Analizzatore di semiconduttori

Un set di strumenti in grado di identificare e verificare le caratteristiche di BJT, FET, tiristori, diodi ecc., a un costo accessibile e con semplicità.

Fino a non molti anni fa, pensare di poter disporre di un piccolissimo strumento portatile, relativamente economico e universale per l’identificazione automatica praticamente di tutti i componenti a semiconduttore, era quasi un’utopia.

Ma oggi, grazie al notevole avanzamento della tecnologia, è possibile trovare sul mercato microcontrollori dalle elevate prestazioni a basso costo, che permettono di realizzare questo tipo di strumenti, indispensabili per chi si occupa di elettronica: sperimentatori, studenti, appassionati, ma anche professionisti (tra cui riparatori e progettisti) dipartimenti di ricerca e sviluppo che realizzano prototipi di dispositivi elettronici.

Vogliamo presentarvi due di questi analizzatori di semiconduttori, realizzati da una Casa inglese leader mondiale in questa tipologia di prodotti: la Peak Electronic Design Ltd.

 

I prodotti sono l’Atlas DCA55 e l’Atlas PRO DCA75.

Gli strumenti della Peak sono distribuiti in Italia dalla Futura Elettronica; il DCA55 è identificato dal codice prodotto 8220-DCA55, mentre il DCA 75 PRO è identificato dal codice prodotto 6601-DCA75 e li trovate sul lato di questo articolo insieme alla gamma completa.

Il DCA55 può essere considerato la versione base (entry-level) dello strumento, mentre il modello “PRO” aggiunge ulteriori funzionalità a quelle del DCA55.

Entrambi sono in grado di identificare i terminali e verificare il corretto funzionamento di BJT, Darlington, MOSFET (di tipo sia enhanchement che depletion), JFET, TRIAC, SCR, LED, LED bicolore, diodi, array di diodi.

Il DCA75 PRO oltre alle precedenti tipologie di semiconduttori, è anche in grado di identificare IGBT, diodi Zener e molti regolatori di tensione a 3 terminali con tensione d’uscita inferiore agli 8V.

La caratteristica più interessante della versione “PRO” che ne giustifica anche la differenza di prezzo, è la capacità di poter essere connesso alla porta USB di un computer, e tracciare le curve caratteristiche dei semiconduttori mediante un software fornito a corredo su una chiavetta USB. Un’altra differenza tra le due versioni è la possibilità di aggiornare il firmware della “PRO”, per rendere disponibili ulteriori funzionalità man-mano che queste vengono sviluppate dalla Peak.

Entrambi gli analizzatori di semiconduttori sono racchiusi in un piccolo ed elegante contenitore plastico, alimentati da una piccola batteria (una GP23A a 12V per il DCA55, una AAA per il DCA75) e muniti di 3 piccoli contatti a molla dorati, a cui connettere i terminali dei componenti da testare, disponibili anche come parti di ricambio presso la Peak in caso capitasse di danneggiarli durante l’uso, insieme ad altre parti, tra cui appunto il contenitore stesso.

Vediamo come si comportano entrambi i modelli nel test di un transistor bipolare (BJT): collegati i tre terminali di un dispositivo, se questo è danneggiato verrà visualizzato sul display LCD la scritta “Unknown/Faulty component” oppure nel caso di cortocircuito di una o più giunzioni, l’Atlas DC55 visualizzerà “Short circuit on Red Green Blu”, a seconda delle giunzioni coinvolte, mentre in caso di un guasto analogo il DCA75 PRO mostrerebbe la scritta “Red, Green & Blue leads shorted”; se invece il componente non è guasto, il DCA55 riporterà la tipologia (germanio, silicio, darlington, NPN o PNP) e l’eventuale presenza di diodi di protezione in parallelo alla giunzione C-E.

Facendo scorrere la visualizzazione sul display tramite il pulsante “scroll/off”, vengono riportati la piedinatura ed il colore del morsetto cui il terminale è collegato. Continuando a premere il tasto di scorrimento, viene visualizzato il guadagno di corrente hfe, la relativa corrente di test, la VBE (con la corrente cui questa è riferita) oltre che la corrente di leakage (Icbo).

La versione “PRO” ha un display che visualizza le informazioni su tre righe invece che su due e inoltre riporta anche il simbolo grafico del componente connesso per la misura, utile per identificare subito con un colpo d’occhio il semiconduttore da analizzare.

Anche in questo caso, per visualizzare le molteplici informazioni legate al transistor sotto test è indispensabile far scorrere il display con il tasto “scroll”. In entrambi i modelli, il test completo del componente richiede una manciata di secondi dalla pressione del tasto “on – test”.

Similmente ai BJT, l’analisi dei MOSFET riporta la tipologia (Enhancement o Depletion) con il relativo simbolo per il modello “PRO”, la piedinatura, la tensione di soglia e la corrente a cui questa viene determinata.

Per quanto riguarda i JFET, essendo la struttura essenzialmente simmetrica rispetto al gate, di norma i due strumenti non sono in grado di distinguere il drain dal source e quindi identificano solamente il terminale di GATE; il DCA75 è anche in grado di identificare la tensione di pinch-off (indicata come VGS(off)), la VGS(on) e le relative correnti di DRAIN così come la transconduttanza e la IDss.

