presentacion defensa pfc
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Mi nombre es Rubén Galera Sobrino, y mi proyecto se titula "Equipo para
caracterización de dispositivos semiconductores de pequeña señal". Básicamente, este proyecto
ha consistido en el diseño e implementación de un primer prototipo de trazador de curvas
basado en PC para transistores y diodos de pequeña señal, y en el desarrollo del software
necesario para su manejo desde un PC.
Aquí tenemos un índice con el contenido de la presentación.
En primer lugar, haré una introducción, explicando qué es un trazador de curvas de
semiconductores, comentaré lo que hay a nivel comercial y a qué usuarios estaría dirigido el
equipo objeto de este proyecto. A continuación, haré una descripción general del prototipo que
se ha desarrollado, qué partes lo componen, y cuáles son sus prestaciones y funcionalidades.
Luego, describiré de forma más o menos detallada lo que es la parte hardware de este
prototipo, que creo que es la parte más interesante.
Después, haré una breve descripción de los aspectos más relevantes de la parte software.
Luego, mostraré algunos ejemplos de gráficas de curvas de transistores y diodos
obtenidas con este equipo. Después, enumeraré las principales mejoras que pueden realizarse
sobre el prototipo diseñado.
Luego, mostraré un resumen del presupuesto de este proyecto.
Y por último, realizaré una prueba con el prototipo que se ha construido, este de aquí.
¿Qué es un Trazador de Curvas de Semiconductores?. Un Trazador de Curvas de
Semiconductores es un equipo electrónico de prueba que se emplea para analizar las
características de componentes semiconductores discretos como transistores, diodos, tiristores,
etc... . Se emplean fundamentalmente para la obtención de las curvas características de estos
dispositivos, aunque los más sofisticados permiten también obtener los valores de parámetros
característicos como ganancias, tensiones umbrales, etc... , y permiten también realizar otras
pruebas más específicas como la generación de curvas Capacidad-Tensión, Test de
Electromigración, etc... .
Actualmente, no existen en el mercado trazadores de curvas que estén específicamente
diseñados para la caracterización de transistores bipolares, MOSFETs y diodos rectificadores
de pequeña señal, que son los componentes semiconductores discretos que más se emplean en
electrónica.
La mayor parte de los trazadores de curvas comerciales han sido desarrollados para el
testeo de dispositivos semiconductores de potencia: transistores y diodos de potencia, SCRs,
IGBTs, etc... . Estos equipos no proporcionan los rangos de tensiones y corrientes ni las
precisiones necesarias para la pequeña señal.
Existen algunos modelos de trazadores de curvas para dispositivos de pequeña señal,
pero son equipos muy costosos, de muy elevadas prestaciones, y su uso sólo resulta factible
para los grandes fabricantes de dispositivos electrónicos.
Existen también adaptadores para osciloscopios. Estos equipos generan las tensiones y
corrientes que se aplican sobre el componente testeado, y muestran en la pantalla del
osciloscopio las gráficas de las curvas obtenidas. Sin embargo, presentan muchas limitaciones
en cuanto a rangos de trabajo, ya que emplean conjuntos discretos de tensiones y corrientes de
barrido y de control, y además, los osciloscopios no ofrecen suficientes funcionalidades para la
edición y el almacenamiento de los resultados generados.
Por otro lado, en los últimos años ha surgido una nueva tendencia en el campo de los
equipos electrónicos de prueba en general, que es la de los llamados Equipos Basados en PC.
La característica esencial de estos dispositivos es que su manejo se realiza desde un PC, a través
de comunicación USB, mediante un software que contiene la interfaz para la visualización de
los resultados obtenidos y para el acceso a las funcionalidades del equipo, y que contiene
también parte de la inteligencia (algoritmos de control y procesado) que el equipo precisa para
su funcionamiento. Este nuevo tipo de tecnología, que ya se emplea en multímetros,
osciloscopios y unidades de fuente y medida, permite, por un lado, prescindir de la interfaz
física, es decir, prescindir de displays, pantallas LCD, conmutadores, mandos, etc..., y de la
electrónica que llevan asociada estos elementos, lo cual redunda en unos costes menores. Por
otro lado, permite también el empleo de técnicas de tratamiento digital más avanzadas,
aprovechando la potencia de cálculo del PC, con lo cual se consiguen mejores prestaciones.
