5. Sistema de pruebasbibing.us.es/proyectos/abreproy/5313/descargar_fichero/Capítulo+5.pdf ·...

Automatización de la medida de característica estática de circuitos analógicos

39

5. Sistema de pruebas

Seguidamente se expone el sistema de pruebas diseñado. En el apartado 5.1 se realiza una

breve descripción del sistema y se definen los circuitos sobre los cuales se han realizado las

pruebas.

En los apartados sucesivos se describen el montaje del sistema de pruebas, los equipos que

constituyen el sistema y el software utilizado, finalizando con un la exposición de los datos

recogidos durante las pruebas.

5.1. Introducción del sistema de pruebas

El sistema de instrumentación diseñado tiene la capacidad de realizar un gran número de

pruebas diferentes sobre distintos circuitos o elementos electrónicos. Sin embargo, para

demostrar la viabilidad del sistema se ha diseñado un circuito de transistores NMOS

conectados en paralelos.

Las pruebas realizadas consisten en obtener la curva de tensiones que caracteriza a los

transitores, es decir, la tensión en el drenador de los transistores en función de la tensión de la

puerta.

Para conseguir el propósito descrito se debe alimentar a todos los transistores

simultáneamente mediante el multímetro digital (DMM). Para ello se fijará una tensión

común, definida por el usuario, para la alimentación de la resistencia que se encuentra

conectada a los drenadores de cada transistor. También se alimenta la puerta de cada

transistor, sin embargo, en este caso se comienza con una alimentación nula y se incrementa

en un intervalo de tensión seleccionado por el usuario.

El DMM además de encargase de la alimentación, realizará un escaneo de todos los canales

para adquirir las tensiones en los drenadores de los distintos transistores.

5.1.1. Pruebas realizadas

Con las pruebas realizadas se pretende obtener las curvas de caracterización de una serie de

transistores NMOS, para ello se fija la tensión de entrada (VIN) y se mide la tensión de salida

(VOUT) del circuito de la Ilustración 27.

Ilustración 27. Circuito amplificador con fuente común.


40

Los transistores NMOS tienen varias regiones de funcionamiento como se puede observar en

la Gráfica 2; dependiendo de la región en la que se encuentre el transistor éste tendrá un

comportamiento u otro.

Gráfica 2. Regiones de operación del transistor NMOS [ 31 ]

A continuación se definen las regiones de funcionamiento:

Región de corte: El transistor se encuentra en esta región cuando

VGS (tensión de la puerta) < VTH, siendo VTH la tensión necesaria para crear el canal en el

sustrato y que se conoce como tensión umbral. En estas condiciones el transistor

MOSFET, equivale eléctricamente a un circuito abierto entre los terminales del

drenador-fuente.

Región óhmica o activa: El MOSFET equivale a una resistencia variable conectada

entre el drenador y la fuente. El valor de esta resistencia varía dependiendo del valor

de tensión entre la puerta y la fuente (VGS).

Región de saturación: El transistor MOSFET entra en esta zona de funcionamiento

cuando la tensión entre el drenador y la fuente (VDS) supera un valor fijo denominado

tensión de saturación (VDSsat). Dicho valor viene determinado en las hojas de

características proporcionadas por el fabricante (en nuestro caso es aproximadamente

1.3V). En esta zona, el MOSFET mantiene constante la corriente del drenador (ID),

independientemente del valor de tensión que haya entre el drenador y la fuente (VDS).

Por lo tanto, el transistor equivale a un generador de corriente continua de valor ID.

El MOSFET se encontrará en la región de saturación cuando:

VGS > VTH y VDS > (VGS – VTH) → VDS ≥ VGS - VTH

Cuando la tensión entre drenador y fuente supera un cierto valor límite, el canal de

conducción que se encuentra debajo de la puerta sufre un estrangulamiento en las

cercanías del drenador y desaparece. La corriente entre la fuente y drenador no se

interrumpe, debido al campo eléctrico entre ambos, pero se hace independiente de la

diferencia de potencial entre los dos terminales.


