Diseño electrónico para la verificación de parámetros en dispositivos semiconductores BJT, MOSFET de enriquecimiento y diodos
Este proyecto se centró en desarrollar un sistema autónomo para la medición y verificación de parámetros críticos en dispositivos semiconductores como diodos rectificadores, diodos Zener, transistores MOSFET y BJT. La ingeniería aplicada consistió en diseñar una herramienta independiente que, sin ne...
- Autores:
-
Castro Rojas, Hernán Mauricio
Pai, Juan David
- Tipo de recurso:
- https://purl.org/coar/resource_type/c_7a1f
- Fecha de publicación:
- 2025
- Institución:
- Universidad El Bosque
- Repositorio:
- Repositorio U. El Bosque
- Idioma:
- spa
- OAI Identifier:
- oai:repositorio.unbosque.edu.co:20.500.12495/14216
- Acceso en línea:
- https://hdl.handle.net/20.500.12495/14216
- Palabra clave:
- Semiconductores
Diseño electrónico
Dispositivos electrónicos
Precisión
Medición
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Semiconductors
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Electronic devices
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Measurement
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Este proyecto se centró en desarrollar un sistema autónomo para la medición y verificación de parámetros críticos en dispositivos semiconductores como diodos rectificadores, diodos Zener, transistores MOSFET y BJT. La ingeniería aplicada consistió en diseñar una herramienta independiente que, sin necesidad de instrumentación externa, permita visualizar los resultados de las mediciones en tiempo real a través de una pantalla integrada. El enfoque general del proyecto radica en la comparación de los parámetros medidos en dispositivos electrónicos con los valores de referencia proporcionados por los fabricantes. El problema abordado se refiere a la discrepancia entre los valores teóricos que figuran en las hojas de datos de los dispositivos semiconductores y los valores reales que se obtienen en las mediciones de dichos componentes. Esta variación se observa en dispositivos como diodos, transistores bipolares (BJT) y MOSFET, y afecta parámetros críticos como el voltaje directo (Vf) de un diodo, la ganancia de corriente (Hfe) en BJTs, el voltaje de saturación colector-emisor (Vcesat), el voltaje de umbral puerta-fuente (Vgsth) en MOSFET, la resistencia de encendido drenador-fuente (RDSon) y el voltaje de ruptura (Vz) de diodos Zener. Las causas de estas discrepancias incluyen la proliferación de componentes falsificados que no cumplen con los estándares de calidad y defectos resultantes de manipulación o almacenamiento inadecuados, lo que puede comprometer el rendimiento y la fiabilidad en aplicaciones finales. El desarrollo técnico del proyecto abarcó el diseño electrónico detallado, incluyendo la selección de componentes, el análisis de circuitos y la definición de rangos de operación y comportamientos específicos para cada parámetro medido. Se definieron márgenes de error específicos, como ±0.3V para el voltaje de umbral en MOSFETs (Vgsth) y ±10mΩ para la resistencia de encendido (RDSon), garantizando precisión en las mediciones y cumpliendo con exigentes requisitos funcionales. Aunque se realizaron simulaciones de validación, el objetivo principal fue implementar un sistema robusto que permita la verificación confiable de componentes semiconductores en entornos industriales o académicos. |
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El problema abordado se refiere a la discrepancia entre los valores teóricos que figuran en las hojas de datos de los dispositivos semiconductores y los valores reales que se obtienen en las mediciones de dichos componentes. Esta variación se observa en dispositivos como diodos, transistores bipolares (BJT) y MOSFET, y afecta parámetros críticos como el voltaje directo (Vf) de un diodo, la ganancia de corriente (Hfe) en BJTs, el voltaje de saturación colector-emisor (Vcesat), el voltaje de umbral puerta-fuente (Vgsth) en MOSFET, la resistencia de encendido drenador-fuente (RDSon) y el voltaje de ruptura (Vz) de diodos Zener. Las causas de estas discrepancias incluyen la proliferación de componentes falsificados que no cumplen con los estándares de calidad y defectos resultantes de manipulación o almacenamiento inadecuados, lo que puede comprometer el rendimiento y la fiabilidad en aplicaciones finales. El desarrollo técnico del proyecto abarcó el diseño electrónico detallado, incluyendo la selección de componentes, el análisis de circuitos y la definición de rangos de operación y comportamientos específicos para cada parámetro medido. Se definieron márgenes de error específicos, como ±0.3V para el voltaje de umbral en MOSFETs (Vgsth) y ±10mΩ para la resistencia de encendido (RDSon), garantizando precisión en las mediciones y cumpliendo con exigentes requisitos funcionales. Aunque se realizaron simulaciones de validación, el objetivo principal fue