Instrucciones para la preparación de Ponencias para Informática 2009

INSTRUMENTO VIRTUAL REMOTO PARA LA CARACTERIZACIÓN
DE DISPOSITIVOS DE DOS TERMINALES
REMOTE VIRTUAL INSTRUMENT FOR CHARACTERIZING TWO-TERMINAL DEVICES
Lisandra Pérez Roche1, Jorge L. González Rios2, Ricardo Rodríguez Gómez3, Enrique E. Valdés Zaldívar4
1 Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría (CUJAE) - Centro de Investigaciones en Microelectrónica (CIME),
Cuba, [email protected], Antigua Carretera de Vento, Km 8, Capdevilla, Boyeros, La Habana
2 CUJAE - CIME, Cuba, [email protected]
3 CUJAE - CIME, Cuba, [email protected]
4 CUJAE - CIME, Cuba, [email protected]
RESUMEN: En este trabajo se presenta un instrumento utilizado para la caracterización, de forma remota, de
dispositivos electrónicos de dos terminales. La caracterización consiste en el trazado de curvas Corriente vs
Voltaje (característica I-V). El instrumento consta de un circuito de acondicionamiento, una Tarjeta de Adquisición de Datos (TAD) y un instrumento virtual programado en LabVIEW que se ejecuta en una computadora. El
instrumento virtual programado permite su ejecución y configuración remotamente mediante una interfaz web.
Se incluyó la posibilidad de salvar a la computadora del usuario los resultados de las mediciones como un fichero de texto. Este instrumento permite la realización de prácticas de laboratorio remotas sobre caracterización de
dispositivos de dos terminales, tema de la asignatura Electrónica Analógica I, impartida en el Instituto Superior
Politécnico José Antonio Echeverría (CUJAE).
Palabras Clave: Característica I-V, Dispositivos de dos terminales, Instrumento Virtual Remoto, LabVIEW.
ABSTRACT: This paper presents an instrument for characterizing, with remote access capability, two-terminal
electronic devices. Characterization is performed by plotting Current vs. Voltage curves (I-V characteristic). The
instrument consists of a conditioning circuit, a Data Acquisition Board (DAQ Board) and a virtual instrument programmed in LabVIEW running on a computer. The programmed virtual instrument allows its execution and configuration remotely through a web interface. The possibility to save measurement results at the user´s computer
as a text file was included. This instrument allows realizing remote laboratory practices about two-terminal devices characterization, a topic of Analog Electronics I courses, at Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría (CUJAE).
KeyWords: I-V characteristic, LabVIEW, Remote Virtual Instrument, Two-terminal devices.
1. INTRODUCCIÓN
La característica I-V de un dispositivo es una curva
Corriente vs Voltaje que ofrece las propiedades
circuitales del mismo. Estas curvas se pueden obtener empleando un equipo caracterizador o traza-
dor de cuervas. Con dicho instrumento se pueden
trazar las curvas de diversos dispositivos electrónicos como son resistencias, diferentes tipos de diodos semiconductores y transistores. Estas curvas
describen el comportamiento de los dispositivos en
las diferentes zonas de trabajo y a partir de ellas se
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pueden obtener parámetros eléctricos que permiten
el análisis y diseño de circuitos.
La caracterización de dispositivos electrónicos mediante curvas, parámetros y modelos es uno de los
objetivos de la asignatura Electrónica Analógica I,
que se imparte en las carreras de Ingeniería en
Telecomunicaciones y Electrónica, Ingeniería Automática e Ingeniería Biomédica del Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría (CUJAE).
Dada la situación económica de nuestro país, algunos recursos destinados a la realización de actividades prácticas con los estudiantes están limitados.
Esto es lo que sucede con los equipos de este tipo
en el departamento ya que se cuenta con solo uno
de estos. Además realizar estas medidas con el
caracterizador con que se cuenta puede resultar un
proceso lento y engorroso, debido a la gran cantidad de datos necesarios para la construcción de las
gráficas o la extracción de parámetros. Si a esto se
le suma que este caracterizador es analógico y por
tanto tiene pocas prestaciones en cuanto a presentación y recuperación de la información por lo que
las mediciones deben recogerse de forma manual,
que es una gran cantidad de estudiantes el que lo
emplearía y que está restringido su tiempo de uso
debido al horario docente, este tipo de mediciones
no pueden ser realizadas en la asignatura de forma
masiva a través de prácticas de laboratorio como se
realiza tradicionalmente con otros temas.