41

Gráfica 3. Región de funcionamiento de un NMOS cuando VGS ≥ VTH

Como se puede comprobar en la Gráfica 3, la parte casi lineal corresponde a la zona óhmica,

mientras que la parte casi horizontal corresponde a la zona activa. El MOSFET de

enriquecimiento puede funcionar en cualquiera de ellas. Para la caracterización realizada de la

curvas de los transistores se ha obligado a que éstos trabajen en la región de saturación,

obteniéndose así un circuito amplificador. En otras palabras, el transistor actúa como una

fuente de corriente dependiente como se puede apreciar en Ilustración 28 donde se muestra

el modelo de pequeña señal en la región de saturación del circuito de la Ilustración 27.

Ilustración 28. Modelo de pequeña señal en la región de saturación.

Para una tensión VIN nula, el transistor se encuentra apagado (estado similar al de un

interruptor abierto) y por tanto, VOUT = VDD. A medida que VIN se aproxima al valor de VTH el

transistor comienza a conducir y por extensión comienza a pasar corriente por la resistencia

RD, lo que conlleva una disminución de VOUT. Si VDD no es excesivamente baja el transistor se

encuentra en saturación y tenemos:

𝑉𝑂𝑈𝑇 = 𝑉𝐷𝐷 − 𝑅𝐷1

2µ𝑛𝐶𝑜𝑥

𝑊

𝐿(𝑉𝐼𝑁 − 𝑉𝑇𝐻)

2

Donde:

µn: Movilidad efectiva de los portadores de carga.

Cox: Capacitancia del óxido por unidad de área.

W: Ancho del sustrato (ver Ilustración 29).

L: Longitud del canal (ver Ilustración 29).


42

Ilustración 29. Modelo de puertas de un transistor MOSFET [ 32 ]

De las pruebas realizadas con el sistema de instrumentación se obtienen las tensiones de

salida de 16 circuitos como el mostrado en la Ilustración 27. A continuación, en la Gráfica 4, se

muestra la tendencia que deben seguir las curvas características de tensiones obtenidas en las

distintas pruebas.

Gráfica 4. Curva VIN frente a VOUT de un transistor NMOS [ 33 ]

A partir de la representación de las curvas se obtiene la ganancia que se calcula de la siguiente

forma:

𝐴𝑉 =𝜕𝑉𝑂𝑈𝑇𝜕𝑉𝐼𝑁

= −𝑅𝐷µ𝑛𝐶𝑜𝑥𝑊

𝐿(𝑉𝐼𝑁 − 𝑉𝑇𝐻) = −𝑔𝑚𝑅𝐷

Sin entrar más en detalle, la máxima ganancia obtenida a partir de las curvas VIN-VOUT indica el

punto en cual la amplificación es máxima, es decir, el punto para el cual, teniendo en cuenta el

consumo del transistor, se produce la mayor amplificación.

5.1.2. Realización de las pruebas

A continuación se describe la rutina seguida por el sistema de instrumentación para la

realización de las pruebas sobre la placa de transistores. Seguidamente se muestran los pasos

seguidos por el código generado para realización de los test.

1. Establecimiento de conexión entre el ordenador y el DMM, para lo cual el ordenador

deberá esperar a que se inicie por completo el equipo de instrumentación que se

comunica mediante LXI. El DMM tiene una dirección IP fija para el establecimiento de

la comunicación.


43

2. El programa demanda el número de canales de medida, la tensión en la resistencia del

drenador y el incremento mínimo de tensión que se irá aplicando en la puerta de los

transistores.

3. El DMM fija la tensión establecida por el usuario en la resistencia que precede al

terminal del drenador de los transistores y una tensión nula para las puertas de los

transistores.

4. Se realiza la medida y adquisición de la tensión en el drenador de cada transistor. Las

pautas seguidas son la medida de tensión de un canal, adquisición y almacenamiento

de los datos en un archivo de texto y posteriormente se continúa con el siguiente canal

procediendo de la misma forma.

5. Una vez finalizado la adquisición de medida de todos los transistores se incrementa la

tensión en la puerta de cada transistor, dicho incremento es definido por el usuario al

inicio de la prueba y es fijo, es decir, los incrementos de tensiones en la puerta siempre

serán iguales. Posteriormente se vuelve a repetir el paso 3.

6. Los pasos 3 y 4 se repetirán hasta que la tensión de la puerta de los transistores

alcance aproximadamente la tensión del drenador, que se denominará tensión de

finalización en las puertas.

