Здесь ГР — генератор развертки, ГС — генератор ступеней (они могут быть генераторами напряжения или тока, в зависимости от типа снимаемых характеристик), КУ—коммутирующее устройство, с помощью которого можно оперативно создавать схемы для снятия необходимой характеристики исследуемого электронного прибора. В качестве индикатора используется осциллограф Осц.

Закон изменения развертывающего напряжения (тока) не влияет на форму снимаемых характеристик, поэтому в генераторе развертки можно использовать импульсы, получаемые из напряжения сети.

Это позволяет легко обеспечить требуемую мощность и достаточно просто осуществить регулировку амплитуды развертки. Генератор ступеней целесообразно выполнять на тринисторных ключах. Применение тринисторов позволяет получить достаточную мощность ступеней.

На рис. 4 показаны временные диаграммы напряжений питания Uп, развертки Uр и ступеней Uс. При использовании в качестве развертывающего напряжения косинусоидальных импульсов число ступеней целесообразно выбрать равным четырем (U1 — U4 на рис. 4). Тогда передний и задний фронты развертывающего импульса соответствуют двум различным ступеням, и при прямом и обратном движении луча на экране осциллографа вычерчиваются две различные статические характеристики.

Принципиальная схема универсального характерио-графа приведена на рис. 5. Генератор напряжения развертки состоит из двухполупериодного выпрямителя без фильтра, включающего в себя трансформатор с отводами Тр4 и мост на диодах Д21—Д24. С помощью переключателя ВЗ изменяется амплитуда развертывающего напряжения, подаваемого на исследуемый электронный прибор через коммутирующее устройство. Режим генератора тока осуществляется последовательным включением резистора R32.

Для упрощения калибровки осциллографа по оси X развертывающее напряжение подается на него от отдельного выпрямителя на диодах Д36—Д39. Это дает также возможность растянуть начальный участок характеристик, так как напряжение развертки, подаваемое на испытуемый прибор, может быть минимальным, а размер изображения по горизонтали при этом остается постоянным и не ограничивается чувствительностью осциллографа по входу X.

Генератор ступеней представляет собой блок постоянных напряжений, которые коммутируются с помощью тринисторных ключей Д15—Д17 на общую нагрузку. Этой общей нагрузкой является делитель R9—R13. Для получения постоянных напряжений используются двух-полупериодные выпрямители на диодах Д30—Д35 с RC фильтром R35, С9—С14. Для управления ключами служит специальное устройство, на которое подается переменное напряжение от силового трансформатора ТрЗ генератора ступеней. С помощью тринисторов Д18—Д20 и вспомогательных цепочек R38—R42, С15—С17, Д25— Д28 получаются четыре сдвинутых друг относительно друга группы управляющих импульсов U1 U2, U3, U4 (см. рис. 4).

Управляющие импульсы после дифференцирования поступают на базы транзисторов Т2—Т4, с помощью которых происходит включение тринисторов соответствующих ступеней. При включении ключа следующей ступени тринистор предыдущей ступени автоматически выключается напряжением обратной полярности. Выключению первой ступени нулевого напряжения соответствует выключение ключа четвертой ступени (Д15). Для этого последовательно с ним соединен транзистор Т6 с усилителем тока на транзисторе Т5. Управляющим импульсом U4 через дифференцирующий трансформатор Тр2 транзистор Т6 кратковременно закрывается. При этом тринистор Д15 выключается, и напряжение ступени становится равным нулю. Таким образом, поочередное включение ключей Д17, Д16, Д15 обеспечивают четыре напряжения: 0, 30, 60, 90 В. С помощью переключателя В2 изменяется амплитуда ступеней на выходе.

Режим генератора тока обеспечивается включением в выходную цепь резисторов R4—R9.

Для питания исследуемых электронных приборов служит блок вспомогательных напряжений, который содержит три выпрямителя, обеспечивающих постоянные стабилизированные напряжения 8, 80 и 150 В, а также переменное напряжение 6,3 В.

Коммутирующее устройство представляет собой координатный соединитель 10X10. Схема для снятия характеристик электронного прибора задается перфокартой.

Универсальный характериограф имеет следующие пределы изменения напряжений и токов. Генератор развертки: амплитуда выходного напряжения — 0,4; 0,8; 1,4; 2; 6; 9; 11; 13; 22; 80; 100; 120; 170 В; амплитуда выходного тока — 0,2; 2; 4 мА. Генератор ступеней: амплитуда ступеней напряжения — 1,5; 3; 9; 30; 90 В; амплитуда ступеней тока—-0,3; 0,6; 1,5; 3; 9 мА.

Конструктивно характериограф выполнен в виде настольного прибора (рис. 6). Каркас изготовлен из дюралюминиевых уголков и обшит листовым дюралюминием толщиной 1 мм. Лицевая панель состоит из двух частей: вертикальной и горизонтальной. На вертикальной расположены переключатели В2 и ВЗ, тумблер сети В1 и индикаторная лампа. На горизонтальной — две ламповые панели (семиштырьковая и девятиштырько-вая), трехконтактный зажим для подключения транзисторов и полупроводниковых диодов, а также координатный соединитель. Гнезда Гн1 и Гн2 для подключения осциллографа расположены на задней панели характе-риографа. Габариты прибора 220 X 150 X 260 мм.

Примеры статических характеристик, снятых с помощью универсального характериографа и осциллографа С1-1, показаны на рис. 7.