Cómo medir semiconductores con el téster (de aguja)
danielperez.webcindario.com  Ing. Daniel Pérez LW1ECP  danyperez1 { arrroba } yahoo.com.ar

ELECTRÓNICA PRÁCTICA 156 y 158, Marzo y Mayo 1989

No se requiere instrumental especial para hacer comprobaciones sencillas en componentes con junturas. Conocer cómo funciona el óhmetro de un téster de aguja permitirá determinar estado, polaridad, e incluso "adivinar" las tripas de algunos semiconductores desconocidos.

 

El óhmetro

La sección de resistencia de todos los tésters de aguja pasivos puede reducirse al circuito súper simplificado de la fig. 1

 

 

El instrumento del téster no está conectado exactamente como en la figura, más bien es un microamperímetro en serie con el resistor, y además está el potenciómetro que varía su sensibilidad para lograr el ajuste de cero ohm: lo que se dibujó es un circuito equivalente (con un voltímetro de R infinita), más adecuado para la explicación.

Vp es aplicada al divisor de tensión Rx/Rm. Tres situaciones fáciles de analizar son:

1) para Rx = infinito -> Vm = 0 ; aguja en reposo

2) para Rx = 0 -> Vm = Vp ; si se ajustó la perilla de "cero", deflexiona a fondo

3) para Rx = Rm -> Vm = 50% de Vp; aguja en centro de la escala

Un óhmetro funciona bien como "medidor de ohms" solamente cuando Rx cumple la ley de Ohm. Qué significa esto? Que Rx no dependa de la corriente que la atraviese. Esto se da en los resistores comunes (salvo la variación de resistencia producida por la disipación). Sin embargo, al medir una juntura en directa, los ohms leídos varían mucho con el rango, porque varía la corriente aplicada (cada escala tiene una Rm distinta). En cambio, la tensión desarrollada no es linealmente proporcional a la corriente, sino más bien tiende a permanecer constante.

Esto obliga a interpretar de una forma distinta la lectura del óhmetro para que tenga utilidad:

 

Tipo de juntura en directa conectada en A-B:

Vx

% de deflexión que falta para la total, téster de 2 pilas

% de deflexión que falta para la total, téster de 1 pila

Estos valores son típicos al usar el rango:

cortocircuito

0V

0%

0%

cualquiera

diodo de germanio

0,15...0,3

5...10

10...20

x100 ó x1k

diodo Schottky

0,3...0,5

10...17

20...33

x100 ó x1k

diodo silicio

0,45...0,7

15...23

30...47

x100 ó x1k

LED infrarrojo

1,0…1,2

33…40

67...80

x1

LED rojo

1,5…1,7

50…57

no medible

x1

LED verde o amar

1,8…2,1

60…70

no medible

x1

circuito abierto

3 ó 1,5

100

100

cualquiera

 

Como se ve, no se menciona a la resistencia indicada por la aguja ya que carece de sentido al medir junturas. Como la tensión de la juntura varía poco con la corriente, la aguja se mueve poco al cambiar rangos, unos 100mV al pasar de x1k a x100, o de x100 a x10 (en una juntura perfecta, sin resistencia de contacto, sería de 60mV). La corriente que circula al unir las puntas es Vp/Rm, y cuando hay junturas intercaladas es (Vp-Vx)/Rm. Si se dispone de suficiente parsimonia como para escribir en la escala del téster, todo lo dicho se puede expresar como en la fig. 2:

Este es un téster imaginario que tiene 2 pilas y Rm=60 ohm en x1. Para los rangos siguientes, la corriente circulante es proporcionalmente menor que lo indicado en la escala de corriente nueva. Si Ud. aún no está convencido de eso que "las junturas no cumplen Ohm", pruebe medir dos LED en serie en x1k (si el téster es de 1 pila, use diodos de Si comunes); la R leída NO será la suma de las individuales, pero podemos predecir que la tensión en la escala nueva será bastante cercana al doble.

Con respecto a la polaridad de las puntas, parece que en los tésters japoneses la punta roja es la que presenta polaridad negativa en las escalas de resistencia, y que en los americanos se mantiene la polaridad. Basta con hacer la prueba con un diodo conocido para asegurarse: si para polarizarlo en directa hay que conectar el cátodo a la punta roja, se trata del primer caso.

Nota: en este artículo, al hablar de tésters de 1 ó 2 pilas, no se cuenta la eventual batería de 15 ó 22,5V para x10k. Salvo que se mencione explícitamente el rango x10k, siempre estaremos hablando de los rangos x1 a x1k.

