Сверху Снизу

Бюджетные испытания транзисторов — Электротехника Новости и продукция

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. Осьминога построить несложно. Единственным компонентом стоимостью более доллара является накальный трансформатор на 6,3 В, который можно восстановить из старого лампового оборудования. Металлический корпус (обязательно заземлите его!), индикатор питания и выключатель завершат проект. Старый аналоговый осциллограф с вертикальным и горизонтальным входами, доступный на аукционах менее чем за 100 долларов, мог бы стать основой для ценного прибора для проверки транзисторов.

Существует умеренная кривая обучения, связанная с интерпретацией моделей Лиссажу. Для работы с этим пользовательским прибором соедините вертикальный выход осьминога с вертикальным входом осциллографа, а горизонтальный выход осьминога с горизонтальным входом осциллографа. Если компонент является частью печатной платы, отключите питание и разрядите оставшееся напряжение. Если печатная плата или шасси заземлены, подсоедините черный щуп к заземляющей клемме или кабелю компонента.

Красный и черный выводы осьминога можно подключить к клеммам компонентов, и отображаются следующие схемы:

Типичные паттерны Лиссажу. Хорошее соединение отображается как прямой угол. Большие углы указывают на плохую работу соединения. 120° сомнительно, а 150° не работает.

Хороший способ получить представление об использовании этого прибора для оценки транзисторов (и множества других компонентов) — испытать его на известных хороших и плохих устройствах и набросать результирующие диаграммы Лиссажу.

Как выполнить проверку целостности электрических компонентов с помощью мультиметра?