La necesidad de brindar una solución económica a
los estudiantes ha impulsado el diseño de herramientas y métodos alternativos que les permitan a
estos desarrollar sus habilidades y reforzar los contenidos aprendidos. Esta situación y el hecho de
que la utilización de las PC (Computadora Personal
o Personal Computer) es cada vez mayor, han impulsado el empleo de la Instrumentación Virtual (IV)
como una de estas herramientas alternativas [1]-[8].
Una de las ventajas de la IV es su utilización en una
red debido a la facilidad que brinda para el desarrollo de aplicaciones en tiempo real fáciles de utilizar y
con acceso remoto dando lugar a la Instrumentación Virtual Remota (IVR).
En la CUJAE y el Centro de Investigaciones en Microelectrónica (CIME) también se ha incrementado
cada vez más el empleo de la IVR como herramienta de apoyo a la docencia en las asignaturas del
departamento [9]-[12].
Este trabajo se desarrolla en el marco del proyecto
Aplicaciones de la Instrumentación Avanzada del
departamento y constituye otro ejemplo de empleo
de la IVR como apoyo al proceso de enseñanza. El
objetivo del mismo es diseñar un caracterizador de
dispositivos de dos terminales que permita el desarrollo de laboratorios remotos sobre este tema en la
asignatura Electrónica Analógica I.
La organización del trabajo es la siguiente: en la
sección 2.1 se describe el principio de funciona-
miento básico empleado para la obtención de los
puntos usados para trazar la característica I-V del
dispositivo, en la sección 2.2 se presenta la arquitectura del sistema, mientras que en las secciones
2.3 y 2.4 se describe el hardware y el software, respectivamente, del diseño realizado, y por último en
la sección 2.5 se presentan algunos de los resultados obtenidos.
2. CONTENIDO
2.1 Caracterización de dispositivos de dos
terminales
La característica I-V de los dispositivos de dos terminales (resistencias y diodos semiconductores) se
obtiene variando la excitación, ya sea de tensión o
de corriente, impuesta al dispositivo de dos terminales y midiendo la corriente que circula por él y la
tensión entre sus terminales como se muestra en el
modelo de la Figura 1. Estas mediciones corresponden los diferentes pares tensión-corriente usados para trazar la gráfica correspondiente.
El caracterizador o trazador de curvas es un equipo
electrónico que puede ser usado para obtener estas
curvas. Basado en el principio de funcionamiento
anterior, el caracterizador contiene además las
fuentes de voltaje y corriente que pueden ser usadas para estimular el dispositivo, así como los bloques que posibilitan la visualización de la información.
El sistema presentado en este trabajo se basa en
este principio de funcionamiento y se desarrolló
mediante el empleo de la IVR.
Figura. 1: Modelo para la obtención de la característica I-V. a) Fuente de tensión variable como excitación.
b) Fuente de corriente variable como excitación
2.2 Arquitectura del sistema
El sistema diseñado es un laboratorio remoto que
utiliza el modelo cliente-servidor. Varios ordenadores clientes conectados en red pueden acceder a un
servidor conectado en dicha red. En la Figura 2 se
muestra la arquitectura básica del sistema diseñado, donde el servidor está formado por una PC con
el instrumento virtual remoto ejecutándose en ella,
que constituye el software del sistema, y un bloque
hardware.
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El sistema presentado permite realizar la caracterización de dispositivos de dos terminales, resistencias, diodos semiconductores y diodos Zéner, mediante una página web. Para esto se desarrolló un
servidor HTTP (Hypertext Transfer Protocol) que
cuenta con diversas páginas. La configuración del
hardware y los experimentos, que constituyen la
obtención de la característica I-V de diversos dispositivos de dos terminales, también se puede realizar
de forma remota. Se incorporó además la posibilidad de que el estudiante pueda salvar los datos de
las mediciones realizadas en su computadora para
luego realizar el procesamiento de las mismas. A
partir de las curvas obtenidas el estudiante debe
calcular los parámetros correspondientes a cada
uno de los dispositivos medidos, parámetros eléctricos que posteriormente usarán en el análisis de
circuitos.
