Jak zkontrolovat tranzistor s efektem pole: kontrola multimetrem bez odpájení

Tranzistory s efektem pole se aktivně používají v rádiové elektronice a strojírenství. Jejich rozdíl od bipolárních modelů je v tom, že výstupní signál je řízen přes elektrické pole. Velmi často se používají izolované hradlové tranzistory. Pro dlouhý a kvalitní provoz zařízení je nutné zkontrolovat tranzistor s efektem pole pomocí multimetru.

Něco málo o designu

Tranzistor s efektem pole se skládá z následujících prvků:

1. n-kanál, který má křemíkový substrát s vodivostí typu p;
2. n-oblasti, které se získají přidáním nečistot do substrátu;
3. izolace brány od dielektrického kanálu.

Piny jsou spojeny s n-oblastmi. Proud teče od zdroje k odtoku přes tranzistor díky napájení. Velikost proudu je řízena izolovaným hradlem tranzistoru.

Při práci s tranzistorovou součástkou je třeba vzít v úvahu její citlivost. na vliv elektrického pole. Takové prvky by měly být skladovány s vodiči zkratovanými fólií a před pájením bude nutné zkratování drátem. Pájení tranzistorových prvků se provádí pomocí pájecí stanice, která poskytuje ochranu proti statické elektřině.

Než se rozhodnete, jak otestovat MOSFET pomocí multimetru, musíte určit jeho pinout. Importované zařízení má značky odpovídající tranzistorovým vývodům. V tomto případě písmeno G označuje bránu zařízení, S je zdroj a označení D se nazývá odtok.

Kontrola tranzistoru pomocí multimetru

Aby bylo možné zkontrolovat tranzistor s efektem pole pomocí multimetru bez jeho odpájení, je nutné si uvědomit, že v moderních tranzistorech typu MOSFET je tam dioda mezi odtokem a zdrojem. Obvykle je tento prvek umístěn na zařízení a jeho polarita závisí na typu tranzistoru.

Postup pro kontrolu tranzistorového prvku:

• Zkontrolujte funkčnost samotného zařízení. Je nutné zajistit, aby práce byla bezchybná;
• Odstraňte statickou elektřinu z tranzistorového prvku;
• Nastavte multimetr do režimu testu diod;
• Připojte černý vodič k mínus a červený vodič k plus;
• Připojte červený vodič ke zdroji a černý vodič k odpadu zařízení. Pokud je prvek v dobrém stavu, napětí na křižovatce bude 0,5-0,7 voltů;
• Při připojení červeného vodiče k odpadu a černého vodiče ke zdroji multimetr ukáže jeden (pokud součástka funguje správně);
• Tranzistorový prvek se otevře připojením černého vodiče ke zdroji a červeného vodiče k hradlu;
• Napětí na pracovním zařízení bude od 0 do 800 milivoltů;
• Změna polarity sond by neměla vést ke změnám naměřených hodnot, jinak bude prvek pole vadný;
• Na konci připojte červený vodič ke zdroji, černý k bráně. Tranzistorová součástka bude uzavřena;
• Tranzistorový prvek zadaného typu se vrátí do původního stavu s podobnými hodnotami jako v předchozích bodech.

Na základě provedených měření můžeme usoudit, že pokud se toto zařízení otevírá a zavírá pomocí konstantního napětí přicházejícího z multimetru, pak je plně funkční a nevyžaduje případnou výměnu.

Prvek má také velkou vstupní kapacitu, která se dlouho vybíjí. To se používá při kontrole zařízení, kdy je nejprve otevřeno napětím multimetru a poté, dokud není vstupní kapacita zcela vybita, se provádějí další měření.

Zdraví P-kanálu

Obslužnost prvku p-kanálu se kontroluje pomocí metody podobné metodě pro n-kanálový typ. Rozdíl je v tom, že červená sonda musí být připojena k mínusu multimetru a černý vodič musí být připojen k plusu zařízení.

Pokud jde o součástky tranzistorů s efektem pole a zkušební postupy, lze tedy vyvodit následující závěry:

• Polní prvky odrůdy MOSFET jsou široce používány v radioelektronice, strojírenství a dalších oblastech souvisejících s praktickou elektronikou;
• Nejpohodlnějším a nejkvalitnějším způsobem kontroly výkonu tranzistorových prvků je použití multimetru – po určité metodě krok za krokem;
• Testování p-kanálových a n-kanálových tranzistorových součástek se provádí stejnými metodami, ale je nutné změnit polaritu připojení vodičů multimetru ke zpětnému chodu.

