Как проверить транзистор
Проверку транзисторов приходится делать довольно часто. Даже если у вас в руках заведомо новый ни разу не выпаянный транзистор, то перед установкой схемы лучше все же его проверить. Нередки случаи, когда транзисторы, купленные на радиорынке, оказывались негодными, и даже не единичным экземпляром, а целой партией штук 50-100. Чаще всего это происходит с мощными транзисторами отечественного производства, реже с импортными.
Иногда в описаниях конструкций приводятся некоторые требования к транзисторам, например, рекомендуемое передаточное отношение. Для этих целей существуют различные тестеры транзисторов, достаточно сложной конструкции и измеряющие практически все параметры, которые приведены в руководствах. Но чаще приходится проверять транзисторы по принципу «хорошо-плохо». Именно о таких способах проверки и пойдет речь в этой статье.
Часто в домашней лаборатории под рукой находятся транзисторы, когда-то полученные из каких-то старых плат.
В этом случае требуется стопроцентный «входной контроль»: гораздо проще сразу определить негодный транзистор, чем потом искать его в неработающей конструкции.
Хотя многие авторы современных книг и статей категорически не рекомендуют использовать детали неизвестного происхождения, достаточно часто эту рекомендацию приходится нарушать. Ведь не всегда есть возможность пойти в магазин и купить нужную деталь. В связи с такими обстоятельствами необходимо проверить каждый транзистор, резистор, конденсатор или диод. Далее мы сосредоточимся в основном на тестировании транзисторов.
Любительские транзисторы обычно тестируют. цифровой мультиметр или старый аналоговый авометр.
Проверка транзисторов мультиметром
Большинство современных радиолюбителей знакомы с универсальным прибором под названием мультиметр. С его помощью можно измерять постоянные и переменные напряжения и токи, а также сопротивление проводников постоянному току.
Один из пределов измерения сопротивления предназначен для «прозвонки» полупроводников. Как правило, в этом положении возле переключателя рисуется символ диода и звучащего динамика.
Перед проверкой транзисторов или диодов убедитесь в исправности самого устройства. Прежде всего, посмотрите на индикатор батареи, при необходимости немедленно замените батарею. При включении мультиметра в режим «прозвона» полупроводников на экране индикатора должна появиться единица старшего разряда.
Тогда проверьте исправность щупов прибора, зачем соединять их вместе: на индикаторе появятся нули, и прозвучит звуковой сигнал. Это не напрасное предупреждение, так как обрыв провода в китайских щупах встречается довольно часто, и об этом не следует забывать.
Для радиолюбителей и профессиональных инженеров-электронщиков старшего поколения такой жест (проверка щупов) выполняется автоматически, т. к. при использовании стрелочного тестера каждый раз при переходе в режим измерения сопротивления приходилось устанавливать стрелку к нулевому делению шкалы.
После этих проверок можно приступать к тестированию полупроводников, — диодов и транзисторов. Обратите внимание на полярность напряжения на щупах. Отрицательный полюс находится на разъеме с маркировкой «COM» (общий), на разъеме с маркировкой VΩmA положительный. Чтобы не забыть об этом во время измерения, вставьте в это гнездо красный щуп.
Рисунок 1. Мультиметр
Это замечание не такое праздное, как может показаться на первый взгляд. Дело в том, что у стрелочных авометров (АмперВольтОмметр) в режиме измерения сопротивления положительный полюс измеряемого напряжения находится на розетке с пометкой «минус» или «общий», ну ровно наоборот, по сравнению с цифровым мультиметром. Хотя цифровые мультиметры в настоящее время используются все больше и больше, стрелочные тестеры все еще используются и в некоторых случаях дают более надежные результаты. Это будет обсуждаться ниже.
Рисунок 2. Индикатор часового типа
Что показывает мультиметр в режиме «прозвонки»
Проверка диода
Простейшим полупроводниковым элементом является диод, который содержит всего один P-N переход.
Основным свойством диода является односторонняя проводимость. Поэтому, если положительный полюс мультиметра (красный щуп) соединить с анодом диода, то на индикаторе появятся цифры, которые показывают прямое напряжение на P-N переходе в милливольтах.