Figura. 2: Arquitectura básica del sistema
2.3 Hardware del sistema
El bloque hardware está formado por una tarjeta de
adquisición de datos, un circuito acondicionador de
señal y componentes electrónicos de dos terminales. La tarjeta atiende el circuito acondicionador de
señal para obtener las curvas I-V en cuatro componentes electrónicos de dos terminales. Cada componente ha sido denominado Dispositivo Bajo Prueba (DUT: Device Under Test).
2.3.1
Tarjeta de Adquisición de Datos NIUSB-6009
La tarjeta empleada es la NI-USB-6009 [13], la cual
se comunica al PC servidor mediante el puerto
USB. De los recursos que presenta esta tarjeta se
emplearon: dos entradas analógicas configuradas
en modo diferencial, una salida analógica, cuatro
salidas digitales, y la referencia de voltaje de 2,5 V.
2.3.2
Circuito acondicionador de señal
La Figura 3 muestra el diagrama en bloques del
circuito acondicionador de señales diseñado para la
medición de las curvas I-V en cuatro componentes
electrónicos de dos terminales, así como su modelo
circuital equivalente. El circuito acondicionador está
formado por los siguientes bloques: un convertidor
corriente-voltaje con entradas flotantes, un amplificador y desplazador de nivel, cuatro conmutadores
analógicos y cuatro seguidores de voltaje.
Figura. 3: Diagrama en bloques del circuito acondicionador de señal [14]
Este circuito se alimenta con una fuente externa
que entrega +15 V y -15 V de corriente directa. Las
entradas analógicas de la tarjeta son empleadas
para adquirir el voltaje entre los terminales del dispositivo y la corriente que circula por él. Mediante la
salida analógica usada se impone al dispositivo el
voltaje de excitación. Las cuatro salidas digitales
son usadas para poder medir más de una dispositivo con el mismo hardware, mediante la programación realizada se activa una de las salidas y de esta
forma queda conectado el dispositivo al que se le
quiere realizar la medición. La referencia de voltaje
es usada para desplazar el rango de voltaje de las
salidas de esta tarjeta, el cual en este caso imposibilita trazar la curva para valores negativos debido a
que su rango de trabajo es de 0 a 5 V.
Las salidas y entradas de la tarjeta entregan y adquieren solo voltajes y en este diseño es necesario
realizar también mediciones de corriente. Un amplificador operacional junto con una resistencia conforma el convertidor corriente-voltaje usado para
imponer el estímulo al dispositivo y adquirir la tensión proporcional a la corriente que circula por el
DUT.
Según las especificaciones de la TAD NI-USB6009, sus salidas analógicas solamente generan
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valores de tensión en el intervalo de 0 Volts a 5 V.
Su empleo, directamente, solo permitiría obtener el
comportamiento de un componente electrónico de
dos terminales en los cuadrantes I y IV del plano IV. Para lograr la generación de valores de voltajes
tanto positivos como negativos y obtener el comportamiento en los cuatro cuadrantes se emplea un
desplazador de nivel. Como desplazador de nivel se
emplea un amplificador de instrumentación. Este se
configura además para que realice una amplificación de este rango para lograr la caracterización de
los diferentes tipos de dispositivos que se desean
medir con esta aplicación.
Variando la tensión de la salida analógica, se varía
la tensión que entrega el amplificador y desplazador
de nivel al convertidor corriente-voltaje. De este
modo se puede variar la magnitud de tensión en el
DUT, obteniendo los puntos (V, I) correspondientes
a su curva voltampérica.
Hasta este punto se logra la obtención de la curva
de un solo DUT. Para lograr la medición de cuatro
dispositivos se adiciona al circuito un bloque de
cuatro conmutadores. Este bloque determina, a
partir de una lógica de selección impuesta por las
salidas digitales, qué DUT queda conectado al convertidor corriente-voltaje. Los conmutadores analógicos empleados están formados por cuatro relés
que presentan una bobina que se acciona con 5 V
de DC, son del tipo simple polo simple tiro y presentan un contacto normalmente abierto. También,
presentan un diodo supresor en paralelo con la
bobina para limitar variaciones de voltaje.
Se incorpora además un bloque de seguidores de
tensión. Estos se utilizan como buffer para que sean
estos y no las salidas digitales de la tarjeta quienes
entreguen la corriente necesaria para activar los
conmutadores.