La aplicación del concepto de equipo basado en PC permitiría el diseño y la
implementación de un equipo trazador de curvas específico para transistores bipolares,
MOSFETs y diodos rectificadores de pequeña señal, con unas prestaciones muy aceptables en
cuanto a rangos de trabajo, resoluciones y precisión, y con una cantidad completa de
funcionalidades para la generación y edición de las gráficas y almacenamiento de los resultados.
Sería un equipo con unas características más adecuadas para el testeo en pequeña señal y con
un precio mucho más bajo que las opciones que actualmente existen, y estaría dirigido a
laboratorios de control de calidad, a talleres de electrónica en general y también al usuario
medio.
El objeto de este proyecto ha sido el diseño y la implementación de un primer prototipo
de trazador de curvas, basado en PC, para transistores bipolares, MOSFETs, y diodos
rectificadores de pequeña señal, y el desarrollo del software para PC necesario para su manejo.
Pasemos a ver la descripción general del equipo.
El prototipo que se ha construido es el que aparece en esta imagen.
Este equipo trazador es capaz de obtener las curvas características de transistores
bipolares, de MOSFETs y de diodos rectificadores de pequeña señal. Al ser un equipo basado
en PC, tiene una parte hardware, que es el equipo en sí, y una parte software, que sería el
software para PC necesario para su manejo.
La parte hardware contiene toda la electrónica necesaria para generar las tensiones
colector-emisor, las corrientes de colector y las corrientes de base para el testeo de transistores
bipolares, las tensiones drenador-surtidor, las corrientes de drenador y las tensiones de puerta
para el testeo de MOSFETs, y las corrientes y tensiones directas para el testeo de diodos
rectificadores. Asimismo, dispone también de los zócalos y borneros necesarios para la
conexión de los componentes a testear.
La parte software contiene toda la inteligencia necesaria para controlar los procesos de
trazado de las curvas, y proporciona la interfaz para la visualización y edición de las gráficas
generadas y para el acceso a las diferentes funcionalidades del equipo. Lo que hace este
software es, mediante un conjunto discreto de órdenes, "decirle" al hardware cuáles son los
valores de tensiones y corrientes que tiene que generar, cómo deben configurarse sus circuitos
para los rangos requeridos, y solicita los valores medidos de Ic, Id y Udf.
Por ser un primer prototipo, su desarrollo ha estado más centrado en la implementación
de los sistemas electrónicos y en el desarrollo del software para PC, y menos en los aspectos
estructurales.
En cuanto a las características del equipo, a nivel de hardware proporciona las siguientes
prestaciones:
-Para el testeo de transistores bipolares:
• Dos rangos de barrido para las Tensiones Colector-Emisor. El primero, de -5 a +5V, con
una resolución de 2.5mV; y el segundo, de -12 a +12V, con una resolución de 10mV.
• Dos rangos de Corrientes de Base. El primero, de -1000 a +1000 uA, con una resolución
de 0.5uA; y el segundo de -10 a +10mA, con una resolución de 5uA.
• Puede generar corrientes de colector de hasta 2A, y medirlas con una resolución de
125uA.
-Para el testeo de MOSFETs:
• Dos rangos de barrido para las Tensiones Drenador-Surtidor. El primero, de -5 a +5V,
con una resolución de 2.5mV; y el segundo, de -12 a +12V, con una resolución de 10mV.
• Un rango de tensiones de puerta, de -10 a +10V con una resolución de 5mV.
• Puede generar corrientes de drenador de hasta 2A, y medirlas con una resolución de
125uA.