7. Una vez alcanzada la tensión de finalización en las puertas, el programa finaliza

cerrando el archivo de texto generado y estableciendo una tensión nula para ambos

canales de alimentación.

8. Una vez finalizada la etapa de adquisición, se realiza un procesamiento de datos

mediante el programa Matlab, el cual representa en una gráfica los datos adquiridos,

obteniéndose como resultado todas las curvas de caracterización de tensiones de

salidas respecto a las entradas y las curvas de ganancia de todos los transistores.

5.2. Montaje del sistema de pruebas

El montaje del sistema de pruebas planteado consta de un solo equipo de medición conectado

a través de LXI con un ordenador portátil, por tanto, no existe la necesidad de realizar la

conexión mediante un router. En el caso de que hubiese más de un equipo se podría optar por

algunos de los métodos de conexión expuestos en el apartado 4.

El equipo DMM posee dos canales de alimentación, éstos como se puede comprobar en la

Ilustración 30 se encuentran de color azul y rojo; el primero de ellos se conecta a las puertas

de los transistores mientras que el otro alimenta las resistencias y el terminal drenador de los

transistores. Las líneas de color verde representan los canales de medida que adquieren la

tensión existen entre el drenador y tierra.


44

G GD D

S S

D

S

G

LXI

Alimentación puerta

Alimentación drenador

GND

Ilustración 30. Montaje del sistema de pruebas

Tanto el ordenador portátil que lanza el programa que realiza la prueba como el equipo DMM

deberán estar conectados a una alimentación de 220V y 50 Hz. En la siguiente ilustración se

muestra una foto del montaje real realizado.

Ilustración 31. Sistema de pruebas real.

5.3. Elementos del sistema de pruebas

En este apartado se describen los distintos elementos que son necesarios para conformar el

sistema de pruebas.


45

5.3.1. Multímetro digital

El DMM utilizado es el modelo 34792A del fabricante Agilent, que se muestra en la siguiente

ilustración.

Ilustración 32. Multímetro digital Agilent, modelo 34972A [ 29 ]

El DMM mediante el cual se ha realizado la adquisición de medidas de este proyecto se puede

describir como una estación de instrumentación compacta, dicho equipo tiene la capacidad de

medir y convertir las siguientes 11 señales:

Tensiones DC y AC.

Corrientes DC y AC.

Temperatura con termopares, RTD y termistores.

Resistencias a 2 y 4 hilos.

Frecuencia y periodos.

El equipo se puede comunicar a través de una red LAN o mediante el bus USB, dispone de una

memoria interna para el almacenamiento de datos y también permite el almacenamiento en

una memoria flash USB externa.

El control del equipo se puede realizar mediante una interfaz web, además el instrumento es

compatible con algunos programas de procesamiento de datos y control destinados a

instrumentación como LabView o BenchLink Data.

La unidad 34972A dispone de drivers compatibles con C, C#, Visual Basic, Visual Studio, Agilent

VEE y National Instruments LabView para facilitar la integración en los sistemas de pruebas, así

como, el lenguaje de programación SCPI, que facilita las labores de programación de los

equipos de instrumentación.

El dispositivo de instrumentación consiste en un multímetro al cual se le deben conectar unos

módulos para la adquisición de datos; el equipo admite la instalación de hasta 3 módulos

como se puede comprobar en la Ilustración 33.


46

Ilustración 33. Parte trasera del multímetro Agilent modelo 34972A. [ 29 ]

En el mercado existen 8 módulos distintos que se pueden instalar en este multímetro, por

tanto, nos encontramos ante un sistema de instrumentación del cual podemos configurar una

parte de su hardware.

A continuación en la Tabla 4 se muestran los distintos módulos creados específicamente para

esta serie de equipos.

Tabla 4. Módulos de la unidad 34972A [ 29 ]

El DMM tiene una velocidad máxima de barrido de 250 canales/s, permitiendo la adquisición

de tensiones máximas de hasta 300 V y corrientes máximas de hasta 1 A, dependiendo del

módulo que se instale.

El equipo utilizado para elaboración de este proyecto contiene los módulos 34901A, 34904A y

34907A, que se describen a continuación.