Este circuito acondicionador de señal permite obtener la curva I-V de cuatro componentes electrónicos
de dos terminales. En el plano I-V, el voltaje está
limitado al intervalo de -6,65 V a +6,65 V, debido a
que la tarjeta da sólo voltajes de 0 a 5 V y luego del
desplazamiento y la amplificación realizados el voltaje estará limitado a este rango, y la corriente puede variar de -50 mA a +50 mA, límite impuesto debido a los amplificadores operacionales los cuales
pueden soportar esta corriente como máximo.
2.4 Software del sistema
El software diseñado se divide en tres capas fundamentales: medición, interfaz web y acceso remoto.
La capa de medición es la encargada de realizar las
mediciones y procesarlas para conformar la característica I-V de los diferentes dispositivos. Esta capa
incluye la atención de los recursos de la TAD. En
dependencia de los datos recibidos de la página
web se envía la señal de excitación a los terminales
del dispositivo seleccionado y se obtienen los valores de voltaje y corriente necesarios para confeccionar la característica voltampérica del mismo.
También se confecciona un archivo compactado
que contiene una imagen de la característica voltampérica y un archivo de texto con los resultados
de las mediciones. Este archivo compactado se
guarda en el servidor y puede ser descargado por el
usuario a través de la página web. El formato del
archivo de texto con las mediciones permite la lectura y edición del mismo mediante programas para el
trabajo con hojas de cálculo (por ejemplo, Microsoft
Excel), lo que facilita el procesamiento posterior de
los datos. La programación de esta capa se realizó
empleando el software LabVIEW 2011.
La interfaz web permite a los usuarios introducir
mediante una página los datos necesarios para las
mediciones y recibir los resultados y realizar la configuración del hardware. Para crear las páginas web
que conforman el instrumento se empleó el software Artisteer 3.0 del 2010, con el apoyo del editor de
texto Notepad++ para realizar modificaciones extras
a los códigos HTML (HyperText Markup Language).
El acceso remoto se encarga de establecer el proceso de intercambio de datos entre la interfaz web y
la capa de medición a través de la red, utilizando la
tecnología CGI. Esta capa también fue programada
utilizando LabVIEW 2011 con el módulo Internet
Developers Toolkit.
2.4.1
Programación de la capa de medición
Los aspectos fundamentales tenidos en cuenta para
la programación de la capa de medición fueron:
 Los límites del barrido de tensión son definidos por el usuario.
 La medición se realizó en dependencia del tipo de dispositivo para optimizar la programación, ya que la curva voltampérica de cada
uno de los dispositivos es diferente [15]. Por
ejemplo para el caso del diodo rectificador se
estableció que el incremento de voltaje de
excitación sea diferente para cada una de las
regiones en las que trabaja el diodo ya que la
relación entre el voltaje y la corriente es no lineal. Cuando está en conducción hay una
gran variación de corriente para pequeñas
variaciones de tensión, por lo que el incremento en este caso es pequeño para no perder datos. Cuando no conduce, como la corriente es prácticamente constante y aproximadamente igual a cero, se usa un incremento mayor para no generar tantos puntos inne-
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cesarios.
 Se estableció un límite de corriente de 50 mA
dado por la máxima corriente con que pueden
trabajar los amplificadores operacionales
usados. Si sucede que la corriente que pasa
por el dispositivo es mayor o igual que la corriente límite, habrá una parada por corriente
en el proceso de medición.
 Se programó el barrido de voltaje a partir de 0
V hacia los positivos y de 0 V hacia los negativos respectivamente debido a que si se hace desde el voltaje inicial hasta el final y el
voltaje inicial hace circular una corriente mayor que la que puede suministrar el amplificador operacional se detiene la medición y no
se obtiene la curva de dicho dispositivo. En
ambos casos se mantiene la parada por corriente. Para todos los dispositivos 0 V implica
0 A por lo que no habrá ningún problema en
comenzar el barrido con este valor.
a) Configuración del hardware
La configuración del hardware comprende la configuración de los recursos de la tarjeta, las características de los experimentos a realizar y el valor de la
resistencia del convertidor corriente-voltaje. La configuración realizada se guarda en un fichero de texto
con el objetivo de que si se quiere cambiar la configuración se pueda hacer directamente en el archivo, con un editor de texto, sin necesidad de cambiar
la programación del VI. El fichero creado es un fichero tabulado para facilitar la posterior lectura de
los parámetros configurados indicando la fila y la
columna a leer.