-Para el testeo de diodos rectificadores:
• Dos rangos de corrientes directas. El primero, de 0 a 1000uA, con una resolución de
0.5uA, y el segundo de 0 a 1000mA, con una resolución de 0.5mA.
• Puede generar tensiones directas de hasta 2V, y medirlas con una resolución de hasta
12.5uV.
Con estas prestaciones, es posible generar el 80% de las gráficas de curvas características
que aparecen en las hojas de datos proporcionadas por los principales fabricantes de estos
dispositivos semiconductores.
A nivel de software, se tienen las siguientes funcionalidades:
• Interfaz para la introducción de los parámetros de trabajo requeridos para el trazado de
las curvas de transistores bipolares (límites de Uce, valores de Ib, potencia máxima,
etc...).
• Generación, edición y almacenamiento de gráficas de curvas características de
transistores bipolares.
• Almacenamiento en fichero de texto de los valores de Uce, Ic e Ib de las curvas
obtenidas.
• Interfaz para la introducción de los parámetros de trabajo requeridos para el trazado de
las curvas de MOSFETs (límites de Uds, valores de Ugs, potencia máxima, etc...).
• Generación, edición y almacenamiento de gráficas de curvas características de
MOSFETs.
• Almacenamiento en fichero de texto de los valores de Uds, Id y Ugs de las curvas
obtenidas.
• Interfaz para la introducción de los parámetros de trabajo requeridos para el trazado de
las curvas de diodos rectificadores (límites de Idf, potencia máxima, etc...).
• Generación, edición y almacenamiento de gráficas de curvas características de diodos
rectificadores.
• Almacenamiento en fichero de texto de los valores de Idf y Udf de las curvas obtenidas.
Vamos a ver con más detalle la parte hardware. Como ya se ha mencionado, la parte
hardware dispone de toda la electrónica necesaria para la generación de las tensiones y
corrientes requeridas para el testeo de los componentes semiconductores. Dispone también de la
electrónica de acondicionamiento necesaria para la medida de Ic, Id y Udf, y dispone también
de la interfaz para la comunicación con el PC, y de la lógica necesaria para interpretar y llevar a
cabo las órdenes recibidas desde el software del PC.
La parte hardware está integrada por los siguientes sistemas ó módulos principales:
• Una Fuente de Alimentación, que proporciona las tensiones y potencias requeridas para
alimentar al resto de sistemas.
• Un Módulo Analógico, que contiene todos los circuitos necesarios para generar las
tensiones y corrientes que se aplican sobre el componente testeado.
• Un Módulo Digital, que abarca la interfaz USB y la parte lógica del equipo con toda la
electrónica que llevan asociada. Este módulo emplea un conjunto de tensiones analógicas
para controlar los valores de tensiones y corrientes generados por el Módulo Analógico,
y un conjunto de señales digitales para controlar los relés que configuran los circuitos del
Módulo Analógico para los diferentes rangos de trabajo. Realiza también la medida de Ic,
Id y Udf.
• Por último, un Módulo de Zócalos, que contiene todos los zócalos y borneros necesarios
para la conexión de los dispositivos a testear con diferentes encapsulados.
Vamos a ver con más detalle todo esto.
Esta fuente de alimentación proporciona seis tensiones de salida, +-17V, +-12V, +5V y
+15V, y las corrientes máximas que se muestran en la tabla. Las tensiones de +-17V no están
reguladas, las otras sí.
Se trata de una fuente de alimentación lineal, este es su esquema, transformador, puentes
rectificadores, condensadores de filtrado y reguladores de tensión para las salidas reguladas. Se
ha decidido emplear una fuente lineal por su sencillez a la hora de diseñarla y por su bajo ruido.
Como ya se ha dicho, el Módulo Analógico es el sistema que genera las tensiones y
corrientes que se aplican sobre el componente testeado.
