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 utilizar para estimular el dispositivo bajo prueba (DUT).
La función es aplicar un voltaje de barrido (que varía automáticamente de forma continua con el tiempo) a dos terminales del dispositivo bajo prueba y medir la cantidad de corriente que el dispositivo permite que fluya en cada voltaje. Estos datos denominados I–V (corriente versus voltaje) 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 una computadora. [1] La configuración incluye el voltaje máximo aplicado, la polaridad del voltaje aplicado (incluida la aplicación automática de polaridades tanto positivas como negativas) y la resistencia insertada en serie con el dispositivo. El voltaje del terminal principal a menudo se puede barrer hasta varios miles de voltios, con corrientes de carga de decenas de amperios disponibles a voltajes más bajos.
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 interesantes, como el voltaje directo del diodo, la corriente de fuga inversa , el voltaje de ruptura inverso, etc. Para dispositivos activables, como DIAC, se mostrarán claramente los voltajes de activación directo e inverso. También se puede ver 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 que se está probando, como el terminal de base o de compuerta. Para transistores BJT y otros dispositivos controlados por corriente, la corriente de la base u otro terminal de control se escalona. Para FET u otros dispositivos controlados por voltaje, se utiliza un voltaje escalonado en su lugar. Al barrer el voltaje a través del rango configurado de voltajes de terminal principal, para cada paso de voltaje de la señal de control, se genera automáticamente un grupo de curvas I–V. Este grupo de curvas hace que sea muy fácil determinar la ganancia de un transistor o el voltaje de disparo de un tiristor o TRIAC .
Los trazadores de curvas suelen contener disposiciones de conexión convenientes para dispositivos de dos o tres terminales, a menudo en forma de conectores dispuestos para permitir la conexión de los diversos encapsulados comunes utilizados para componentes electrónicos. La mayoría de los trazadores de curvas también permiten la conexión simultánea de dos DUT; de esta manera, dos DUT pueden "emparejarse" para un rendimiento óptimo en circuitos (como amplificadores diferenciales ) que dependen de la coincidencia estrecha de los parámetros del dispositivo. Esto se puede ver en la imagen adyacente donde un interruptor de palanca permite la conmutación rápida entre el DUT de la izquierda y el DUT de la derecha mientras el operador compara las respectivas familias de curvas de los dos dispositivos.
Las curvas I–V se utilizan para caracterizar dispositivos y materiales mediante pruebas de medición de fuente de CC. Estas aplicaciones también pueden requerir el cálculo de la resistencia y la derivación de otros parámetros basados en mediciones I–V. Por ejemplo, los datos I–V se pueden utilizar para estudiar anomalías, localizar pendientes de curvas máximas o mínimas y realizar análisis de confiabilidad. Una aplicación típica es encontrar la corriente de fuga de polarización inversa de un diodo semiconductor y realizar barridos de voltaje de polarización directa e inversa y mediciones de corriente para generar su curva I–V. [3]
Los trazadores de curvas, especialmente los modelos de alta corriente, generalmente se suministran con varios adaptadores de accesorios de prueba de dispositivos semiconductores [1] que tienen detección Kelvin .
Algunos trazadores de curvas analógicos, especialmente los modelos sensibles de baja corriente, están equipados con un control manual para equilibrar un circuito de puente capacitivo para compensar ("anular") las capacitancias parásitas de la configuración de prueba. Este ajuste se realiza trazando la curva de la configuración de prueba vacía (con todos los cables, sondas, adaptadores y otros dispositivos auxiliares necesarios conectados, pero sin el DUT) y ajustando el control de equilibrio hasta que la curva I se muestre en un nivel cero constante.
El trazado de curvas I-V es un método para analizar el rendimiento de un sistema fotovoltaico , ideal para probar todos los puntos de funcionamiento posibles de un módulo fotovoltaico o una cadena de módulos. [4]
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 ese momento no podían hacer todo lo que se requiere en un trazador de curvas. El trazador de curvas Tektronix modelo 575 que se muestra en la galería fue un instrumento típico de esa época.
Hoy en día, 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.
Los recientes avances en los sistemas trazadores de curvas permiten ahora tres tipos básicos de trazado de curvas: corriente-voltaje (I–V), capacitancia-voltaje (CV) y corriente-voltaje transitorio o pulsado ultrarrápido (I–V). Los diseños de instrumentos trazadores de curvas modernos tienden a ser modulares, lo que permite a los especificadores de sistemas configurarlos para que coincidan con las aplicaciones para las que se utilizarán. Por ejemplo, los nuevos sistemas trazadores de curvas basados en mainframe se pueden configurar especificando el número y el nivel de potencia de las unidades de medida de fuente (SMU) que se conectarán a las ranuras del panel posterior del chasis. Este diseño modular también proporciona la flexibilidad de incorporar otros tipos de instrumentación para manejar una gama más amplia de aplicaciones. Estos sistemas basados en mainframe suelen incluir una PC autónoma para simplificar la configuración de pruebas, el análisis de datos, la creación de gráficos e impresión, y el almacenamiento de resultados integrado. Los usuarios de este tipo de sistemas incluyen investigadores de semiconductores, ingenieros de modelado de dispositivos, ingenieros de confiabilidad, ingenieros de clasificación de matrices e ingenieros de desarrollo de procesos. [5]
Además de los sistemas basados en mainframe, existen otras soluciones de trazado de curvas que permiten a los fabricantes de sistemas combinar una o más unidades de medida de fuente (SMU) discretas con un controlador de PC independiente que ejecuta el software de trazado de curvas. Las SMU discretas ofrecen una gama más amplia de niveles de corriente, voltaje y potencia que los sistemas basados en mainframe y permiten reconfigurar el sistema a medida que cambian las necesidades de prueba. Se han desarrollado nuevas interfaces de usuario basadas en asistentes para que sea más fácil para los estudiantes o usuarios industriales con menos experiencia encontrar y ejecutar las pruebas que necesitan, como la prueba de trazado de curvas FET. [6]
Algunos trazadores de curvas, en particular los diseñados para dispositivos de alto voltaje, corriente o potencia, son capaces de generar voltajes y corrientes letales y, por lo tanto, suponen un peligro de electrocución para el operador. Los trazadores de curvas modernos suelen contener protectores mecánicos y enclavamientos que dificultan que el operador entre en contacto con voltajes o corrientes peligrosos. Los DUT de potencia pueden calentarse peligrosamente durante las pruebas. Los trazadores de curvas económicos no pueden probar dichos dispositivos y es menos probable que sean mortalmente peligrosos.