Para realizar la configuración del hardware el VI
consta de dos pasos fundamentales. En el primero
se organizan los datos de configuración enviados
por el usuario a través de la página, separándose
los datos correspondientes a la tarjeta y los correspondientes a los experimentos en arreglos de elementos, estos últimos a su vez se organizan para
cada uno de los cuatro dispositivos posibles. En el
segundo paso se escribe el fichero correspondiente.
b) Medición
Los datos enviados por el cliente que emplea esta
capa son el nombre del experimento y los voltajes
inicial y final deseados. El nombre del experimento
indica el dispositivo que se conectará al convertidor
corriente-voltaje, y de esta forma a qué dispositivo
se le realizarán las mediciones. Los valores de voltajes determinan el intervalo de medición deseado
por el usuario.
El diagrama de flujo de este VI se muestra en la
Figura 5. Lo primero que se realiza es un trabajo
con los valores de entrada, de forma tal que el
nombre del experimento se transforma en un número que permitirá la selección de la fila con las características del experimento correspondiente dentro
del fichero de configuración. Este número a su vez,
convertido en un número binario, es usado para el
control de las salidas digitales que permitirán la
conexión de uno u otro dispositivo. Mientras que el
trabajo con los valores de voltajes consiste en acotarlos al límite que puede suministrar la tarjeta si
están por encima de este. A continuación se abre el
fichero de configuración y se leen los recursos de la
TAD a emplear y las características del experimento. Luego se obtiene la curva I-V del dispositivo
correspondiente usando un VI programado dentro
de este (subVI) cuyo funcionamiento se explica más
adelante con detalle dada la importancia del mismo
dentro del proceso de medición. Por último se genera el fichero comprimido, al cual se le añade una
imagen de la curva obtenida y un archivo de texto
con los valores de la medición realizada. Se almacena en el PC servidor para que posteriormente el
usuario los descargue desde su computadora.
Figura. 5: Diagrama de flujo del VI principal del
proceso de medición
La Figura 6 muestra el flujo de datos que sigue el
subVI usado para la obtención de la curva I-V. Primeramente se inicializan los recursos de la tarjeta a
partir de los datos obtenidos del fichero de configuración. Luego se conecta el DUT correspondiente al
convertidor corriente-voltaje, mediante la actualización de las salidas digitales con el código correspondiente. En dependencia del tipo de DUT corren
diferentes subrutinas para generar los diferentes
valores de voltajes de excitación. Se separan los
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valores de voltajes en positivos y negativos para
realizar el barrido a partir de 0 V. Mediante una estructura secuencial apilada de dos pasos se obtienen, en el primer paso, las mediciones de voltaje y
corriente para los valores de excitación positivos y
en el segundo para los negativos. El proceso de
excitación y adquisición del dispositivo se basa en
repetir de forma continua la ejecución de un subVI,
programado para obtener un par voltaje-corriente
para un valor de estímulo. Este subVI se ejecutará
hasta que se llegue al último valor de estímulo o
hasta que la corriente medida supere la condición
de parada por corriente (50 mA). Luego se concatenan los valores medidos para obtener la curva desde el voltaje inicial hasta el final. Para finalizar se
cierran las tareas correspondientes a los recursos
de la tarjeta empleados para que estos puedan ser
usados por otra aplicación.
Figura. 7: Página de acceso al caracterizador de
dispositivos de dos terminales
En esta página se muestra el formulario a llenar por
el usuario con los datos de entrada para realizar las
mediciones. Los datos de entrada son el experimento que se desea realizar y el intervalo de medición
determinado por el voltaje inicial y final. Se muestran los pasos para usar el instrumento, además de
dos botones uno para indicar el inicio del proceso
de medición y otro para indicar que se desea salvar
la medición antes realizada.
2.4.3
Figura. 6: Diagrama de flujo del subVI usado para
la obtención de la curva I-V
2.4.2
Interfaz web
El sitio web diseñado está formado por dos páginas
fundamentales: una con el formulario necesario
para realizar la caracterización de dispositivos de
dos terminales, es decir el caracterizador, y la otra
para acceder al formulario para la configuración del
hardware. La Figura 7 muestra la página utilizada
para acceder al caracterizador.