Este módulo está formado por los siguientes circuitos:
• Generador de Tensiones Colector-Emisor. Este circuito genera la tensión colector-
emisor que se aplica sobre el transistor bipolar testeado, y proporciona la corriente de
colector que este demanda. También genera las tensiones drenador-surtidor y las
corrientes de drenador para los MOSFETs.
• Generador de Corrientes de Base. Este circuito genera las corrientes de base para los
transistores bipolares y las tensiones de puerta para los MOSFETs.
• Generador de Corrientes Directas. Este circuito genera la corriente directa que se
aplica sobre el diodo rectificador testeado, y proporciona la tensión directa que este
demanda.
Vamos a ver estos circuitos con más detalle.
Este es el esquema del Generador de Tensiones Colector-Emisor.
Básicamente, es un circuito provisto de un operacional de gran potencia, que puede
configurarse como seguidor de tensión ó como amplificador no inversor de ganancia 4
mediante este relé de aquí, que conecta ó desconecta esta rama. Cuando se configura como
seguidor de tensión, genera el rango de -5 a +5V de tensiones colector-emisor, y cuando se
configura como amplificador no inversor el rango de -12 a +12V. A la salida del operacional, se
ha colocado una resistencia de shunt de 0.1ohm, para la medida de las corrientes de colector ó
de las corrientes de drenador generadas.
El valor de tensión colector-emisor que genera este circuito se controla mediante esta
tensión aplicada a su entrada, Uca, que es una señal de control analógica proveniente del
Módulo Digital. La activación del relé se controla mediante Urtuce, que es una señal digital
también proveniente del Módulo Digital.
Esta es la topología que adquiere el circuito cuando el relé está desactivado, seguidor de
tensión, aquí la relación entre la tensión de entrada y la tensión colector-emisor a la salida.
Esta es la topología que adquiere el circuito cuando el relé está activado, amplificador no
inversor, aquí la relación entre la tensión de entrada y la tensión colector-emisor.
Se ha decidido utilizar este circuito por su gran sencillez, y en su implementación se ha
empleado el operacional de audio de gran potencia LM3886 de National Semiconductor, por las
tensiones y corrientes que es capaz de proporcionar (25V y 7A), por su potencia (68W), y por
sus excelentes características de offset y de ruido.
Este es el esquema del Generador de Corrientes de Base.
Está formado por dos fuentes de corriente tipo Howland, esta de aquí y esta de aquí,
seleccionables mediante este relé de aquí, mediante el cual pueden conectarse ó desconectarse
de la base del transistor y de la tensión que las controla. Se ha decidido emplear fuentes de
corriente tipo Howland porque, dentro del conjunto de fuentes de corriente bidireccionales con
carga a masa controladas por tensión, son las más precisas.
Con esta fuente se genera el rango de -1000 a +1000uA. Para su implementación, se han
empleado operacionales de precisión OPA177 de Texas Instruments.
Con esta otra fuente, se genera el rango de -10 a +10mA. Para su implementación, se han
empleado operacionales de altas corrientes OPA551 de Texas Instruments. Esta fuente dispone
de una etapa amplificadora a su entrada, que puede desconectarse de la fuente de corriente en sí
esta parte de aquí mediante este segundo relé, y emplearse esta etapa amplificadora para
generar las tensiones de puerta para MOSFETs.
Los valores de corrientes de base ó de tensiones de puerta que generan estos circuitos se
controlan mediante esta señal de control analógica aplicada a sus respectivas entradas, Ucb. La
activación de los relés se controla mediante las señales digitales Urtib1 y Urtib2. Todas estas
señales provienen del Módulo Digital.
Cuando RTIB1 y RTIB2 están desactivados, se conecta a la base del transistor y a la
tensión de control la fuente de corriente para el rango de -1000 a +1000uA. Esta sería la
topología resultante. Aquí la relación entre la tensión de control y la corriente de base generada.
Cuando RTIB1 está activado y RTIB2 desactivado, lo se conecta a la base del transistor
sería la fuente de corriente para el rango de -10 a +10mA. Esta sería la topología resultante.