Un’altra utilissima funzione di entrambi i modelli, è il test dei LED e dei doppi LED, che permette di identificare velocemente, oltre alla polarità, la tensione di soglia (Vf) e la corrente alla quale essa viene misurata. Inoltre durante l’analisi, il componente si illumina brevemente, quindi è possibile anche vederne il colore (o i colori nel caso di dispositivi bicolore).

Come dicevamo, entrambi gli Atlas sono in grado di testare SCR e TRIAC (con corrente di pilotaggio inferiore ai 10 mA). La Fig. 1 mostra come vengono identificati entrambi i componenti dai due modelli di analizzatori.

 

Le Fig. 2 e Fig. 3 mostrano l’Atlas DCA75 pro che identifica un regolatore 7805, evidenziando, oltre alla piedinatura, la tensione d’uscita e la caduta di tensione tra ingresso e uscita. La Fig. 4 riporta una carrellata di schermate del DCA55 ottenute in varie tipologie di test.

 

Il “PRO” è in grado di identificare gli Zener con tensione di lavoro non superiore agli 11 V; qualora si volessero testare e caratterizzare i dispositivi con tensione superiore (fino a 50 V), consigliamo l’utilizzo dell’Atlas ZEN50, in grado di testare anche VDR, TVS e Transzorb, con una risoluzione massima di 20 mV e correnti di test selezionabili nei valori di 2 mA, 5 mA, 10 mA e 15 mA.

L’Atlas ZEN50, specifico per diodi Zener, è ottimo per misurare le caratteristiche di conduzione di molti altri tipi di componenti come diodi normali, LED, soppressori di transitori come VDR, TVS e Transorb. è in grado di misurare la resistenza dinamica del componente (effettuando tre gruppi di letture della corrente e della tensione per ottenere una curva che passi per tre punti nel grafico tensione-corrente), utile per identificarne le capacità rettificatrici (Fig. 5).

 

 

Un’importante differenza rispetto ai modelli DCA55 e DCA75 PRO è che lo ZEN50 è stato progettato per polarizzare lo Zener in maniera inversa e quindi i due terminali di test di cui dispone sono identificati con i colori rosso e nero e il loro posizionamento va rispettato (rosso sul catodo dello Zener e nero sull’anodo).

Questa osservazione è particolarmente importante per non danneggiare eventuali LED connessi allo strumento, il cui test è previsto dalle specifiche del componente, ma se la polarità non viene rispettata, il LED verrà irrimediabilmente danneggiato dall’elevata tensione inversa, che può raggiungere i 60V. Anche lo ZEN50 ha lo stesso tipo di contenitore plastico compatto, di cui cambia solo il colore (verde per lo ZEN50, azzurro per il DCA55 e grigio scuro per il DCA75) e l’etichetta identificativa applicata.

Una funzione che distingue il DCA75 dal DCA55, è la sua capacità di tracciare le curve dei componenti una volta collegato alla porta USB di un computer con sistema operativo Windows (da XP in poi), grazie al software fornito a corredo (Fig. 6).

 

Come indicato nel manuale di istruzioni, lo strumento non deve essere collegato al PC fino al termine dell’installazione del programma.
Una volta installato, l’utilizzo del software è abbastanza intuitivo: collegato il componente da testare, si clicca su “TEST”. In base alla tipologia di semiconduttore, dal menu a tendina “Graph” si selezionano le grandezze d’interesse che si vogliono visualizzare.

La Fig. 7 mostra le curve caratteristiche IC-VCE tracciate per un transistor di potenza TIP35C, dopo aver cambiato il valore predefinito per “points” da 51 a 100 e “traces” da 5 a 10.

La Fig. 8 mostra una caratteristica utilissima del programma: la possibilità di tracciare le curve in modalità comparativa, visualizzando sullo stesso grafico le curve relative a due o più componenti diversi.

Oltre alla rappresentazione grafica delle curve, è anche possibile esportare i dati in forma numerica su un foglio di calcolo, utilizzando il menu “Data”.

Per quanto l’uso di questi strumenti sia veramente intuitivo e immediato, per sfruttare tutte le potenzialità offerte e farne un uso corretto, vi consigliamo di leggere attentamente il manuale d’istruzioni fornito a corredo, disponibile anche in formato PDF sul sito del produttore sia in inglese che in italiano (tranne che per il PRO, attualmente disponibile in formato elettronico solamente in inglese) alla pagina (www.peakelec.co.uk/acatalog/jz_instruments.html).

 

 

 

 

 

Conclusioni

Negli anni abbiamo avuto modo di valutare e proporre vari analizzatori di semiconduttori, ma nessuno era veramente completo e in grado di testare una tale varietà di componenti come quelli della Peak. La qualità di tali strumenti, che abbiamo comprovato durante i test effettuati in laboratorio, ci permette di consigliarveli.

Questi strumenti dalle piccole dimensioni, ma dal prezzo veramente interessante, sono indicati per tutti coloro che si occupano di elettronica, sia per hobby che per professione; una volta che inizierete a usarli, diventeranno in breve tempo supporti essenziali nel vostro laboratorio.
Provateli e non potrete che concordare con noi sulla loro utilità e qualità!