Рисунок 3
Для кремниевых диодов это будет порядка 650-800 мВ, а для германиевых 180-300, как показано на рисунках 4 и 5. Таким образом, по показаниям прибора, оно можно определить полупроводниковый материал, из которого изготовлен диод. Следует отметить, что эти цифры зависят не только от конкретного диода или транзистора, но и от температуры, при повышении на 1 градус прямое напряжение падает примерно на 2 милливольта. Этот параметр называется температурным коэффициентом напряжения.
Рисунок 4
Рисунок 5
Если после этой проверки щупы мультиметра подключить в обратной полярности, то на индикаторе прибора будет отображаться единица в старшем разряде. Такие результаты будут, если диод исправен. Вот и вся методика проверки полупроводников: в прямом направлении сопротивление ничтожно мало, а в обратном практически бесконечно.
Если «пробит» диод (короткое замыкание анода и катода), то скорее всего будет слышен звуковой сигнал, причем в обе стороны. В том случае, если диод «открыт», как бы вы ни меняли полярность подключения щупов, на индикаторе будет светиться один.
Проверка транзистора
В отличие от диодов, транзисторы имеют два перехода P-N и структуры P-N-P и N-P-N, причем последняя встречается гораздо чаще. С точки зрения проверки мультиметром транзистор можно рассматривать как два диода, соединенных встречно-последовательно, как показано на рисунке 6. Таким образом, проверка транзисторов сводится к «прозвонке» переходов база-коллектор и база-эмиттер в прямом направлении. и обратном направлении.
Поэтому все сказанное чуть выше о тесте диодов полностью справедливо и для исследования транзисторных переходов. Даже показания мультиметра будут такими же, как и для диода.
Рисунок 6
На рисунке 7 показана полярность включения прибора в прямом направлении для «прозвонки» транзистора база-эмиттер структуры N-P-N: плюсовой щуп мультиметра подключается к выводу базы.
Для измерения перехода база-коллектор минусовую клемму прибора следует подключить к выходу коллектора. В данном случае цифра на табло получалась при прозвонке эмиттера база-база транзистора КТ3102А.
Рисунок 7
Если транзистор оказался P-N-P структуры, то минусовой (черный) щуп прибора следует подключить к базе транзистора.
Попутно следует «прозвонить» участок коллектор-эмиттер. Исправный транзистор имеет практически бесконечное сопротивление, что символизирует единицу в высшей категории показателя.
Иногда бывает, что переход коллектор-эмиттер нарушен, о чем свидетельствует звук мультиметра, хотя переходы база-эмиттер и база-коллектор «звенят» как бы в норме!
Проверка транзисторов авометром
Производится так же, как и цифровым мультиметром, но не следует забывать, что полярность в режиме омметра противоположна таковой в режиме измерения постоянного напряжения. Чтобы не забыть об этом в процессе измерения, красный щуп прибора должен быть включен в гнездо со знаком «-», как показано на рисунке 2.
Авометры, в отличие от цифровых мультиметров, не имеют «прозвонки». ” режим полупроводников, поэтому в этом плане их показания заметно различаются в зависимости от конкретной модели. Здесь уже приходится полагаться на собственный опыт, полученный в процессе работы с устройством. На рис. 8 представлены результаты измерений с помощью тестера TL4-M.
Рисунок 8
На рисунке показано, что измерения проводятся на пределе * 1 Ом. При этом лучше ориентироваться на показания не по шкале измерения сопротивления, а по верхней унифицированной шкале. Видно, что стрелка находится в районе цифры 4. Если измерения проводить на пределе *1000Ом, то стрелка будет находиться между цифрами 8 и 9.
По сравнению с цифровым мультиметром, авометр позволяет для более точного определения сопротивления участка база-эмиттер, если этот участок шунтировать низкоомным резистором (R2_32), как показано на рисунке 9. Это фрагмент схемы выходного каскада усилителя ALTO.
Рисунок 9
Все попытки измерить сопротивление участка база-эмиттер с помощью мультиметра приводят к звуку динамика (короткое замыкание), так как сопротивление 22Ом мультиметром воспринимается как короткое замыкание.
Аналоговый тестер на пределе измерения *1Ом показывает некоторую разницу при измерении перехода база-эмиттер в обратном направлении.
Еще один приятный нюанс при использовании стрелочного тестера можно обнаружить, если измерения проводить на пределе *1000Ом. При подключении щупов, разумеется, соблюдая полярность (для транзистора структуры N-P-N плюсовой вывод прибора на коллекторе, минус на эмиттере), стрелка прибора не двигается, оставаясь на отметке шкалы бесконечность.