Esta la relación entre la tensión de control y la corriente de base generada.
Cuando RTIB1 y RTIB2 están activados, se conecta la etapa amplificadora a la puerta del
MOSFET. Esta es la topología que adquiere el circuito, y esta la relación entre la tensión de
control y la tensión de puerta generada.
Este es el esquema del Generador de Corrientes Directas.
Este circuito es una fuente de corriente unidireccional controlada por tensión con carga
flotante. El diodo testeado, que se conecta al lazo de realimentación, sería la carga flotante. Esta
fuente dispone de dos resistencias de referencia, esta de 5kohm y esta de 5ohm, con la primera
se consigue el rango de 0 a 1000uA de corrientes directas, y con la segunda el rango de 0 a
1000mA. Se seleccionan mediante este relé.
El valor de corriente directa que genera esta fuente se controla mediante la misma señal
analógica de control del Generador de Tensiones Colector-Emisor, Uca. El relé se controla
mediante la señal digital Urd.
Cuando el relé está desactivado, se conecta la resistencia de 5kohm, el circuito adquiere
esta topología. Esta sería la relación entre la corriente directa generada y la tensión de control.
Con esta configuración, se consigue el rango de 0 a 1000uA.
Cuando el relé está activado, se conecta la resistencia de 5ohm, el circuito adquiere esta
topología. Esta sería entonces la relación entre la corriente directa y la tensión de control. Con
esta configuración, se consigue el rango de 0 a 1000mA.
Se ha decidido emplear esta fuente de corriente unidireccional porque es la más sencilla y
porque proporciona la precisión requerida. Los elementos principales que se han empleado para
su implementación serían un operacional de precisión, un OPA177 de Texas Instruments, un
transistor de potencia MJE200, y una resistencia de hilo bobinado ajustable de 10ohm y 25W.
Este es el aspecto físico del Módulo Analógico. Estaría formado por esta PCB de aquí, y
esta de aquí. El amplificador de audio va en una PCB aparte para facilitar su montaje en este
disipador.
El Módulo Digital alberga la parte de inteligencia que requiere el equipo para interpretar
las órdenes que recibe del Software del PC, y toda la electrónica necesaria para poder ejecutar
estas órdenes.
Contiene la interfaz para la comunicación por USB con el PC, el sistema
microprocesador necesario para ejecutar el software que implementa dicha inteligencia, y los
dispositivos periféricos necesarios para, por un lado, generar las señales analógicas y digitales
de control para el Módulo Analógico, y, por otro lado, realizar la medida de las corrientes de
colector y las tensiones directas, incluyendo su electrónica de acondicionamiento.
Este módulo está formado por los siguientes subsistemas:
• Circuito Digital. Es la parte que contiene toda la electrónica puramente digital.
• Circuitos de Acondicionamiento para la Salidas del DAC. Contiene la parte de
electrónica analógica que se emplea para adaptar los rangos de salida del conversor DAC
utilizado para generar las señales analógicas de control.
• Circuitos de Acondicionamiento para las Entradas del ADC. Contiene la electrónica
de acondicionamiento que requieren las entradas del conversor ADC que se emplea para
la medida de las tensiones directas y las corrientes de colector.
Veamos estos circuitos con más detalle.
Abarca todos los dispositivos digitales del módulo, con la electrónica que llevan asociada
para su alimentación y funcionamiento. Este es su esquema. Consta de tres elementos
principales, un microcontrolador, un conversor ADC, y un conversor DAC.
El microcontrolador es el elemento que realmente gobierna el Módulo Digital. Es el que
recibe las órdenes del Software del PC, y en función de las mismas configura los circuitos del
Módulo Analógico, generando directamente las señales digitales que activan sus relés, envía al
conversor DAC las codificaciones de las tensiones que debe dar a su salida para la generación
de las tensiones de control requeridas, y solicita al ADC los valores codificados de las tensiones
leidas para enviárselos al Software del PC.
