Автор новой книги «The Secret Life of Circuits» захотел рисовать настоящие графики, а не перерисовывать картинки из старых учебников. Он столкнулся с проблемой: стандартный осциллограф не тянет малые токи, а когда ток резко растёт, деталь просто сгорает. Даже на 1 мА из-за саморазогрева точка на экране уплывает.
Он заменил осциллограф на мультиметр (DMM) и импульсный лабораторный блок питания. Мультиметр ловит микроамперы, а импульсы не дают детали перегреваться. Для охлаждения погружал компоненты в минеральное масло. Чтобы автоматизировать процесс, полез в программирование через протокол SCPI (текстовые команды поверх RS-232, USB или Ethernet). Но его блок питания оказался слишком простым и не имел удалённого управления.
Тогда он купил source measure unit (SMU) — совмещённый источник и мультиметр с быстрым откликом. Новые стоят безумных денег, но на eBay за копейки нашёл Rohde & Schwarz NGU401 (MSRP — $9 000). У SMU есть режим FastLog для потоковой передачи данных: от 100 до 500 тысяч измерений в секунду с парами напряжение-ток в виде бинарных float. Но документация врёт — через serial-over-USB данные приходили битыми. Работать удалось только через Ethernet.
Код для захвата V-I кривой диода 1N4148 он выложил отдельно. Там FastLog на 10 ksps, для токов ниже 0,3 мА — усреднение 2500 точек, для больших — импульсы по 5 мс. Так удалось снять диапазон от микроампер почти до 2 А. И выяснилась важная деталь: классическая «экспонента» работает только на малых токах. Уже на 10 мА реальная кривая отклоняется от идеальной модели из-за сопротивления подложки.
Тот же подход применили к MOSFET BS170. Выяснилось, что в рабочей зоне он держит ток почти постоянным, а разброс меньше 10% при изменении напряжения сток-исток от 1 до 10 В. Но с пробоем — сюрприз: в учебниках рисуют резкий вертикальный обрыв на 60 В, а на деле при разумном напряжении затвора лавинный пробой начинается гораздо раньше и полого.
Чтобы выйти за штатные 20 В SMU, автор добавил последовательный внешний блок питания и сшивал данные из нескольких захватов. Но при холостом ходе деталь могла греться, поэтому вместо постоянного сигнала на затвор он подавал импульсы по 5 мс с генератора с низкой скважностью и усреднял выборки за 2,5 секунды.