Если теперь надрезать указательный палец, как бы для проверки нагрева утюга, и замкнуть этим пальцем выводы базы и коллектора, то стрелка прибора будет двигаться, указывая на уменьшение сопротивления утюга участок эмиттер-коллектор (транзистор приоткроется). В ряде случаев эта методика позволяет проверить транзистор, не выпаивая его из схемы.
Этот метод наиболее эффективен при проверке составных транзисторов, например, ТТ 972, СТ973 и т. д. Не следует забывать, что составные транзисторы часто имеют защитные диоды, включенные параллельно переходу коллектор-эмиттер, причем в обратной полярности.
Если транзистор конструкции N-P-N, то к его коллектору подключается катод защитного диода. К таким транзисторам может быть подключена индуктивная нагрузка, например обмотки реле. Внутреннее устройство составного транзистора показано на рисунке 10.
Рисунок 10
Но более достоверные результаты по исправности транзистора можно получить с помощью специального щупа для проверки транзисторов, о котором можно посмотреть здесь: Transistor Test Probe .
Борис Аладышкин
Бюджетные испытания транзисторов — Новости и продукция электротехники
Полевой транзистор (FET) в той или иной форме в значительной степени вытеснил более ранний биполярный транзистор (BJT). Оба могут выполнять усиление, генерацию и переключение, но методы достижения этого совершенно разные, как и входное и выходное сопротивления.
Во-первых, в качестве предыстории, мы вернемся к BJT. Он содержит три слоя легированного полупроводника, следовательно, два перехода. В наиболее распространенной конфигурации BJT состоит из двух слоев N-типа со слоем P-типа между ними, поэтому он называется транзистором NPN.
Менее используемый PNP работает так же, но с обратной полярностью. Каждый из слоев имеет постоянно прикрепленный свинец.
Наиболее распространенная конфигурация биполярного транзистора — это усилитель тока, в котором небольшой ток, подаваемый на базу, управляет большим током, протекающим между коллектором и эмиттером. BJT типа NPN соответствует следующим основным принципам: во-первых, коллектор положителен по отношению к эмиттеру. Во-вторых, схемы база-эмиттер и база-коллектор работают как отдельные диоды. При работе переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, поэтому он проводит. Переход база-коллектор смещен в обратном направлении, поэтому он не проводит ток. Однако между этими двумя точками протекает ток из-за действия транзистора.
В полевом транзисторе величина тока через канал, соединяющий исток и сток, регулируется изменениями электрического поля на затворе. Поскольку полевой транзистор имеет затвор с незначительной массой, электрическое поле, связанное с ним, сопровождается током, близким к нулю.
Как следствие, входной импеданс полевого транзистора высок, поэтому предшествующий каскад не нагружается заметно.
Как и биполярные транзисторы, полевые транзисторы бывают двух разновидностей с противоположной полярностью: N-канальные полевые транзисторы, в которых проводимость осуществляется электронами, и P-канальные полевые транзисторы, в которых проводимость осуществляется дырками. Дырка — это просто отсутствие электрона, но ее можно рассматривать как положительную частицу, несущую заряд. Кроме того, мы должны знать, что полевые транзисторы могут иметь два типа вентилей. Существуют переходные полевые транзисторы (JFET) и полевые транзисторы металл-оксид-полупроводник (MOSFET). Кроме того, существуют полевые транзисторы с режимом истощения и режимом улучшения с двумя различными типами легирования канала.
N-канальный полевой МОП-транзистор — предпочтительный полупроводник для самых разных схем. Обычно сток положителен по отношению к истоку, так же как в биполярных транзисторах коллектор более положителен, чем эмиттер.
Когда затвор (аналог базы) более положительный, чем исток, ток течет от стока к истоку. Это делает возможным усиление, генерацию и переключение.
И так же, как BJT существуют как устройства NPN и PNP, полевые МОП-транзисторы выпускаются в версиях N-channel и P-channel. Однако носители заряда в P-канальном МОП-транзисторе представляют собой дырки с меньшей подвижностью, чем электроны, что снижает их возможности. По этой причине более широко используются N-канальные MOSFET.