Para generalizar, llamaremos rango "x1" al que posea una resistencia a mitad de escala de entre 20 y 100 ohm. Esta salvedad es necesaria, por ejemplo, para el Hansen FN: el rango más bajo se llama "x10", pero como en la carátula está escrito "3 ohm" en el centro de la escala de ohms (o sea Rm = 30 ohm) se lo puede tratar corno el x1 de otras marcas. Del mismo modo, su escala x100k equivale a la x10k de la mayoría que tengan x10k.

 

 

DIODOS DE SILICIO

No hay mucho para agregar sobre los diodos de silicio en directa. Se notará que los rectificadores tienen una caída algo menor que los de baja señal. Los Schottky o diodos de portadores activos (hot carrier) son junturas especiales, silicio con metal, con menor caída que los demás silicios. Los estabistores son dos, tres, o cuatro junturas en serie en un mismo encapsulado, cumplen la función de zéners de 1,4 2,1 ó 2,8V respectivamente, pero sin olvidar al medirlos que se los debe polarizar en directa, al revés de los zéner.

En inversa, la cosa es sencilla para los diodos de silicio de baja señal (1N914, 4148, etc.), rectificadores, varicaps, PIN atenuadores y PIN de conmutación de banda: la aguja del óhmetro no se mueve aún en x1k. Los diac darán infinito en ambas direcciones por su alta tensión de ruptura (32V). Los "cigarros" de alta tensión constan de muchas junturas en serie y por ello la caída en directa es bastante alta: en el conocido TV18 anda por 250V. Es normal que los rectificadores Schottky acusen resistencia inversa medible. Pero en los Schottky de baja señal debe ser muy alta (varias veces arruiné diodos HP2900 misteriosamente antes de alimentar el circuito, tal vez por descarga estática o recalentamiento, dando muy baja eficiencia de rectificación; el óhmetro acusó muy baja R en inversa).

Los zéner indican como los diodos comunes, incluso en inversa, excepto los de menos de 5V: en éstos el codo es tan suave que ya da la impresión de fugas aún con algunos volt debajo de la tensión nominal. Los tésters con rango x10k traen además una batería de 22,5V (si la pudo conseguir, dígame dónde y a cuánto) en serie con las pilas de 1,5V dando un total de 25,5V. Este rango es por lo tanto ideal para medir diodos zéner. Por ejemplo, un zéner de 8,5V (conectado en inversa, desde luego) hará que falte 33,3% para llegar al fondo de escala. Debe tenerse en cuenta la baja corriente suministrada en este rango (para el téster del ejemplo sería Vp/Rm = 25,5V / 600k = 42,5uA en corto) que resulta insuficiente para poder medir adecuadamente los zéner de menos de 5V (ver "Semiconductores con Trampa", EG #88).

Los puentes rectificadores se miden diodo por diodo sin que molesten los demás: si hay un solo diodo fallado, dará lectura de corto o abierto como si estuviese suelto, ya que al menos una de las demás junturas estará en inversa, aislando los otros tres diodos de la medición. Un puente sin cortos, en las dos patas de alterna da abierto en ambos sentidos, y dos diodos en serie en las de continua.

Cuando una juntura cualquiera presenta un cortocircuito franco es indicio de que ocurrió un exceso de disipación, lo que produce una degradación metalúrgica en el material semiconductor. Pero cuando la falla es un circuito abierto en ambos sentidos, es probable que primero se haya producido un cortocircuito por disipación, y que luego este corto haya permitido la circulación de una corriente muy alta, produciendo la fusión de los hilos de conexión a las patas, al estilo de un fusible. Pero si la corriente de corto en esa parte del circuito es baja, una juntura abierta es atribuible a un hilo de conexión desprendido por defecto de fabricación, golpes, o repetidos ciclos de temperatura. Una temperatura excesiva y prolongada en los primitivos TIP cuya superficie inferior era una placa metálica en su totalidad, hace que la cubierta plástica se despegue de la placa, cortando los hilos que van al chip, antes que se llegue a producir el cortocircuito en las junturas.