implementar un sistema robusto que permita la verificación confiable de componentes semiconductores en entornos industriales o académicos.Ingeniero ElectrónicoPregradoThis project focused on developing an autonomous system for measuring and verifying critical parameters in semiconductor devices, including rectifier diodes, Zener diodes, MOSFET transistors, and BJTs. The engineering approach was centered on designing an independent tool that, without external instrumentation, enables real-time measurement results displayed through an integrated screen. The general focus of the project is on comparing measured parameters of electronic devices with the reference values provided by manufacturers. The addressed problem relates to the discrepancy between theoretical values listed in the datasheets of semiconductor devices and the actual values obtained in measurements of these components. This variation is observed in devices such as diodes, bipolar transistors (BJTs), and MOSFETs, affecting critical parameters such as the forward voltage (Vf) of a diode, current gain (Hfe) in BJTs, collectoremitter saturation voltage (Vcesat), gate-source threshold voltage (Vgsth) in MOSFETs, drain-source on-resistance (RDSon), and breakdown voltage (Vz) in Zener diodes. Causes of these discrepancies include the proliferation of counterfeit components that do not meet quality standards and defects arising from improper handling or storage, which can compromise performance and reliability in final applications. The technical development of the project included detailed electronic design, component selection circuit analysis, and defining specific operating ranges and behaviors for each parameter measured. Specific error margins were set, such as ±0.3V for the threshold voltage in MOSFETs (Vgsth) and ±10mΩ for the on-resistance (RDSon), ensuring measurement accuracy and meeting strict functional requirements. Although validation simulations were conducted, the main objective was to implement a robust system that allows reliable verification of semiconductor components in industrial or academic environments.application/pdfAttribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 Internationalhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/Acceso abiertohttps://purl.org/coar/access_right/c_abf2http://purl.org/coar/access_right/c_abf2SemiconductoresDiseño electrónicoDispositivos electrónicosPrecisiónMedición621.381SemiconductorsElectronic designElectronic devicesPrecisionMeasurementDiseño electrónico para la verificación de parámetros en dispositivos semiconductores BJT, MOSFET de enriquecimiento y diodosElectronic design for parameter verification in semiconductor devices: BJT, enhancement-mode MOSFET, and diodesIngeniería ElectrónicaUniversidad El BosqueFacultad de IngenieríaTesis/Trabajo de grado - Monografía - Pregradohttps://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fhttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1finfo:eu-repo/semantics/bachelorThesishttps://purl.org/coar/version/c_ab4af688f83e57aa[1] R. Malaric, Instrumentation and Measurement in Electrical Engineering, 1st ed. FL: Brown Walker Press, 2011.[2] Peak Electronic Design Ltd., Peak Atlas DCA Pro: Advanced Semiconductor Component Analyser, User Guide. UK: Peak Electronic Design Ltd., 2016.[3] Peak Electronic Design Ltd., Atlas ZEN: Zener Diode Analyser, Model ZEN50, User Guide. UK: Peak Electronic Design Ltd., 2015.[4] Keithley Instruments, Inc., Series 2400 SourceMeter® User’s Manual, Document No. 2400S-900-01 Rev. K. Cleveland, OH: Keithley Instruments, Inc., 2011.[5] A. S. Sedra and K. C. Smith, “Diodes,” in Microelectronic Circuits, 7th ed. New York: Oxford University Press, 2015.[6] Vishay Intertechnology, Inc. (2024, July 1). 1N4001, 1N4002, 1N4003, 1N4004, 1N4005, 1N4006, 1N4007 General Purpose Plastic Rectifier [Datasheet]. Vishay General Semiconductor, Document Number: 91000.[7] ON Semiconductor. (2012, October). 1N4001, 1N4002, 1N4003, 1N4004, 1N4005, 1N4006, 1N4007 Axial Lead Standard Recovery Rectifiers [Datasheet]. Semiconductor Components Industries, LLC, Rev. 13. Available: https://www.onsemi.com[8] A. S. Sedra and K. C. Smith, “Operation in the reverse breakdown region,” in Microelectronic Circuits, 7th ed. New York: Oxford University Press, 2015.[9] R. L. Boylestad and L. Nashelsky, “Diodos y aplicaciones de diodos,” in Electrónica: Teoría de circuitos y dispositivos electrónicos, 10th ed. Pearson Educación, 2007.[10] R. L. Boylestad and L. Nashelsky, “Transistores de efecto de campo (FET-JFET y MOSFET),” in Electrónica: Teoría de circuitos y dispositivos electrónicos, 10th ed. Pearson Educación, 2007.[11] NXP Semiconductors. (2011). AN11158 – Understanding power MOSFET data sheet parameters [Application Note] [Online]. Available: https://www.nxp.com. [Accessed: Nov. 18, 2024].[12] A. S. Sedra and K. C. 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