Programación de la capa de acceso
remoto
Como primer paso de esta capa se produce la escucha de peticiones, donde se espera hasta la llegada de una petición válida. El servidor detecta la
solicitud de servicio y lee los datos provenientes de
la página teniendo en cuenta la forma en que fueron
enviados. Los datos recibidos son los pares `nombre´ y `valor´ en HTML que en LabVIEW son las
llamadas key (llaves) y sus valores correspondientes. El primer valor que se extrae del arreglo es la
llave nombrada command, que indica la acción
especificada por el usuario mediante la petición
CGI. Una vez seleccionada la acción se extraen los
restantes valores y se envían al VI que se ejecutará
en cada caso. Por último se confecciona la página
web de respuesta a partir del código HTML de la
página con la que se hizo la petición y de los datos
devueltos por el VI ejecutado. Las opciones que
puede ejecutar el usuario son una por defecto que
se ejecuta cada vez que el usuario pide acceder a
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determinada página web. Otra opción es la que se
ejecuta cuando se desea realizar la adquisición de
la curva. Una tercera opción es en la que se lleva a
cabo el almacenamiento de los datos en la PC del
usuario. Cuando el usuario desea realizar la configuración del hardware del sistema este debe primero identificarse para comprobar si tiene permiso de
realizar esta acción, para esto se ejecuta una opción que se usa para verificar si la información correspondiente al usuario y su contraseña se encuentran dentro de los registrados en el servidor. Una
vez llevada a cabo la autenticación el usuario puede
realizar la configuración del hardware, para lo cual
se ejecuta una última opción.
2.5 Resultados y discusión
La validación del sistema se llevó a cabo desde el
mismo servidor y desde otra computadora cliente,
realizando la medición de diferentes dispositivos
con el objetivo de comparar estos valores con los
valores teóricos. La validación desde el mismo servidor se realizó para probar primeramente el correcto funcionamiento del sistema independientemente
del comportamiento de la red. Luego se realizó la
comprobación del sistema de forma remota a través
de la red de la universidad. En ambos casos se
obtuvieron resultados satisfactorios y en ningún
caso hubo problemas de comunicación.
El proceso de validación consistió en realizar 100
mediciones cada un minuto, una medición en este
caso consistió en adquirir la curva voltampérica de
cuatro DUT. Las gráficas mostradas en la Figura 9
constituyen una muestra de una de las mediciones
realizadas donde se muestra la curva de una resistencia de 510 Ω de valor nominal con una tolerancia
de un 1%; un diodo semiconductor de silicio con un
voltaje umbral de 0,6 V; un diodo Schottky con un
voltaje de umbral de 0,1 V y el diodo Zéner 1N5992
con un voltaje Zéner de 4,7 V [16].
a)
b)
c)
d)
Figura. 9: Gráficas obtenidas en el proceso de validación del sistema. (a) Resistencia (b) Diodo rectificador de silicio (c) Diodo Zéner (d) Diodo rectificador
Schottky
Los resultados de las mediciones fueron procesados empleando un asistente matemático (MATLAB,
MATrix LABoratory), debido al gran número de datos obtenidos y para automatizar el procedimiento.
Además, se procesaron los resultados de una sola
medición empleando un programa para el trabajo
con hojas de cálculo (Microsoft Excel), para comprobar otra alternativa que puede ser más asequible
a los estudiantes. De ambas maneras se obtuvieron
distintos parámetros correspondientes a cada uno
de los dispositivos.
El parámetro obtenido para el caso de la resistencia
es su valor (R), el cual se obtiene como el inverso
de la pendiente de la recta que mejor se ajusta a los
datos experimentales.
Para el caso del diodo rectificador, del cual se presentaron los resultados de sólo uno de ellos (diodo
rectificador de silicio) debido a que el procesamiento es el mismo en ambos casos, se obtuvo su voltaje umbral en directa (VTD), que es el voltaje con el
cual un diodo con polarización directa comienza a
aumentar su corriente y se dice que está conduciendo. Se obtuvo además su coeficiente de emisión (η) y su corriente de saturación inversa (IS), los
cuales se calculan a partir de la ecuación ecuación
de Shockley [17].
En el caso del diodo Zéner además de su voltaje
umbral en directa (VTD) se obtuvo su voltaje de ruptura (VZ) y su resistencia de conducción inversa
(RZ). Ambos parámetros fueron determinados a una
corriente de prueba IZT = 5 mA, con procedimientos
análogos a los especificados por el fabricante en el
datasheet [16].