5.3.1.1. Módulo 34901A. Multiplexor de 20 canales

Este módulo consiste en un multiplexor de 20 canales diferenciales que permiten la

conmutación de señales de tensiones de hasta 300 V y corrientes de hasta 1 A, tanto alternas


47

como continuas, además de permitir la medida de resistencias a 2 y 4 hilos, y la medida de

termopares gracias a la inclusión de una referencia para éstos.

El multiplexor posee una velocidad de barrido de 60 canales/s la cual es idónea para un amplio

número de pruebas. En la Ilustración 34 se muestra un esquema del módulo, cuyo elemento

principal son una serie de relés que conmutan para rutar las señales de entradas hacia el

núcleo de medida del DMM.

Ilustración 34. Módulo multiplexor 34901A.

5.3.1.2. Módulo 34904A. Matriz de conmutación

Matriz de conmutación de 4x8 con 32 puntos de cruce de dos hilos que permite la

conmutación de señales de tensiones de hasta 300 V y 1 A. A diferencia de otros módulos

como el multiplexor anteriormente descrito, los canales de la matriz de conmutación no

redirigen las señales al interior del DMM donde se realiza la adquisición de las medidas, sino

que la matriz es gestionada por el DMM que controla los puntos de cruces que redirecciona las

señales de entrada externas a puntos de salidas externos.

En este proyecto no se hace uso de la matriz de conmutación, sin embargo, se ha adquirido

para la realización de pruebas futuras, cuya principal función es la de incluir más de un equipo

de medida en la red y gestionarlos mediante la matriz.

En la Ilustración 35 se muestra un esquema unifilar del módulo.


48

Ilustración 35. Módulo matriz de conmutación 34904A.

5.3.1.3. Módulo multifunción

Módulo diseñado para la detección de eventos y control, incluye:

Dos puertos de entrada y salida digitales de 8 bits, para el control de atenuadores,

conmutadores, relés, etc.

Un contador de eventos de 26 bits de resolución.

Dos salidas analógicas de ±12 V con una resolución 1 mV y una corriente máxima de

10mA. Estos dos canales son los encargados de la alimentación de la placa de pruebas.

Ilustración 36 Módulo multifunción.


49

En la siguiente ilustración se muestran las dimensiones del equipo. A diferencia de otros

equipos LXI, el dispositivo 34972A tiene un volumen reducido que permite su instalación en un

rack.

Ilustración 37. Dimensiones del equipo 34972A de Agilent.

5.3.2. Circuito de pruebas

A continuación se describe la placa de test que ha servido para demostrar el potencial y la

viabilidad del sistema de instrumentación descrito en este proyecto.

5.3.2.1. PCB de test

La PCB es un circuito impreso de doble cara con unas dimensiones de 97.33 x 65.77 mm,

compuesto por 16 transistores NMOS (T) conectados en paralelo y cada uno de ellos tiene

conectada una resistencia (R) en su terminal drenador.

Como se puede observar en la Ilustración 38 la placa también contiene 16 conectores (U) de

dos pines para la adquisición de las tensión de salida, por ello cada conector se encuentra

conectado al drenador de un transistor distinto y a tierra.

La placa tiene un conector de tres pines (CONECT) para la alimentación tanto de la puerta de

los transistores como de las resistencias conectadas a los drenadores.

Todos los componentes de la PCB son elementos through hole.


50

Ilustración 38. PCB de test

5.3.2.2. Diseño de la PCB

Para el diseño del PCB se ha utilizado el programa Altium Designer Summer 9. Tras la elección

de los elementos, se ha procedido a la elaboración del circuito esquemático que se muestra en

Ilustración 39. Dicho circuito no es más que la unión de 16 circuitos simples formados por un

transistor y una resistencia colocada en el drenador, estos circuitos simples se han colocado en

paralelo para formar el circuito de la placa de pruebas.

Ilustración 39. Esquemático de la PCB de test.


51

Como se puede comprobar, la alimentación de la resistencia del drenador y la alimentación de

la puerta del transistor son comunes a todos los transistores. Los puntos de medidas se

encuentran en el drenador, ya que en ellos se adquiere la tensión de salida cuando el

transistor se encuentra en saturación. En el caso de encontrarse en corte, la tensión en estos

puntos será aproximadamente la tensión de alimentación de la resistencia del drenador.