 

 

DIODOS DE GERMANIO

Estos son más problemáticos: la corriente inversa alcanza a mover la aguja en x1k, y entre modelos varía mucho, a diferencia de la tensión en directa. De todos modos, con mi téster de 2 pilas, la mayoría de los germanios del cajón dan más de 1 megohm en x1k, y sólo unos pocos se acercaban a 500k. Con un téster de 1 pila los valores hubiesen sido de 500k y 250k respectivamente (más adelante aclararemos). Pero más bien conviene estimar el máximo admisible de fugas a ojímetro según el circuito donde será empleado: el detector de una radio de AM no es crítico en este aspecto por las bajas impedancias a que está conectado, pero en una punta detectora de RF que entrega su salida a un voltímetro electrónico de 10 megohm, la corriente inversa es decisiva.

Tampoco en inversa tiene mucho sentido hablar de resistencia de un diodo, ya que tampoco en esta condición se cumple Ohm: la corriente tiende a permanecer constante frente a la tensión. Si se lee 1 megohm de "resistencia inversa" en un téster de 3V, el mismo diodo dará una lectura, al menos en teoría, de 500k en otro de 1,5V. Sin embargo, en ambos casos la corriente en las puntas es de 3uA reivindicando nuevamente a la escala de corriente agregada a mano. En rigor, la corriente inversa de un diodo real varía con la tensión, pero suavemente: si tenemos 1,5uA con 1,5V, cabe esperar unos 2uA con 3V, no llega a ser el doble.

La corriente aumentará un poco si llega el calor de los dedos al diodo, y ciertos modelos también son algo sensibles a la luz. El aumento de corriente por calentamiento es reversible (vuelve al valor inicial al enfriarse) salvo cuando se demora demasiado al soldarlo.

Es casi seguro que la totalidad de los germanios acumulados en el cajón de un reparador o experimentador sean del tipo con "bigote de gato", proveniente de desarme de detectores o plaquetas de computadora (de los años '60 y '70). Esta construcción provee buen comportamiento en RF (baja capacitancia) pero una resistencia de contacto relativamente alta. Por ello, al medirlos en directa con la alta corriente de la escala x1 no debe extrañar que la caída sea mayor que la de un silicio.

 

 

TRANSISTORES DE SILICIO

Reiteremos que no se puede "construir" un transistor con dos diodos sueltos, pero cada juntura (B-C y B-E) sí se comporta como un diodo cuando se la polariza sola. En un NPN, la base es la unión de los ánodos. Es fácil de recordar: si la base es P, hay que hacerla Positiva (ánodo) contra alguna de las otras patas para hacerla conducir. Por lo tanto vale todo lo dicho para los diodos, pero destacando que la tensión de ruptura B-E está entre unos 7 y 18V, rango sorprendentemente chico si se considera que comprende tanto transistores chiquitos de baja tensión (BC548), como grandotes de alta (BU208). Por lo tanto, se puede medir como un zéner con el rango x10k.

Al medir C-E se debería tener un diodo en directa en serie con otro en inversa (lo cual da infinito) con cualquier polaridad. Esto se cumple con los transistores chicos, pero con los de potencia puede notarse una pequeña fuga (tipo diodo de germanio) cuando el colector es polarizado como en uso normal (positivo si es NPN). En efecto, supongamos que la corriente de fugas C-B no llegue a mover la aguja en x1k al medir esta juntura sola; al polarizar C-E con el óhmetro con la polaridad de funcionamiento normal, en cambio, el transistor funcionará no como dos diodos sino como transistor, o sea que la corriente aparecerá multiplicada por el beta y puede llegar a ser detectable. De todos modos, todos los 2N3055 y TIP36 nuevos de mi cajón dan infinito en C-E en ambos sentidos. Si algún usado presenta fugas mucho mayores que un diodo de Ge, es sospechoso de haber sido abusado.

Varios técnicos aseguran que los BU208 que exhiben fugas C-E medibles en x10k pero dan bien en el resto de las mediciones, no andan correctamente en circuito.

Ahora las excepciones. Ciertos transistores de alta frecuencia (BF167, 173, 196 al 199, 451, 2A86, 87) tienen una juntura adicional que reduce la capacitancia de realimentación C-B, al estilo grilla pantalla. Desde afuera, esto se manifiesta como un diodo más, en C-E, que conduce sólo con polaridad contraria a la normal (fig. 3).

El BU208D también tiene un diodo en inversa en C-E pero por otras razones (es el de recuperación o eficiencia paralelo).