En la Tabla I se muestran los resultados obtenidos
para cada uno de estos dispositivos, de los cuales
se calculó su valor medio y su desviación estándar.
El valor de la resistencia a partir de su código de
colores es de 510 Ω lo que da un error relativo máximo de 0,68 %. Los valores máximo y mínimo obtenidos se encuentran dentro del rango de tolerancia de la resistencia por tanto son valores válidos.
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Para el caso del diodo rectificador el valor del voltaje de umbral debe dar en el orden de los 0,6 V, en la
Tabla I se observa que el valor medio calculado
está en ese orden. Mientras que el valor de IS debe
dar en el orden de 10-6 a 10-15 A [17] y el valor de η
varía entre 1 y 2 [17]. En la Tabla I se observa que
estos valores dieron cercanos a los valores esperados, incluso los valores máximo y mínimo se encuentran dentro del rango esperado.
Para el caso del diodo Zéner el valor de VZT debe
ser de 4,7 V [16], por lo que de las mediciones realizadas se obtiene un error máximo de 0,08 %. El
valor de RZ obtenido en las mediciones es cercano
al esperado, de 10 Ω según el datasheet [16].
Tabla I: Valores obtenidos durante la validación
del sistema
Dispositivo
Resistencia
Parámetro
R (Ω)
506,51±0,10
Diodo Rectificador
Diodo Zéner
VTD (V)
η
0,65
1,9±0,01
9,05±0,80
VTD (V)
VZ (V)
RZ (Ω)
0,75
4,704±0,110
10,621±0,022
IS (nA)
3. CONCLUSIONES
En este trabajo se presentó el diseño y validación
experimental de un caracterizador de dispositivos
de dos terminales, con posibilidad de acceso remoto a través de páginas web. El caracterizador fue
implementado utilizando instrumentación virtual
remota.
Una de las principales facilidades incorporadas al
instrumento es que el usuario podrá salvar los datos
obtenidos.
Para aumentar la eficiencia del proceso de medición, se implementaron algoritmos basados en las
particularidades fundamentales de la característica
I-V de los distintos tipos de dispositivos.
La programación modular del instrumento virtual y
la metodología utilizada para la caracterización
permiten incorporar nuevas prácticas de laboratorio,
como por ejemplo, sobre la caracterización de transistores de unión bipolar (BJT) y de efecto de campo (FET).
4. AGRADECIMIENTOS
Los autores desean agradecer la contribución brindada por la Dra. Manuela González Vega y el Dr.
Juan Carlos Viera Pérez de la Universidad de Oviedo mediante la Resolución del 27 de Marzo de 2012
en el marco de los convenios de cooperación con
instituciones Iberoamericanas. También se debe
destacar la colaboración proporcionada por el proyecto REDSENSA (510AC0408) del programa CYTED y en particular el apoyo de la coordinadora del
proyecto, la Dra. Cecilia Jiménez Jorquera.
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Education Societies (IFEES), 2013.
9. Coto, H.: “Diseño de herramientas para la
implementación de prácticas de laboratorio de Electrónica Digital utilizando instrumentación virtual re-
“V Simposio Internacional de Electrónica: diseño, aplicaciones, técnicas avanzadas y retos actuales”
Pérez, L.; González, J.L., Rodríguez, R., Valdés E.E. | “INSTRUMENTO VIRTUAL REMOTO PARA LA CARACTERIZACIÓN DE DISPOSITIVOS
DE DOS TERMINALES”
mota”, Trabajo de diploma, Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría, Ciudad de La Habana, 2006.
10. Nápoles, F.E.: “Diseño de un servidor de
prácticas de Electrónica Digital utilizando instrumentación virtual remota”. Trabajo de diploma, Instituto
Superior Politécnico José Antonio Echeverría, Ciudad de La Habana, 2010.
11. Pascual, C. y E. E. Valdés: Aplicación de la
Instrumentación Virtual Remota en la Educación a
distancia, Centro de Investigaciones en Microelectrónica (CIME). Noviembre, 2003.
12. Bistel, R. A. y A. Echevarría: “Diseño de
una herramienta de control para un módulo de instrumentos programables de laboratorio”, Revista
Estudiantil Nacional de Ingeniería y Arquitectura, pp.
33 – 40, 2011.