En la siguiente ilustración se muestra el rutado de las pistas de la PCB, cuyo ancho de pista es

de 0.3 mm y permite la circulación de una corriente máxima de 1.2 A.

Ilustración 40. Rutado PCB de test

Las pistas se encuentran sobre una sola capa y en este caso se ha decidido que sea en la capa

botton ya que los elementos electrónicos que se alojan en ella son through hole.

5.3.2.3. Elementos de la placa de test

Seguidamente se procede a la descripción de los elementos que conforman la placa PCB.

5.3.2.3.1. Transistores NMOS

Los transistores utilizados son transistores de efecto de campo metal-óxido-semiconductor

conocido como MOSFET. Éstos son utilizados para amplificar o conmutar señales electrónicas;

en la actualidad la mayoría de los microprocesadores está basada en este tipo de transistores.

Los transistores MOSFET implementados en la PCB son enriquecidos en N. Sin entrar en

detalle, el funcionamiento de éstos se basa en la creación de un canal con una concentración

de electrones entre el drenador (D) y la fuente (S) cuando se aplica una tensión en la puerta

(G), en un sustrato p. La tensión de la puerta atrae portadores minoritarios hacia el canal, de

manera que se forma una región con dopado opuesto al que tenía el sustrato original.

La placa de pruebas se compone de 16 transistores NMOS de los cuales se han obtenido las

curvas de tensión en el drenador (VOUT) en función de la tensión en la puerta (VIN). Los

transistores utilizados han sido el modelo MTP3055VL de la marca Fairchild.


52

Ilustración 41. Transistor MTP3055VL [ 30 ]

El MTP3055VL son transistores MOSFET de canal N, diseñados para aplicaciones de baja

tensión y en las que son necesarias conmutaciones rápidas, por ejemplo, para el control de

fuentes de alimentación y motores. En la Tabla 5 se muestran los rangos máximos absolutos de

operación de éstos transistores.

RANGO MÁXIMOS

Características Magnitud

Tensión drenador-fuente (VDSS) 60 V

Tensión puerta-fuerte (VGSS) ±15 V

Corriente drenador (ID) 12 A

Potencia disipada (W) 48 W

Temperatura de operación -65°C a 175°C

Tabla 5. Características transistor MTP3055VL

5.3.2.3.2. Resistencias

Se ha instalado una resistencia de 100 kΩ a la entrada del terminal del drenador de cada

transistor, para poder obtener una tensión de salida, construir las curvas características de

tensión y realizar el cálculo de la ganancia de cada transistor.

5.3.2.3.3. Conectores

Se han utilizado dos tipos de conectores; el primer tipo de ellos ha sido un conector de 3 pines

para la alimentación de los distintos circuitos, y otro de 2 pines para la adquisición de medidas.

Ambos tipos de conectores son de pines en ángulo recto para facilitar su conexión y poseen

una separación entre pines de 2.5 mm.

En la siguiente ilustración se muestra tanto la PCB con todos los componentes conectados y la

capa botton de ésta, en la cual se puede comprobar el rutado de la placa.


53

Ilustración 42. PCB

5.4. Software utilizado

Se deben distinguir dos tipos de software; el primero de ellos para el desarrollo y gestión de la

red de instrumentación presentada en este proyecto. El segundo tipo de software es el

utilizado para el procesamiento de datos.

5.4.1. Software para el desarrollo del sistema automatizado.

Para el funcionamiento del equipo 34792A son necesarios los driver aportados por la empresa

Agilent, además de los driver VISA e IVI creados y gestionados por IVI Foundation. Gracias a

estos driver se consigue la comunicación y programación mediante SCPI del equipo.

El entorno de desarrollo utilizado para elaboración del código ha sido Eclipse. La programación

se ha realizado en lenguaje C, las librerías IVI y VISA aportan las funciones necesarias para el

envío de comando SPCI del equipo al DMM.

Como sistema operativo se ha utilizado Windows 8.1, ya que se ha querido demostrar la

viabilidad del sistema de pruebas en uno de los sistemas operativos más actuales.