Tranzistorové komponenty s efektem pole jsou velmi oblíbené v různých technických a elektronických zařízeních. Ale pro kvalitní a dlouhotrvající provoz je nutné pravidelné testování tranzistorů MOSFET pomocí multimetru. Při dodržení všech výše uvedených metod můžete ušetřit značné finanční náklady spojené s výměnou a opravou tranzistorů s efektem pole.

V moderní elektronice jsou MOSFET tranzistory jedním z nejpoužívanějších radioelementů. Navzdory své spolehlivosti často selhávají kvůli nesrovnalostem v jejich provozu. Určité potíže zároveň způsobuje hledání vadného prvku kvůli specifické konstrukci tranzistoru s efektem pole. Ale znát princip fungování rádiové komponenty, kontrola mosfetu pomocí multimetru není tak obtížná.

Vlastnosti provozu MOSFET

Rozdíl mezi tranzistorem s efektem pole a klasickým bipolárním tranzistorem je v tom, že jeho činnost závisí na použitém napětí, nikoli na proudu. V literatuře se takový rádiový prvek často nazývá MOS tranzistor (kov-oxid-polovodič) nebo MIS tranzistor (kov-izolátor-polovodič). V angličtině zní jeho název jako mosfet, vzniklý z MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor).

Tranzistory s efektem pole jsou aktivní prvky, což znamená, že jejich provoz není možný bez přivedení napětí na svorky. Myšlenku vytvořit zařízení, ve kterém je tok nosičů náboje řízen velikostí aplikovaného napětí, poprvé navrhl rakousko-uherský vědec Julius Lilienfeld. Nedostatek technologie k vytvoření takového zařízení však umožnil uvolnit prototyp až v roce 1960. Od roku 1977 se MOSFETy používají při výrobě elektronických počítačů, čímž se zvýšila jejich produktivita.

Různí vědci po celém světě neustále provádějí výzkum s cílem zlepšit provoz elektronických zařízení, takže dnes bylo vynalezeno a do výroby uvedeno několik typů tranzistorů s efektem pole. Každý z nich má své výhody a nevýhody, ale obecný princip jejich fungování je stejný.

Typy a provedení

MOSFETy se dělí do dvou skupin. Podle typu řídící elektrody mohou být: s pn přechodem a izolovaným hradlem. V poslední době se první typ prvků začíná používat stále méně. Tranzistory s řídícím pn přechodem jsou konstrukčně polovodičovou bází, jejíž hlavními nosiči náboje mohou být buď díry (p-typ) nebo elektrony (n-typ).

Na koncích základny jsou vyrobeny svorky, nazývané drain a source. Na tyto kontakty je připojena ovládaná část obvodu. Zařízení je ovládáno přes třetí svorku tranzistoru (hradla), vytvořeného připojením vodiče zpětné vodivosti k bázi. Tedy, pn tranzistor má tři vývody:

1. Zdroj je vchod, kterým vstupují hlavní nosiče energie.
2. Drain je výstup zařízení, kterým odcházejí hlavní nosiče energie.
3. Brána je terminál, který řídí průchod nábojů zařízením.

V závislosti na typu vodivosti řídicí elektrody se takové MOSFETy dělí na typy n a p.

Izolovaný radiový prvek brány je navržen jinak. Jeho brána je oddělena od základny dielektrickou vrstvou. Zařízení je vyrobeno s použitím polovodiče s vysokým měrným odporem. Říká se tomu substrát nebo brána. Jsou na něm vytvořeny dvě zóny s reverzní vodivostí – odtok a zdroj. Existují tedy tři oblasti. Vzdálenost mezi řízenými elektrodami je velmi malá a brána od nich oddělená je pokryta dielektrickou vrstvou asi 0,1 mikrometru. Typicky se sloučenina Si2 používá jako dielektrikum.

V závislosti na způsobu výroby jsou zařízení s izolovanými kontakty rozdělena do dvou typů: vyčerpaná a obohacená. První jsou k dispozici pouze v typu n a mohou mít dvě hradla, zatímco ty druhé jsou k dispozici v typu n i p.