No conforme con ello, este señor presenta otra maña para despistar aún más al reparador: un resistor de unos 20 ohm en B-E. ¿Cómo reacciona el óhmetro ante este agregado? Si la corriente suministrada por el óhmetro es baja, como para que al pasar por Rbe no llegue a caer 0,7V, entonces no llega a polarizarse el transistor propiamente dicho, y la aguja indica el valor de Rbe en ambos sentidos. Pero si ocurre lo contrario, en directa se leerá una juntura de silicio, y en inversa seguiremos teniendo Rbe. Es la misma consideración de cuando se miden junturas sin desconectarlas del circuito.

Ya tenemos los datos para identificar las patas y probar los transistores más comunes. Se comienza por determinar la base: es la única pata que contra las otras da infinito estando unida a una punta del téster, y una juntura en directa con la otra. Es imposible discriminar colector y emisor con estas mediciones pues desarrollan tensiones en directa muy similares. Si el téster tiene x10k, el trámite es sencillo: la juntura que acusa tensión de ruptura en inversa es la de emisor. Si no tiene x10k, más adelante veremos una alternativa.

Para medir el beta estático (hFE) con un téster no preparado para ello, puede recurrirse al siguiente truco:

1) Se une colector con base, y se lo polariza en directa con el óhmetro: éste indicará una juntura.

2) Si en estas condiciones es posible forzarlo a indicar cero ohm con la perilla correspondiente, entonces se podrá continuar.

3) Agregar un resistor Rb conveniente en serie con la base, y leer la Rx indicada.

4) El beta es aproximadamente Rb/Rx.

El método es tosco, no se puede elegir Vce y es algo baja si el téster es de 1 pila, y requiere que Vbe no varíe con la corriente. De todos modos permite una exactitud suficiente para los fines prácticos. La corriente de prueba puede variarse actuando sobre la llave de escalas y Rb.

Es sabido que todo transistor puede hacerse funcionar intercambiando las patas de colector y emisor, pero con un beta bajísimo (y baja tensión de ruptura). Esto nos da la pista que faltaba para averiguar C y E: medir el beta suponiendo que una de las patas es el colector, y volver a medirlo con las patas cambiadas. Es correcta la suposición que arroja mayor beta.

En resumen, para la mayoría de los bipolares de baja señal, la prueba mínima es:

1) verificar conducción en B-E en directa.

2) ídem con B-C.

3) infinito en C-E en ambos sentidos.

Los semiconductores, a diferencia de las válvulas, son "binarios": o están buenos o están malos. Muy pocas veces se escapará de esta prueba algún transistor defectuoso, como el de la fig. 4, que daba bien en las pruebas estáticas, pero se negaba a funcionar en circuito por tener un beta bajísimo:

 

 

2SC458 malo

otro 2SC458

Rango usado

Rx

hFE

Rx

hFE

x1k

20k

5

inmedible

inmedible

x100

8k

12,5

700 ohm

140

X10

4,5k

22

600 ohm

170

X1

5k

20

500 ohm

180

Figura 4. El hFE se calculó con el método presentado en esto nota

 

¿Y los darlington? El 2A250 es mansito para analizar: simplemente se encontrará que la caída B-E es el doble que en un transistor común, y el resto de las mediciones no varía. Pero los darlington de potencia están adornados con varios componentes extra que tornan poco significativa la lectura del óhmetro (volvamos a la figura 3). Por ejemplo, usando x1 se encuentran dos junturas en directa en serie entre B-E. Pero en x1k parece que hubiera una sola.

 

 

 

 

JFETs

En un FET de juntura (JFET) con disposición de patas desconocidas, la compuerta (G) se localiza igual que la base de un bipolar: es la pata respecto de la cual las otras dos dan iguales lecturas. Si se acusa conducción con la punta positiva (con tensión positiva) conectada a la compuerta, el JFET es de canal N, caso contrario es de canal P. Conviene usar únicamente el rango x1k. Las lecturas G-D o G-S son idénticas a las de un diodo sin fugas medibles.

Lamentablemente, en la mayoría de los JFET no es posible determinar drenaje y surtidor (fuente) porque son simétricos. El experimentador travieso pregunta:

¿entonces se puede hacer funcionar en circuito de cualquiera de las dos maneras? Por las dudas, conviene respetar las conexiones que da el fabricante.