Затвор MOSFET надежно изолирован от канала исток-сток. Стеклянный слой, который не позволяет току течь от затвора независимо от электрического состояния устройства, тем не менее прозрачен для электрического поля, излучаемого затвором, точно так же, как стекло, электрический изолятор, является почти идеальной средой для света.
Недостатком является то, что МОП-транзисторы мгновенно разрушаются под действием любого незначительного статического электричества, которое может возникнуть при обращении.
МОП-транзисторы обычно поставляются в антистатической упаковке, часто с закороченными выводами для предотвращения перепада статического заряда. Технические специалисты надевают заземленные антистатические браслеты при работе с этими устройствами или содержащими их печатными платами.
N-канальные МОП-транзисторы не проводят ток при нулевом или отрицательном смещении затвора. Они становятся проводящими, когда затвор становится более положительным, чем исток. Таким образом, они являются устройствами режима улучшения. Однако, если в процессе производства канал легирован, так что он проводит с нулевым смещением затвора, полевой транзистор является устройством с режимом обеднения. Поскольку полевые транзисторы JFET имеют поведение диода затвор-канал, они работают только при обратном смещении, поэтому они существуют только в режиме истощения. МОП-транзистор может работать в любом режиме, потому что затвор действительно изолирован от канала. Однако большинство полевых МОП-транзисторов изготавливаются в режиме улучшения.
Подводя итог, можно сказать, что полевые транзисторы JFET — это устройства, работающие в режиме истощения, а полевые МОП-транзисторы — в основном устройства, работающие в режиме расширения. Оба подвида доступны в N-канальных и P-канальных моделях.
Существует интересное качество МОП-транзистора, обусловленное его высокой емкостью затвора, которая, в свою очередь, возникает из-за чрезвычайно тонкого стеклянного изолирующего барьера с его высокой диэлектрической проницаемостью. Это поведение, уникальное среди активных устройств, заключается в том, что после включения оно остается в этом состоянии, даже если входная цепь отключается! Это происходит из-за емкости затвор-канал в сочетании с высоким входным импедансом, который может превышать 10 14 Ом.
Функциональные МОП-транзисторы всегда демонстрируют сохранение заряда, и это поведение можно использовать для проверки устройства с помощью мультиметра в режиме проверки диодов. Во-первых, коснитесь хорошо заземленной металлической поверхности, чтобы снять статический заряд, который может разрушить тестируемое устройство.
Затем начните с подключения канала через исток или сток к отрицательному выводу мультиметра. (Во время этого теста держите полевой МОП-транзистор, держась за корпус или язычок.) Затем прикоснитесь положительным проводом мультиметра к затвору. Затем подключите положительный провод к источнику. Если устройство хорошее, ожидайте увидеть низкое значение. Счетчик заряжает полевой МОП-транзистор, и он должен оставаться заряженным не менее часа, если только он не был намеренно разряжен, как в следующей части этого теста.
Когда счетчик все еще подключен, как указано выше, коснитесь пальцем литника и стока или литника и истока. Это разрядит полевой МОП-транзистор, и на индикаторе появится высокий уровень, указывая на то, что устройство не проводит ток и исправно.
Устройства, прошедшие тесты мультиметра, не будут иметь некоторых распространенных режимов отказа MOSFET, но тест не является абсолютно окончательным.
Лабораторный прибор для проверки транзисторов, предназначенный для настоящих динамических испытаний.
Он подает сигналы и напряжения смещения на входы и анализирует выход. Будьте готовы заплатить высокую цену за этот инструмент.
Осциллограф в режиме запуска XY отображает диаграммы Лиссажу, которые можно использовать для определения состояния транзистора. Эти тесты проводятся с использованием осьминога, что устраняет проблемы, связанные с тестированием компонентов, находящихся на печатной плате. Для проведения точной проверки мультиметром необходимо отсоединить все провода, кроме одного. Эта процедура включает операции пайки/отпайки, которые могут повредить чувствительный полевой МОП-транзистор из-за нагрева и циркулирующих токов. (Даже лучшие методы пайки проблематичны с современными компонентами уменьшенного размера и плотностью платы.)
Осьминог создает шаблон Лиссажу, который показывает состояние тестируемого компонента.
Этих проблем можно избежать, используя Octopus, который можно собрать на месте с помощью накального трансформатора на 6,3 В и трех резисторов.