Zařízení typu vylepšení se nazývají tranzistory s indukovaným kanálem. V nich nejsou řízené kontakty spojeny vodivou vrstvou. Proto se proud na svodu objeví pouze tehdy, když je na bránu aplikován určitý potenciálový rozdíl vzhledem ke zdroji. Opotřebené tranzistory obsahují ve své konstrukci vestavěný kanál, díky kterému tranzistor reaguje na napětí kladné i záporné polarity.

Charakteristika rádiového prvku

Ve schématech a literatuře je obvyklé označovat MOSFET latinskými písmeny VT, za nimiž následuje sériové číslo ve schématu. Graficky je prvek pole znázorněn jako kruh, uprostřed kterého jsou nakresleny rovné čáry označující dráhu proudu. Typ vodivosti je vyznačen na svorce brány ve formě šipky. Brána, odtok a pramen jsou označeny písmeny latinské abecedy – S, D, G.

Polní přístroje se vyznačují mnoha parametry. Mezi hlavními však vynikají následující vlastnosti:

1. Napětí mezi řízenými elektrodami. Ukazuje množství napětí, které tranzistor vydrží, aniž by se zhoršily jeho parametry. To znamená, že jde prakticky o maximální napětí napájecího zdroje, se kterým je tranzistor navržen.
2. Vypusťte sílu proudu. Typicky je maximální hodnota specifikována pro dané množství stejnosměrného napětí aplikovaného na hradlový zdroj.
3. Impedance odtokového zdroje v zapnutém stavu. Čím vyšší je tato hodnota, tím hůře tranzistor pracuje, protože dochází ke ztrátám energie na odporu a zvyšuje se zahřívání MOSFETu.
4. Disipační výkon. Závisí na okolní teplotě. Tento parametr se zobrazuje jako charakteristika znázorňující závislost výkonu na teplotě.
5. Úroveň saturace kanálu zdroje-brána. Udává mezní hodnotu rozdílu potenciálu, při překonání kterého proudu neprochází kanálem.
6. Práh zapnutí. Toto je minimální napětí, které musí být aplikováno na tranzistor, aby se otevřel jeho vodivý kanál.
7. Kapacita závěrky. Významná nevýhoda tranzistorů s efektem pole je spojena právě s tímto parametrem. Díky parazitní kapacitě je tedy použití zařízení ve vysokofrekvenčních obvodech omezeno, což snižuje rychlost přepínání provozních režimů.

Je také důležité vědět, že MOSFETy jsou citlivé na statickou elektřinu, zejména izolovaná hradlová zařízení. Při testování tranzistoru s efektem pole pomocí multimetru byste proto měli nosit antistatické náramky na obou rukou a také byste se měli vyvarovat nošení vlněného oblečení.

Princip činnosti

Podstatou činnosti rádiového prvku s izolovaným hradlem je řízení množství proudu, který jím prochází, změnou rozdílu potenciálů. Při přivedení napětí na zdroj a hradlo se v zařízení vytvoří elektrické pole příčné k přiloženému. Toto pole zvyšuje počet volných nosičů náboje v povrchové vrstvě.

Z tohoto důvodu se v blízkosti dielektrika začne hromadit značný počet nosičů náboje, což vede k vytvoření vodivé zóny. Touto oblastí, tedy mezi ovládanými svorkami, začne protékat proud. Po odstranění napětí z otevřené brány vodivost zmizí a tok proudu se zastaví.

Při provozu tranzistoru s efektem pole s p-n přechodem dochází k mírně odlišným procesům. Pokud je na tento přechod aplikováno napětí opačné než u většiny nosičů náboje, jeho oblast se začne rozšiřovat. Zvětšení přechodu vede ke zúžení tloušťky vodivého kanálu a tím ke zvýšení odporu. V důsledku toho se proud procházející mezi odtokem a zdrojem snižuje. Změnou napěťové úrovně se tedy mění i proud procházející tranzistorem.

Metody měření

Pro měření parametrů tranzistorů s efektem pole používají se specializovaná zařízení. Jejich provoz je založen na použití mikrokontroléru a vestavěného generátoru. Na kontakty tranzistoru je přiveden signál určitého typu, což má za následek změnu. Pomocí vestavěného analyzátoru zařízení vyhodnocuje tyto změny a převádí data na snadno srozumitelné informace. Celý smysl použití takového měřiče spočívá v instalaci MOSFETu do speciálních kontaktních podložek a stisknutí tlačítka start.