Una prueba interesante es medir qué es lo que hay entre surtidor y drenaje, sin conectar la compuerta: da cualquier cosa, porque no está definida la tensión que hay en compuerta. En efecto: la juntura G-S en inversa es un capacitor chiquito, una decena de pF, pero con una resistencia de fuga en paralelo enorme, muchos miles de megohm. Entonces, toda carga eléctrica que entre a la compuerta tarda en descargarse. Cuando se está midiendo S-D es probable que aún haya en compuerta parte de la tensión con que estuviera cargada antes de la medición, influyendo en la lectura ¿De dónde vino esta tensión? De la electricidad estática, o del zumbido en nuestro cuerpo captado capacitivamente desde la red. Si Vgs en el momento de medir es cero, p. ej. uniendo G con S, se podrá leer unos cientos de ohm (usar x1k o x100 para que Vds. sea inferior a 0,5V; caso contrario el FET se pone a funcionar como generador de corriente constante). De paso, sepamos que la inversa de esta resistencia es aproximadamente la transconductancia. Pero si hay una tensión negativa mayor que la de corte (Vp, pinchoff) se leerá infinito.

Una forma de producir Vgs=0 es, estando el óhmetro conectado al FET con cocodrilos, tocar el del negativo con un dedo y la compuerta con otro. Para verificar el corte, aplicar una batería de 9V con el negativo a la compuerta (preferiblemente en serie con 10k o más por si se mete la pata con la polaridad) y el positivo al surtidor: -9V alcanzan para cortar cualquier FET. Si las fugas de compuerta son bajas, tardará por lo menos algunos segundos en volver a conducir al retirar la batería, sin tocar la compuerta.

Para medir en forma aproximada la tensión de corte, conectar el (+) de una batería de 9V al drenaje y el (-) a la compuerta (para un canal N); leer Vp con el téster como voltímetro entre surtidor y el (-).

Para experimentar con la estática: medir Rds con compuerta sin conexión, y acercar y alejar una regla plástica cargada con frotamiento. Los JFET no son más susceptibles a daños por estática que los bipolares: si reciben una carga en directa, simplemente la recortan en 0,7V; y si es en inversa, actúan como zéners. Pero sí es necesario soldarlos con un soldador puesto a tierra, o por lo menos momentáneamente desenchufado. Más de una vez se me degradaron FETs misteriosamente, tal vez por no seguir estas medidas. La degradación se manifiesta invariablemente como fugas en G-S o G-D.

 

 

 

MOSFETS

Los MOS más comunes para el técnico y el radioaficionado son los de doble compuerta, con canal N permanente (llamados de depleción, vaciamiento o empobrecimiento). Cada compuerta da infinito contra cualquier otra pata en ambas polaridades. La falta más frecuente es fugas medibles en alguna compuerta, lo que indica que se perforó el óxido del MOS, o bien sufrieron excesiva corriente los zéner de protección. Al medir entre una compuerta y surtidor en el rango x10k se leerá en la escala agregada de Vx la tensión de ruptura de un zéner (de aproximadamente 12V) más la directa del otro, en ambas polaridades. Si las compuertas no tienen protección, se seguirá leyendo infinito; los 25,5V del rango x10k no llegan a ser peligrosos para estos otros MOSFET.

(Nota de la revisión: la mayoría de los MOS de potencia, popularizados después de publicada esta nota, especifican una tensión de compuerta máxima de +20/-20V).

Es fácil determinar las patas de surtidor y drenaje: por construcción, hay una juntura en paralelo con el canal, que está en inversa en funcionamiento normal (drenaje positivo). Se comienza por determinar las compuertas. Luego se toma como surtidor una de las otras patas, aplicándole la punta negativa, y la positiva al supuesto drenaje; se leerá algunos cientos de ohms con las compuertas descargadas. Luego, se aplica -9V a cualquier compuerta respecto del "surtidor" para cortar el canal (recordemos que el MOS de doble compuerta equivale a dos en serie). Si el téster da infinito, la suposición es correcta. Si no lo es, se leerá la tensión de una juntura en directa. En los MOS de baja señal metálicos el asunto es sencillo: el surtidor es el que está conectado al encapsulado. Y cuál es cada compuerta? Imposible saberlo en forma sencilla, pero en todos los MOS que conocí, G1 es la más cercana al surtidor, y G2 al drenaje. Unos pocos sintonizadores a varicap usan MOS de doble compuerta, y canal N pero inducido (de realce, acrecentamiento o enriquecimiento). La prueba es similar, pero requieren tensión positiva de varios volt en ambas compuertas a la vez para producir la conducción del canal.

