trazador de curvas

Un trazador de curvas es un equipo de prueba electrónico especializado que se utiliza para analizar las características de componentes electrónicos discretos , como diodos , transistores , tiristores y tubos de vacío . El dispositivo contiene fuentes de voltaje y corriente que se pueden usar para estimular el dispositivo bajo prueba (DUT).

La función consiste en aplicar una tensión variable (que cambia automáticamente con el tiempo) a dos terminales del dispositivo bajo prueba y medir la cantidad de corriente que el dispositivo permite que fluya a cada tensión. Estos datos, denominados I-V (corriente versus tensión), se muestran directamente en la pantalla de un osciloscopio o se registran en un archivo de datos para su posterior procesamiento y representación gráfica con un ordenador. ^{[ 1 ]} La configuración incluye la tensión máxima aplicada, la polaridad de la tensión aplicada (incluida la aplicación automática de polaridades positivas y negativas) y la resistencia insertada en serie con el dispositivo. La tensión del terminal principal a menudo puede variar hasta varios miles de voltios, con corrientes de carga de decenas de amperios disponibles a tensiones más bajas.

Para dispositivos de dos terminales (como diodos y DIAC ), esto es suficiente para caracterizar completamente el dispositivo. El trazador de curvas puede mostrar todos los parámetros de interés, como la tensión directa del diodo, la corriente de fuga inversa , la tensión de ruptura inversa , etc. Para dispositivos disparables como los DIAC, las tensiones de disparo directa e inversa se mostrarán claramente. También se puede observar la discontinuidad causada por dispositivos de resistencia negativa (como diodos túnel ). Este es un método para encontrar pines dañados eléctricamente en dispositivos de circuitos integrados . ^{[ 2 ]}

Para dispositivos de tres terminales (como transistores ), se utiliza una conexión al terminal de control del dispositivo bajo prueba, como el terminal de base o de puerta . Para transistores BJT y otros dispositivos controlados por corriente, se aplica un escalón a la corriente del terminal de base u otro terminal de control. Para FET u otros dispositivos controlados por voltaje, se utiliza un voltaje escalonado. Al variar el voltaje a través del rango configurado de voltajes de los terminales principales, para cada escalón de voltaje de la señal de control, se genera automáticamente un grupo de curvas I-V. Este grupo de curvas facilita enormemente la determinación de la ganancia de un transistor o del voltaje de disparo de un tiristor o TRIAC .

Los trazadores de curvas suelen incluir conexiones prácticas para dispositivos de dos o tres terminales, a menudo en forma de zócalos que permiten la conexión de los diversos encapsulados comunes para componentes electrónicos. La mayoría de los trazadores de curvas también permiten la conexión simultánea de dos dispositivos bajo prueba (DUT); de esta forma, se pueden "emparejar" dos DUT para obtener un rendimiento óptimo en circuitos (como amplificadores diferenciales ) que dependen de una coincidencia precisa de los parámetros del dispositivo. Esto se puede observar en la imagen adjunta, donde un interruptor permite alternar rápidamente entre el DUT de la izquierda y el de la derecha mientras el operador compara las respectivas familias de curvas de ambos dispositivos.

Las curvas I-V se utilizan para caracterizar dispositivos y materiales mediante pruebas de medición con fuente de CC. Estas aplicaciones también pueden requerir el cálculo de la resistencia y la derivación de otros parámetros a partir de las mediciones I-V. Por ejemplo, los datos I-V se pueden utilizar para estudiar anomalías, localizar pendientes máximas o mínimas de la curva y realizar análisis de fiabilidad. Una aplicación típica consiste en determinar la corriente de fuga en polarización inversa de un diodo semiconductor y realizar barridos de voltaje y mediciones de corriente en polarización directa e inversa para generar su curva I-V. ^{[ 3 ]}

Antes de la introducción de los semiconductores, existían trazadores de curvas de tubos de vacío (por ejemplo, el Tektronix 570). Los primeros trazadores de curvas de semiconductores utilizaban circuitos de tubos de vacío, ya que los dispositivos semiconductores disponibles en aquel entonces no podían realizar todas las funciones necesarias en un trazador de curvas. El trazador de curvas Tektronix modelo 575 que se muestra en la galería era un ejemplo típico de los primeros instrumentos.

Actualmente, los trazadores de curvas son completamente de estado sólido y están sustancialmente automatizados para facilitar la carga de trabajo del operador, capturar datos automáticamente y garantizar la seguridad del trazador de curvas y del DUT. ^{[ 5 ]} Los avances recientes en los sistemas de trazadores de curvas permiten ahora tres tipos principales de trazado de curvas: corriente-tensión (I-V), capacitancia-tensión (CV) y corriente-tensión (I-V) transitoria o pulsada ultrarrápida. Los diseños modernos de instrumentos trazadores de curvas tienden a ser modulares, lo que permite a los especificadores del sistema configurarlos para que se adapten a las aplicaciones para las que se utilizarán. Por ejemplo, los nuevos sistemas trazadores de curvas basados ​​en mainframes se pueden configurar especificando el número y el nivel de potencia de las Unidades de Medición de Fuente (SMU) que se conectarán a las ranuras en el panel posterior del chasis. Este diseño modular también proporciona la flexibilidad para incorporar otros tipos de instrumentación para manejar una gama más amplia de aplicaciones. Estos sistemas basados ​​en mainframes suelen incluir un PC autónomo para simplificar la configuración de la prueba, el análisis de datos, la representación gráfica y la impresión, y el almacenamiento de resultados integrado. Entre los usuarios de este tipo de sistemas se incluyen investigadores de semiconductores, ingenieros de modelado de dispositivos, ingenieros de confiabilidad, ingenieros de clasificación de chips e ingenieros de desarrollo de procesos. ^{[ 6 ]}

Además de los sistemas basados ​​en mainframes, existen otras soluciones de trazado de curvas que permiten a los fabricantes de sistemas combinar una o más unidades de fuente-medición (SMU) discretas con un controlador de PC independiente que ejecuta el software de trazado de curvas. Las SMU discretas ofrecen un rango más amplio de niveles de corriente, voltaje y potencia que los sistemas basados ​​en mainframes y permiten reconfigurar el sistema según cambien las necesidades de las pruebas. Se han desarrollado nuevas interfaces de usuario basadas en asistentes para facilitar a los estudiantes o usuarios industriales con menos experiencia la búsqueda y ejecución de las pruebas que necesitan, como la prueba de trazado de curvas FET. ^{[ 7 ]}

Algunos trazadores de curvas, en concreto los diseñados para dispositivos de alta tensión, corriente o potencia, pueden generar tensiones y corrientes letales, lo que supone un riesgo de electrocución para el operador. Los trazadores de curvas modernos suelen incorporar protecciones mecánicas y sistemas de seguridad que dificultan el contacto del operador con tensiones o corrientes peligrosas. Los dispositivos bajo prueba (DUT) de potencia pueden alcanzar temperaturas peligrosamente altas durante las pruebas. Los trazadores de curvas económicos no pueden probar este tipo de dispositivos y, por lo tanto, es menos probable que representen un riesgo letal.

• 
  Trazador de curvas de transistores (detalle 1)
• 
  Trazador de curvas de transistores (detalle 2)
• 
  Trazador de curvas de transistores (piezas)

• El Museo de los Osciloscopios Tektronix
• Todos los fabricantes de trazadores de curvas.
• Un trazador de curvas casero.