V každodenním životě radioamatéři často používají domácí zařízení. Nejjednodušší typ zařízení sestávající z několika prvků tedy umožňuje měření odporu kanálů. K tomuto účelu budete potřebovat: voltmetr, automobilovou žárovku, zdroj napětí a odpor o jmenovité hodnotě asi 100 ohmů. Po sestavení takového obvodu můžete snadno změřit Rds rádiového prvku, čímž zkontrolujete funkčnost MOSFET.

Ale nejjednodušší a nejrychlejší způsob diagnostiky rádiového prvku je použití multimetru. S jeho pomocí je snadné zkontrolovat MOSFET pro jeho schopnost pracovat v režimu klíče. A pokud se podle výsledků testu normálně otevírá a zavírá, pak je pravděpodobnost jeho provozuschopnosti velmi vysoká.

Tranzistor s řídicí elektrodou

Pro lepší pochopení procesu testování MOSFET může být reprezentován jako ekvivalentní obvod jako trojúhelník. Dvě strany takového trojúhelníku představují dvě diody a třetí je odpor. V tomto případě je místo připojení diod považováno za bránu a jejich spojení s rezistorem za kolektor a zdroj.

Po předložení ekvivalentního obvodu můžete začít testovat prvek. Například Je vhodné zvážit jeden z typů vodivosti, například typ n:

1. Měření odporu kanálu. K tomu použijte přepínač pro výběr měření a nastavte multimetr do režimu testu odporu. Limit měření je zvolen tak, aby byl kolem dvou megaohmů. Sondy zařízení se dotýkají kolektoru a zdroje tranzistoru. V důsledku toho se na obrazovce multimetru objeví číslo rovnající se přechodovému odporu. Poté se změní polarita sond a znovu se změří odpor. Pokud je MOSFET v dobrém provozním stavu, tyto hodnoty by měly být přibližně stejné. Toto zapojení na náhradním obvodu odpovídá poloze, kdy by byla měřena hodnota odporu rezistoru.
2. Kontrola spojení brána-zdroj. K tomu se multimetr přepne do režimu testu diod. Měřicí vodič připojený ke kladné svorce testeru se dotýká brány a záporná svorka zdroje. Výsledkem této akce bude měření úbytku napětí na otevřeném spoji pomocí multimetru. Jeho hodnota by měla být přibližně 600–700 milivoltů. Dalším krokem je změna polarity připojených vodičů. Pokud je MOSFET dobrý, tester ukáže nekonečno. To bude znamenat, že přechod je uzavřen.
3. Studie křižovatky odvodňovací brány. Multimetr je ponechán v režimu testu diod. Ale kladná sonda se dotýká závěrky a záporná sonda se dotýká odtoku. V tomto případě by měl tester vykazovat pokles napětí na přechodu asi 600–700 milivoltů. Při změně polarity, pokud tranzistor funguje, tester ukáže nekonečno.

Pokud jsou všechny tři body splněny správně, MOSFET je považován za funkční. Kontrola rádiového prvku jiného typu se provádí podobným způsobem, pouze se změní polarita připojení sondy.

Mosfet s izolovanou bránou

Tento typ tranzistoru má ve svém těle vestavěnou diodu umístěnou mezi zdrojem a kolektorem, takže je to právě tato dioda, která je zpočátku kontrolována z hlediska provozuschopnosti. Pro jeho testování se multimetr přepne do režimu testu diod a jeho sondy se připojí k kolektoru a zdroji. V propustném směru by zařízení mělo vykazovat pokles napětí a v případě změny polarity – nekonečno.

Hlavním testem tranzistoru je simulace jeho činnosti v režimu klíče. V případě radioprvku typu n jeho diagnostika se provádí takto:

1. Multimetr se přepne na testování diod.
2. Sonda připojená k mínusu se dotýká zdroje a sonda připojená k plus se dotýká brány.
3. Kladný vodič se přesune do odpadu. Pokud MOSFET funguje, přechodový odpor bude velmi nízký, to znamená, že se kanál otevře.
4. Dále je kladná sonda připojena ke zdroji a záporná sonda k bráně. Po těchto akcích se tranzistor uzavře.

Na základě výsledků měření je učiněn závěr o výkonu prvku. Dodržením pořadí výše uvedených kroků tedy můžete zkontrolovat funkčnost jakéhokoli typu MOSFET pomocí multimetru.