La frecuente falla de compuerta cortocircuitada con el canal puede detectarse, sin desoldar el transistor, en algunos circuitos en los que resulta evidente si hay corriente de compuerta, como en el de la fig. 5:

  

Las vedettes de los discretos son los MOS de potencia (VMOS, SIPMOS, HEXFET, TMOS, etc., según el fabricante). Son de compuerta única y de canal inducido. Esta vez es el drenaje el que va conectado al encapsulado, excepto tal vez en algunos tipos de transmisión. Con la compuerta descargada, también estos transistores exhiben juntura en directa si el canal es polarizado incorrectamente. La mayoría de los MOS de potencia no traen diodos de protección en compuerta, pero como tiene una gran capacitancia de entrada (cientos de pF) no es fácil que la carga estática acumulada en el manipuleo llegue a generar tensiones peligrosas. Por las dudas, tómese moderadas precauciones contra le estática. Debido a que en los MOS de canal inducido la polaridad de Vgs en funcionamiento normal es siempre la misma, para la protección (en los que la tienen) basta con un solo diodo zéner: queda en directa al aplicar Vgs invertida con respecto a la normal.

La tensión de umbral en un MOS de canal inducido de 1 compuerta puede medirse con el mismo método que los zéner, uniendo G-D y alimentándolo con polaridad Vds normal con un téster en x10k: unos 3V en la mayoría, y menos en los aptos para excitar desde niveles lógicos.

 

 

 

TIRISTORES (SCR)

El ánodo es la única pata respecto de la cual cualquier otra da infinito en ambas polaridades. En los tiristores TO220 es el electrodo conectado al encapsulado normalmente.

Al medir compuerta-cátodo se observará una juntura en paralelo con una resistencia, al estilo B-E del BU208D, salvo en los tiristores de poca corriente, que presentan una juntura común. Entonces, en las escalas de resistencias más altas se leerá el valor de este resistor en ambas polaridades. Con las más bajas, si la corriente suministrada es suficiente, se leerá la tensión de una juntura en directa cuando la compuerta sea la conectada a la punta positiva, y se seguirá leyendo el resistor en inversa.

Ahora, veamos el funcionamiento como tiristor:

1) Conectando la punta positiva al ánodo y la negativa al cátodo, en x1, se leerá infinito.

2) Si se une la compuerta con el ánodo se leerá juntura en directa.

3) Al desconectar la compuerta, seguirá habiendo conducción.

4) Si ahora se desconecta momentáneamente alguna de las puntas (o se cortocircuitan momentáneamente sin desconectarlas del tiristor) se volverá al estado de corte.

Téngase en cuenta que la prueba 3) no es segura en un 100%: si la escala de resistencia más baja no llega a proveer una corriente que supere la de mantenimiento del tiristor se volverá a apagar aunque esté bueno. Habría que reemplazar el téster por una fuente en serie con una R que proporcione suficiente corriente.

 

 

TRIACS

El terminal principal 2 (equivalente al ánodo de los tiristores) da infinito contra las otras patas y va conectado al encapsulado. No se puede distinguir entre compuerta y terminal 1 fácilmente; entre ellos hay dos junturas opuestas y un resistor, los tres en paralelo. Se lee el resistor en las escalas altas, y juntura en las bajas sin importar la polaridad.

Si no se consigue la información de patas del fabricante, prepárese para una tarea concienzuda:

1) Conectar cualquier punta al ánodo, la otra al supuesto cátodo.

2) Unir momentáneamente la supuesta compuerta al ánodo.

3) Anotar la caída o resistencia de conducción de mantenimiento.

4) Invertir las suposiciones y repetir los pasos 1) a 3).

5) Es válida la suposición que proporciona menor caída.

 

 

CIRCUITOS INTEGRADOS

¿Se puede arreglar un auto con un destornillador? Algunas veces, sí, es todo lo que se necesita. Del mismo modo, no se puede hurgar demasiado en un integrado con un téster, pero el puñado de sugerencias que siguen tal vez lleguen a ser de utilidad.

Un dato a tener en cuenta es que, cuando entre dos patas de un CI se aplica una tensión de polaridad contraria a la normal, es posible que nos encontremos con una juntura parásita en directa. Esto ocurre al aplicar la punta negativa a +Vcc y la positiva a -Vcc, al menos en todos los CI en que hice la prueba, ya sea lineales, TTL, CMOS. Hasta el 1496, que no tiene conexión directa a la +Vcc de la etapa, presenta diodos normalmente en inversa entre cada colector de salida y la pata le -Vcc. Sólo se salvaron los optoacopladores; era de esperar. Donde también puede encontrarse junturas a masa normalmente en inversa, pero con mucho menos del 100% de seguridad, es en patas de entrada y salida. Casi todos los CMOS los tienen, y algunos TTL también poseen diodos en las entradas para enclavar reflexiones.