5.4.2. Software para el procesamiento de datos.

El análisis y la representación de los datos obtenidos se ha elaborado con el programa Matlab

2010. Se puede hacer uso de cualquier programa de procesamiento que pueda interpretar el

archivo de texto que proporciona como salida el programa de adquisición de medidas.

5.5. Datos obtenidos

En este apartado se recogen los datos obtenidos en las distintas pruebas que se han realizado

sobre el circuito analógico descrito anteriormente. La finalidad de las pruebas es la obtención

de las curvas características de tensiones y ganancia de los distintos transistores.

Para una mejor compresión del lector, se ha vuelto a representar el esquema de la Ilustración

27, en el que se muestra uno de los dieciséis circuitos idénticos a los que ya se les ha realizado

una batería de pruebas.


54

Ilustración 43. Circuito amplificador con fuente común.

A continuación se describen las distintas pruebas realizadas

5.5.1. Prueba número 1

Para esta primera prueba se ha fijado la tensión VDD a 5 V, y se ha incrementado la tensión VGS

desde 0 V a hasta la tensión VDD en intervalos de 1 mV. Las curvas de tensión de salida (VOUT)

frente a la de tensión de entrada (VGS) han sido las siguientes.

Gráfica 5. Prueba 1. Tensión de entrada en frente a tensión de salida.

En la Gráfica 5 se puede comprobar que la tendencia de las curvas obtenidas en los resultados

es la esperada, ya que éstas tienen la misma forma que la curva teórica de los transistores

NMOS mostrada en la Gráfica 4.

La conmutación de los transistores se produce en un intervalo de tensión de 1 V a 1.4 V

aproximadamente, rango en el dispositivo pasa de la región de corte a la región de saturación.

A continuación se muestra la curva de ganancia obtenida.


55

Gráfica 6. Prueba 1. Ganancia.

La ganancia máxima obtenida de las curvas de la Gráfica 6 fija el valor de tensión en la puerta

para el cual la amplificación del circuito es la mejor, es decir, el valor de VGS que consigue el

mayor VOUT para un mismo consumo de un transistor. Los valores de ganancia se encuentran

comprendidos entre 80 y 90, éstos se dan para tensión VGS de aproximadamente 1.3 V.

En la tabla siguiente se recogen los datos numéricos de para las ganancias máximas de cada

uno de los transistores.

RESULTADOS PRUEBA 1

Transistor Ganancia máxima Tensión VGS (V) Tensión VDS (V)

T1 86.61 1.364 0.3841

T2 84.91 1.395 0.5676

T3 84.76 1.38 0.5044

T4 86 1.395 0.4983

T5 86.19 1.358 0.4506

T6 85.77 1.361 0.284

T7 86.47 1.363 0.319

T8 86.37 1.35 0.3975

T9 88.56 1.338 0.4053

T10 85.72 1.383 0.3172

T11 85.57 1.37 0.4861

T12 86.02 1.37 0.5131

T13 85.89 1.36 0.4247

T14 85.04 1.36 0.4159

T15 84.91 1.361 0.4599

T16 85.40 1.355 0.2982

Tabla 6. Datos obtenidos en la prueba 1.

Con la finalidad de comprobar la fiabilidad del sistema de instrumentación se ha repetido la

misma prueba. Para no crear confusión, a la repetición de prueba 1 se le denominará Prueba

1R.

Las curvas de tensiones obtenidas en la Prueba 1R se muestran en la Gráfica 7.


56

Gráfica 7. Prueba 1R. Tensión de entrada en frente a tensión de salida.

En la Prueba 1R se han obtenido unas tensiones de conmutación más elevadas que en la

Prueba 1, sin embargo, dicho incremento es inferior a 0.1 V.

Al existir cambios en las curvas de tensiones también los habrá en las curvas de ganancia. El

máximo valor de ésta se alcanza para valores de tensiones VGS superiores a los de la Gráfica 6.

Gráfica 8. Prueba 1R. Ganancia.

Mientras que en la Prueba 1 los valores de máxima ganancia se encontraban en el rango de

tensiones VGS entre 1.3 V y 1.4 V, en la Prueba 1R se encuentran en torno a 1.4 V.