El microcontrolador que se ha empleado es un PIC 18F2550 de la marca Microchip. Se
ha empleado este microcontrolador porque dispone de un puerto USB, dispone de un puerto
I2C, que hacía falta para la comunicación con el ADC, y porque dispone de suficientes puertos
de propósito general para, por un lado, generar las señales digitales de control, y por otro lado,
implementar una comunicación SPI unidireccional para el DAC.
El ADC que se ha decidido emplear es el MCP3422 de Microchip. Es un ADC tipo
Sigma-Delta de 18Bits, con dos canales de entrada diferenciales, provisto de una referencia de
tensión interna de 2V y de una interfaz I2C. Uno de sus canales de emplea para medir la tensión
directa en bornas del diodo testeado, y el otro para medir la caída de tensión en el shunt para
medida de corrientes de colector.
El DAC que se ha decidido emplear es el MCP4922 de Microchip. Tiene una resolución
de 12Bits, dispone de dos canales de salida, puede proporcionar tensiones de hasta 5V, y tiene
una interfaz SPI. Se emplea para generar las señales analógicas con las que se controlan los
valores de las tensiones y corrientes aplicadas sobre el componente testeado.
Las tensiones de salida del conversor DAC varían de 0 a 5V; sin embargo, las señales
analógicas que se precisan para controlar los circuitos generadores tienen que variar entre -5 y
+5V. Lo que hace este circuito es adaptar los rangos de tensión de las salidas del DAC.
Básicamente, son dos sumadores inversores, que aplican una ganancia de -2 a las
tensiones de salida del DAC y les adicionan los +5V proporcionados por esta referencia de
tensión.
La entrada 1 del ADC se emplea para medir la tensión directa en bornas del diodo
testeado. El valor diferencial de esta tensión nunca será superior a 2V; sin embargo, el valor
absoluto de la tensión en cada una de las bornas del diodo puede superar la tensión de
alimentación del ADC, y si se conectan directamente a este pueden provocar su destrucción.
Por ello, es necesario referir a masa dicha tensión diferencial antes de conectarla a la entrada
del ADC. Para ello se emplea este circuito.
Simplemente es un amplificador diferencial de ganancia unitaria. Toma la tensión
diferencial a su entrada, y da a su salida la misma tensión referida a masa. La alimentación
positiva de este operacional es la misma que la del conversor ADC, +5V, con ello se consigue
limitar la tensión de salida a ese valor máximo; esto es necesario porque la tensión diferencial
puede superar ese valor de +5V si se intenta realizar el testeo con el diodo desconectado.
La entrada 2 del ADC se emplea para medir la caída de tensión en la resistencia de shunt
para medida de corrientes de colector. Se tiene el mismo problema de antes respecto a las
tensiones absolutas. Además de eso, la tensión medida puede ser negativa, y las tensiones por
debajo de cero también pueden dañar al ADC
Este circuito es también un amplificador diferencial de ganancia unitaria, pero tiene la
particularidad de que esta rama de aquí, en vez de estar conectada a masa, está conectada a la
tensión fija que esta etapa de aquí proporciona a su salida. Con ello, se consigue introducir un
offset en la tensión de entrada, para que nunca sea negativa.
Este es el aspecto físico del Módulo Digital. Estaría formado por esta PCB de aquí, y
esta de aquí. Los circuitos de acondicionamiento para las entradas del ADC están en esta PCB
aparte porque su desarrollo fue posterior.
El Módulo de Zócalos dispone de todos los zócalos y borneros requeridos para los
diferentes encapsulados y disposiciones de pines que pueden tener los transistores y diodos a
testear.
Estos zócalos de aquí se emplean para los transistores con encapsulados TO92 y TO18.
Estos de aquí para TO220, etc... .
Estos borneros se emplean para encapsulados de mayores dimensiones.