¿Para qué sirve enterarse de esto? Veamos. ¿Nunca le pasó de no encontrar la hoja con las conexiones de un regulador de 3 patas? ¿O les desconfiaba? (los 78L diferían en conexionado según la marca). Tomemos un 78L09 y anotemos las junturas en directa que se puedan encontrar con el óhmetro. Resultó algo así (figura 6A):

 

 

Conviene usar el rango x10: el x1 suministra una corriente que puede resultar excesiva; y los superiores pueden ser engañados por resistencias que haya en paralelo, ensombreciendo la detección de junturas. Se van dibujando diodos cada vez que se lee 0,6 ó 0,7V en un sentido, y más que eso en el otro, poniendo mucho cuidado con la polaridad.

Ahora ¿cuál es la pata de masa? Sabemos que tanto la entrada como la salida son positivas respecto de masa, entonces debemos buscar una pata a la que vayan dos ánodos, es la 2. Si por el método del absurdo hubiésemos supuesto p. ej. la pata 3, entonces la 2 tendría que ser o entrada o salida, y el diodo 2-3 estaría en directa, cortocircuitando esta tensión.

Falta determinar entrada y salida. Sabemos que la entrada es más positiva que la salida, por lo tanto el diodo 1-3 debe tener su cátodo hacia la entrada, porque sinó conduciría aplicando casi toda la tensión de entrada a la salida.

Las conexiones actuales del zéner programable TL430 o TL431 son distintas a las de { circa 1980 }. Una visita del téster nos revela los diodos ilustrados en b). Evidentemente, la masa ha de ser la 2 ¿Y cómo hacemos para diferenciar las otras? Texas nos dice que uniendo la pata de control, con el cátodo se obtiene un zéner de 2,5V (2,75 en el TL423). Al alimentarlo como en c) con un téster de 2 pilas se lee una caída de unos 2,6 V, la diferencia es atribuible a tolerancias de Vz o a que las pilas están dando algo más que 3V. Se eligió el rango x1 para dar suficiente corriente, ya que al ser Vz cercana a la V de pilas la aguja se mueve poco. También sabemos que la corriente de control es baja, del orden del uA. Si insertamos un resistor de 1k en serie con la pata 3 la lectura no varía apreciablemente, pero sí al hacerlo en la 1. Evidentemente la 3 es la compuerta, y se produce baja caída en el resistor; y la 1 es el cátodo, que lleva el grueso de la corriente.

Al desarmar un teléfono electrónico se encontró un dispositivo marcado "4A180 ARG904". El examen con óhmetro reveló la estructura ilustrada en d). La pata central no llevaba conexión al circuito. Se trata de un recortador de clicks para el auricular: conduce al exceder 1,2V en cualquier polaridad.

Una calculadora tenía uno de los 8 dígitos (LED) siempre apagado. Al abrirla nos encontramos con dos integrados: uno con un montón de patas, evidentemente el procesador, y otro con 18, el excitador de dígitos. Normalmente estos excitadores son un conjunto de transistores o darlingtons, con emisor a masa y salidas de colector abierto; ayudan a los primitivos cerebros PMOS a proveer la corriente de hasta siete segmentos y punto decimal en cada paso del multiplexado. En cada una de las 8 conexiones de un integrado al otro había tensión, con lo cual se descartó que el procesador tuviese una salida abierta. Para identificar la entrada fallada del excitador se desoldaron las 8: una vez así aisladas del procesador se las fue polarizando de a una con la punta positiva del óhmetro (negativa a masa), verificando el encendido de cada dígito correspondiente excepto en un caso, confirmando las sospechas de que era el excitador lo que estaba mal. Como dato final, mencionemos que al no conseguirse en plaza (léase: "fiacca" de ir a comprarlo) simplemente se soldó un NPN común sobre el CI, colector a la salida, y base a la entrada con un resisto en serie lo más alto posible sin que llegase a afectar el brillo.

Es fácil hallar las conexiones de un display LED no multiplexado.

1) Conectemos una punta del téster a una pata cualquiera, escala Rx1.

2) Con la otra punta ir tocando las demás buscando encender algún segmento.