13. User Guide and Specifications: NI-USB6008/6009, National Instruments Corporation, Austin, Texas, USA, 2004-2007.
14. Valdés Zaldivar, E.E.: Laboratorio remoto
de bajo costo para práctica de laboratorio de electrónica analógica. Centro de Investigaciones en
Microelectrónica, Ciudad de La Habana, diciembre
2012.
15. Pérez, L.: “Desarrollo de laboratorios remotos
de Electrónica Analógica y Circuitos Eléctricos”.
Trabajo de diploma, Instituto Superior Politécnico
José Antonio Echeverría, La Habana, 2014.
16. Silicon 500mW Zéner Diodes, 1N5985 thru
1N6031 Datasheet, Microsemi Corp.
17. Rashid, M. H.: Circuitos Microelectrónicos.
Análisis y diseño, International Thomson, Florida,
2000.
6. SÍNTESIS CURRICULARES DE LOS AUTORES
asignaturas como Electrónica Analógica e Instrumentación
Virtual. Sus principales intereses de trabajo radican en el
desarrollo de aplicaciones de la Instrumentación Virtual y la
Instrumentación Virtual Remota, tema sobre el cual desarrollo su
tesis de graduación.
Jorge Luis González Rios, CIME-CUJAE, Antigua Carretera de
Vento, Km 8, Capdevila, Boyeros, La Habana, Cuba. Graduado
en el 2006 de Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica
en la CUJAE, Habana, Cuba. Obtuvo el título de Máster en
Diseño de Sistemas Electrónicos del CIME en 2009. Su trabajo
está enfocado al diseño de circuitos microelectrónicos
analógicos y de radiofrecuencia, tema sobre el que ha realizado
estancias de investigación en el Instituto de Microelectrónica de
Sevilla (IMSE), España, y en el Grupo de Microelectrónica de la
Universidad Federal de Itajubá (UNIFEI), Brasil. Trabaja además
en el desarrollo de aplicaciones de Instrumentación Virtual e
Instrumentación Virtual Remota.
Ricardo Rodríguez Gómez. CIME-CUJAE, Antigua Carretera
de Vento, Km 8, Capdevila, Boyeros, La Habana, Cuba.
Graduado en el año 2010 de Ingeniero Automático en la CUJAE,
Habana, Cuba. Es profesor de la Facultad de Ingeniería
Eléctrica de la CUJAE donde ha impartido las asignaturas
Electrónica Analógica II y III e Instrumentación Virtual, en las
carreras de Ingeniería Automática e Ingeniería en
Telecomunicaciones y Electrónica. Actualmente es alumno en la
Maestría Diseño de Sistemas Electrónicos del CIME. Su trabajo
está enfocado al diseño de sistemas de medición y de
instrumentación.
Enrique E. Valdés Zaldívar. CIME-CUJAE, Antigua
Carretera de Vento, Km 8, Capdevila, Boyeros, La Habana,
Cuba. Graduado en 1992 de Ingeniería en Equipos y Componentes Electrónicos en la CUJAE, Habana, Cuba. Alcanzó el
grado de Doctor en Ingeniería Electrónica en 1998 (Instituto de
Microelectrónica de Barcelona, Universidad Autónoma de Barcelona, España). Es profesor Titular del Departamento Docente del
Centro de Investigaciones en Microelectrónica de la CUJAE.
Imparte docencia de pregrado y postgrado en los campos relacionados con la electrónica, los circuitos eléctricos y la instrumentación virtual. En la investigación trabaja las líneas relacionadas con la instrumentación asociada a sensores, la instrumentación virtual y la instrumentación virtual remota. Ha realizado estancias de investigación en el Instituto de Microelectrónica
de Barcelona (IMB), España, y en el Laboratorio de Investigación en baterías del Departamento de Ingeniería Eléctrica y
Electrónica de la Universidad de Oviedo, España. Actualmente
se desempeña como vice-decano de la Facultad de Eléctrica de
la CUJAE.
Lisandra Pérez Roche. CIME-CUJAE, Antigua Carretera de
Vento, Km 8, Capdevila, Boyeros, La Habana, Cuba. Graduada
en el año 2014 de Ingeniería en Telecomunicaciones y
Electrónica en el Instituto Politécnico José Antonio Echeverría
(CUJAE), Habana, Cuba. Actualmente es profesora de la
Facultad de Ingeniería Eléctrica de la CUJAE y ha impartido
“V Simposio Internacional de Electrónica: diseño, aplicaciones, técnicas avanzadas y retos actuales”