Este zócalo de aquí es para los encapsulados de montaje superficial. La idea es emplear
adaptadores para ese tipo de encapsulados que puedan conectarse aquí.
Y estos zócalos y borneros de aquí serían para los diodos.
La parte software de este proyecto es muy extensa. No obstante, voy a explicarla de
forma somera, centrándome en los aspectos que resultan más relevantes.
El Software para PC se ha desarrollado en Visual C#. Está formado por ocho
ejecutables:
• Un ejecutable para el trazado de las curvas de diodos y la generación y edición de sus
gráficas.
• Un ejecutable sólo para la generación y edición de gráficas de curvas de diodos, a partir
de ficheros de valores de corrientes y tensiones directas obtenidos en trazados anteriores.
• Un ejecutable para el trazado de las curvas de transistores bipolares y la generación y
edición de sus gráficas.
• Un ejecutable sólo para la generación y edición de gráficas de curvas de transistores
bipolares, a partir de valores de Uce, Ic e Ib obtenidos en trazados anteriores.
• Un ejecutable para el trazado de las curvas de MOSFETs y la generación y edición de sus
gráficas.
• Un ejecutable sólo para la generación y edición de gráficas de curvas de MOSFETs, a
partir de valores de Uds, Id y Ugs obtenidos en trazados anteriores.
• Un ejecutable para el modo manual.
• Un ejecutable principal para el acceso a los demás ejecutables.
Este software dispone de un instalable, mediante el cual todos estos ejecutables, junto
con los ficheros que precisan para su funcionamiento, se graban en un directorio del disco duro,
creándose accesos directos en el escritorio y en menú de inicio.
Vamos a lo más interesante. El algoritmo para el control del trazado de las curvas de
transistores bipolares. Este de aquí.
Este algoritmo dispone de una rutina de inicialización, para llevar al equipo a un estado
conocido. Mediante esta etapa, se extraen desde los controles del software, es decir, desde los
cuadros de texto y las casillas de verificación los valores de los parámetros de trabajo
introducidos por el usuario, límites de tensión colector-emisor, corrientes de base, potencia
máxima del transistor, etc... , de los cuales precisa el algoritmo para realizar el trazado.
A continuación, mediante esta estructura iterativa se realiza el trazado de las curvas.
Mediante este bucle externo, se seleccionan y se generan las corrientes de base. Mediante este
bucle interno, se realiza el barrido en la tensión colector-emisor para cada corriente de base
generada, y se miden los valores de corrientes de colector para cada valor de tensión colector-
emisor aplicado al transistor. En esta etapa de aquí, se almacenan en un fichero temporal los
valores de tensiones y corrientes obtenidos. En esta etapa de aquí, se analizan las condiciones
por las cuales puede finalizar el barrido, que pueden ser superar el valor máximo de tensión
colector-emisor, superar la potencia máxima del transistor, etc... y si se cumple alguna, se pone
a 1 un flag y finaliza el trazado de esa curva. Mediante esta otra etapa, se analizan las
condiciones por las cuales puede finalizar todo el proceso de trazado; en realidad sólo hay una
condición, que no haya más valores de corrientes de base.
Este sería el algoritmo para el trazado de las curvas de diodos rectificadores. Es
similar al anterior, con la diferencia de que, como aquí no hay señales de control como era el
caso de las corrientes de base de los transistores, sólo emplea un bucle para el trazado de la
curva. Mediante este bucle, se realiza un barrido en la corriente directa que se inyecta en el
diodo, se miden las tensiones directas que se tienen para cada uno de los valores de las
corrientes directas, y el resto es igual que antes.
Voy a realizar una prueba. Voy a obtener las curvas características de un transistor
BC337.
Nada más arrancar el programa, lo primero que aparece es este menú principal. Es el
ejecutable principal a través del cual se tiene acceso a los demás ejecutables con las diferentes
opciones de los que se compone el software. Para esta prueba, seleccionamos Obtener Curvas
BJT.