3) Si no enciende ninguno, invertir las puntas.

4) Si aún no enciende ninguno, es una pata sin conexión, volver al paso 1.

5) Cuando se logra hacer encender un segmento, es obvio que las puntas (+) y (-) estarán conectadas a un ánodo y un cátodo respectivamente.

6) Dejar quieta la punta (-) y pasear la (+) por las demás patas. Si se prenden otros segmentos, es un display con cátodo común.

7) En displays de más de un dígito, cada uno trae su electrodo común separado del de los otros.

8) Es probable que un electrodo común esté conectado a más de una pata para facilitar el diseño del impreso.

Los multiplexados no son comunes en los trabajos de hobbista, salvo que se desee aprovechar los extirpados a calculadoras viejas. Aquí, el asunto viene más denso:

para ahorrar patas, no sólo todos los segmentos de un mismo dígito tienen una sola conexión, sino también los segmentos homónimos de todos los dígitos tienen su pata individual. Por las consideraciones de corriente de excitación mencionadas en el caso de la calculadora, lo más probable es que las patas de segmentos correspondan a ánodos; y las de dígitos a cátodos.

 

Uno se da cuenta de lo increíblemente bajo que es el consumo de los CMOS cuando se entera que un microcomputador completo puede alimentarse con un par de naranjas pinchadas con agujas de metales distintos (alguien sugirió reemplazar las naranjas por limones para aumentar la energía disponible).

Bueno, sino tiene fruta a mano, use un téster de 2 pilas en x1, de yapa le mide el consumo...

 

 

Apéndice 1

Nunca me gustaron los "galerazos" de los profesores (sacar fórmulas de la galera), por eso para el interesado demostraremos de dónde sale la medición de beta con óhmetro:

 

O sea que el óhmetro "ve" un resistor d valor Rb/(beta + 1) en serie con un generador de tensión de valor Vbe, que nos molesta. Imaginemos que esta Vbe no está fuera sino dentro del téster, agrupada con la pila(s), y que el conjunto es una pila que entrega una tensión igual a Vp-Vbe. Esto nos obliga a aumentar la sensibilidad del voltímetro para que Vfs = Vp - Vbe. Este aumento se logra haciendo momentáneamente Rb = 0 (unir B-C) y ajustado el "0 ohm":

 

Si el beta es alto, se puede despreciar el -1. Para beta = 100 el error es de sólo 1% por este motivo. Otra pequeña fuente de error es suponer que Vbe no varía con la corriente. Además, la posición de la perilla de 0 ohm influye un poco en el valor real de Rm, especialmente en el rango más alto

 

 

Apéndice 2

Pocos saben el gran error que se comete con el óhmetro al usarlo con pilas gastadas. ¿Qué ocurre en una pila cuando se gasta? Disminuye su tensión, pero es mucho más lo que aumenta su resistencia interna. Por eso para comparar una pila vieja contra una nueva lo mejor no es medir su tensión, sino su corriente de cortocircuito conectándola BREVEMENTE al miliamperímetro o amperímetro (ojo, algunos tipos como las NiCad pueden recalentar y estallar si se prolonga el corto, y en las de LiIon se quema un fusible).

La siguiente historieta nos cuenta el efecto de la R de pilas en un óhmetro:

 

 

Moraleja: si se ajusta el "0 ohm" en el rango más alto, y luego al pasar al más bajo en vez de 0 se lee 10% de la Rm de ese rango, sepamos que aunque la perilla de 0 ohm alcance para reajustar, tendremos que tolerar un error en las mediciones de 10%, más el error propio del téster. Por desgracia muchos tésters tienen demasiado rango de 0 ohm, si bien este plus de sensibilidad nos permitió la medición de beta propuesta en esta nota.

Una alternativa sería no reajustar 0 ohm en x1, y restar a las mediciones la cantidad de ohms indicada al cortocircuitar las puntas. Pero si las pilas están agonizantes, su Ri variará MIENTRAS se toma corriente en las mediciones, así que lo mejor es levantarse e ir a comprar pilas, antes que se hagan pis encima.

Los tésters con baja Rm en el rango menor vienen con pilas medianas o grandes, que poseen baja R interna (p. ej. Sanwa 501); los de alta Rm (p. ej. Kaise 110) se conforman con pilas AA.

 

AGRADECIMIENTOS

A Ernesto De Luca por la revisión del original, y a mi esposa que es quien me tipea los artículos.

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