Se puede observar en la Gráfica 8 que para una tensión de entrada de 1.28 V

aproximadamente existe un pico de ganancia en alguno de los transistores. Esto es debido a

que la tensión VOUT disminuyó demasiado rápido, dando como resultado una pendiente con un

valor elevado que se traduce en una ganancia que puede rondar los 60. Sin embargo, se puede


57

comprobar que tras la anomalía contemplada, el sistema vuelve a su tendencia original que

permite obtener ganancias cercanas a 90. En la siguiente tabla se recogen los datos obtenidos

de la Prueba 1R.

RESULTADOS PRUEBA 1R

Transistor Ganancia máxima Tensión VGS Tensión VDS

T1 89.12 1.392 0.3945

T2 87.39 1.427 0.3677

T3 85.50 1.411 0.3079

T4 87.10 1.427 0.3024

T5 87.30 1.388 0.2935

T6 86.68 1.388 0.3764

T7 86.69 1.391 0.3331

T8 86.98 1.377 0.4719

T9 88.87 1.366 0.3672

T10 87.43 1.411 0.3958

T11 85.96 1.400 0.3993

T12 86.38 1.402 0.2990

T13 86.69 1.391 0.3190

T14 88.96 1.392 0.3779

T15 87.01 1.391 0.3711

T16 86.87 1.383 0.3298

Tabla 7. Datos obtenidos en la prueba 1R.


Para la prueba número 2 se han variado los parámetros de partida. En este caso la tensión VDD

se ha fijado en 3V, sin embargo, el incremento de tensión en la puerta se ha seguido

manteniendo a 1 mV. Los resultados obtenidos se muestran en la siguiente gráfica.


La tendencia de las curvas obtenidas es la misma que la reflejada en las Pruebas 1 y 1R. El

rango de tensiones en el cual se produce la conmutación del transistor es en torno a 1.3 V y 1.4

V, datos similares a los ya observados anteriormente.


58

La misma tónica se repite con las curvas de ganancia, que se muestran en la Gráfica 10.

Gráfica 10. Prueba 2. Ganancia

Las tensiones de entrada para las que se consiguen las ganancias máximas se encuentran en el

intervalo de 1.3 V y 1.4 V. En este caso, la ganancia de los transistores ronda los 50, valor

inferior al de las pruebas anteriores que tenía una ganancia media aproximada de 84, esto es

debido a una disminución de la tensión VDD.

En la Tabla 8 se recogen los valores de ganancia máxima de la Prueba 2.

RESULTADOS PRUEBA 2


T1 50.46 1.345 0.3206

T2 49.29 1.380 0.2836

T3 49.55 1.364 0.2719

T4 49.57 1.380 0.2595

T5 50.50 1.342 0.2386

T6 50.99 1.342 0.2878

T7 50.11 1.345 0.2624

T8 49..95 1.333 0.2734

T9 50.49 1.317 0.3904

T10 49.83 1.364 0.2871

T11 49.22 1.353 0.2981

T12 49.64 1.355 0.2490

T13 50.20 1.344 0.2709

T14 51.22 1.345 0.3125

T15 50.43 1.345 0.2624

T16 50.41 1.336 0.3047

Tabla 8. Datos obtenidos en la prueba 2.

Al igual que en el apartado anterior, se realizó una prueba con los mismos parámetros de

entrada que se ha denominado Prueba 2R.


59

A continuación se muestran las gráficas obtenidas que continúan con la tendencia prevista.

Además, tanto los rangos de tensiones, donde se produce la conmutación de los transistores,

como las ganancias máximas de la Prueba 2R son similares a los resultados de la Prueba 2.



La ganancia máxima de nuevo ronda 50. En la siguiente tabla se muestran los resultados

numéricos de la Prueba 2R.


60



T1 50.54 1.349 0.3257

T2 49.55 1.383 0.3227

T3 49.89 1.367 0.3124

T4 50.20 1.383 0.3027

T5 51.55 1.345 0.2822

T6 51.27 1.345 0.3309

T7 50.77 1.349 0.2777

T8 50.52 1.336 0.3165

T9 52.51 1.324 0.2614

T10 50.43 1.367 0.3265

T11 50.29 1.358 0.2554

T12 51.23 1.358 0.2905

T13 50 1.349 0.2347

T14 50.21 1.350 0.2755

T15 50.94 1.349 0.2777

T16 49.89 1.339 0.3466

Tabla 9. Datos obtenidos en la prueba 2R.