Al seleccionar la opción Obtener Curvas BJT en el menú principal se arranca el
programa asistente, y lo promero que aparece es la ventana del Paso 1, Introducción de los
Parámetros de Trabajo.
En este paso, se introducen los valores de los parámetros de trabajo necesarios para el
trazado de las curvas. En este caso:
• Valor Mínimo Uce = 0V.
• Valor Máximo Uce = 5V.
• Resolución Corriente Ic=126.25µA. Resolución con la que se medirá Ic.
• Corrientes de Base 1mA, 2mA, 3mA y 4mA.
• Potencia CE máxima contínua 150mW.
• Tipo de transistor NPN.
Haciendo clic en Siguiente llegamos al Paso 2¸ Colocación del Transistor en el Zócalo.
En primer lugar se introduce el tipo de encapsulado y la asignación de pines del transistor
bajo testeo. En este caso, el encapsulado es TO-92, y la asignación de pines 1-E/2-C/3-B.
Una vez seleccionados el encapsulado y la asignación de pines, el asistente nos indicará
el zócalo al cual debemos conectar el transistor.
Este es el Paso 3. En este paso, se realiza el trazado de las curvas del transistor.
En primer lugar, hay que establecer la comunicación con el equipo. Para ello, se conecta
el equipo al PC mediante el cable USB, y se selecciona en el menú Puerto el número de puerto
COM correspondiente al dispositivo. Si el número de puerto COM seleccionado es incorrecto,
saldrá un mensaje de error; si es correcto, el menú quedará deshabilitado.
Ahora, ya se puede realizar el trazado de las curvas. Para ello, se hace clic en Comenzar
Trazado. Durante el trazado, todos los controles quedarán deshabilitados, y aparecerá un
mensaje de trazado en curso en la pantalla. Una vez finalizado el proceso de trazado, vuelven a
habilitarse todos los controles.
Puede generarse un fichero de texto con los valores de tensiones y corrientes de las
curvas obtenidas. Para ello, se maraca la casilla Generar Informe y se introduce el nombre para
el fichero y el directorio donde almacenarlo.
En este último paso, obtenemos la gráfica con las curvas del transistor que hemos
testeado. Se dispone de controles para editar la gráfica (formato de los ejes, títulos, colores de
las curvas, etc...). Se dispone también de controles para guardar la gráfica como fichero bmp,
jpg¸ y png.
Bueno, Aquí algunos ejemplos de curvas características obtenidas con este equipo.
Aquí la curva de un diodo 1N4148.
Aquí las curvas de un transistor BC108, y un BC173. Aquí se aprecia un problema de
ruido en la medida de las corrientes de colector, debido a que la resistencia de shunt que se
emplea para medir estas corrientes tiene un valor óhmico insuficiente para estos rangos.
Más ejemplos. Curvas de un transistor BC337 y de un BC139. Aquí las corrientes son
más elevadas, y no aparece ese problema de ruido.
El prototipo que se ha implementado puede servir de base para desarrollos posteriores
hasta llegar al producto comercial final. Sin embargo, habría que mejorar los siguientes
aspectos:
• Ampliar las prestaciones del equipo en cuanto a rangos de tensiones y corrientes.
Que pueda generar mayores valores de corrientes de colector, de tensiones colector-
emisor y de corrientes de base.
• Mejorar el sistema de medida. Emplear un ADC más rápido para realizar el trazado en
menos tiempo, emplear resistencias de shunt con valores óhmicos más elevados para
mejorar la precisión en la medida de corrientes.
• Fuente de alimentación más eficiente. Sería lo apropiado emplear una fuente de
alimentación conmutada.
• Electrónica más compacta. Recurriendo al montaje superficial.
• Y los aspectos estructurales. Diseñar una carcasa para el equipo.
Este es el resumen del presupuesto, divido en capítulos. El desarrollo de este prototipo ha
costado en total 32940€. La parte más costosa ha sido el Software del PC.