En esta última prueba se han modificado los parámetros de entrada VDD, que se han fijado a

4 V, y la tensión de la puerta que se incrementa en intervalos de 10 mV. Un aumento del

incremento de VGS mayor únicamente significa que se tendrán menos puntos de la curva de

tensiones y por tanto menor precisión.

A continuación se muestran las gráficas de las curvas de tensiones y de ganancia obtenidas en

la Prueba 3.



61

Gráfica 14. Prueba 3. Ganancia.

En este caso la ganancia ronda 55, por tanto, es superior a la obtenida en la Prueba 2 e inferior

a la de la Prueba 1. Esto se debe a que la tensión VDD en este caso es menor que en la Prueba 1

y superior a la de la Prueba 2.

Seguidamente en la Tabla 10 se recogen los resultados obtenidos en la prueba 3.

RESULTADOS PRUEBA 3


T1 53 1.35 0.9596

T2 52.62 1.39 0.6416

T3 54.02 1.37 0.8483

T4 51.28 1.38 1.1255

T5 56.10 1.35 0.7201

T6 55.78 1.35 0.7800

T7 53.51 1.35 0.9088

T8 54.64 1.34 0.8025

T9 53 1.33 0.6288

T10 53.70 1.37 0.8726

T11 56.19 1.36 0.8506

T12 55.91 1.36 0.8883

T13 54.40 1.35 0.8655

T14 52.49 1.35 0.9708

T15 53.33 1.35 0.9168

T16 51.30 1.34 0.9978

Tabla 10 Resultados obtenidos en la prueba 3.

Como se ha realizado hasta ahora también se ha repetido la Prueba 3 con la misma

configuración de parámetros de entrada, denominándose este último test como Prueba 3R.


62



Como se puede observar al comparar las gráfica de la Prueba 3 y la Prueba 3R los resultados

son similares, hecho que ya se ha manifestado en las pruebas anteriores.

Por último, en la Tabla 11 se encuentran reflejados los resultados de la Prueba 3R.


63



T1 52.85 1.35 0.9590

T2 52.71 1.39 0.6427

T3 53.93 1.37 0.8494

T4 51.27 1.38 1.1273

T5 56.01 1.35 0.7212

T6 55.71 1.35 0.7830

T7 53.42 1.35 0.9133

T8 54.44 1.34 0.8080

T9 53.63 1.33 0.6370

T10 53.58 1.37 0.8777

T11 56.09 1.36 0.8564

T12 55.85 1.36 0.8937

T13 54.29 1.35 0.8709

T14 52.38 1.35 0.9767

T15 53.21 1.35 0.9240

T16 51.20 1.35 1.0064

Tabla 11. Resultados obtenidos en la prueba 3R.

5.5.4. Prueba error

En este apartado se muestra la primera prueba que fue realizada sobre el circuito. Los

resultados de esta prueba no fueron satisfactorios debido a medidas erróneas fruto de

problemas en la placa PCB.

Se recogen estos resultados para poner de manifiesto que el sistema de instrumentación

realiza una correcta medición y que en aquellos casos en los que existan problemas, éstos se

reflejan como una anomalía en los resultados obtenidos, como se puede comprobar en la

Gráfica 17.

Gráfica 17. Curva tensión VGS en función de VDS de una prueba fallida.


64

Se puede observar en la Gráfica 17 que las curvas de los transistores T1, T5 y T8 no siguen la

tendencia teórica de las curvas características de tensiones de los transistores. Esto fue debido

a que los circuitos de los que formaban parte los transistores T1 y T5 se encontraban con uno

de los terminales de la resistencia conectada al terminal del drenador con una soldadura en

mal estado. Por otro lado, la medida errónea del transistor T8 fue debida a una mala conexión

de los pines de medida.

5. Sistema de pruebasbibing.us.es/proyectos/abreproy/5313/descargar_fichero/Capítulo+5.pdf ·...

Documents

Transcript of 5. Sistema de pruebasbibing.us.es/proyectos/abreproy/5313/descargar_fichero/Capítulo+5.pdf ·...