Краткий курс: как проверить полевой транзистор мультиметром на исправность
Краткий курс: как проверить полевой транзистор мультиметром на исправность
В технике и радиолюбительской практике часто применяются полевые транзисторы. Такие устройства отличаются от обычных, биполярных, транзисторов тем, что в них управление выходным сигналом осуществляется управляющим электрическим полем. Особенно часто используются полевые транзисторы с изолированным затвором.
Англоязычное обозначение таких транзисторов – MOSFET, что означает «управляемый полем металло-оксидный полупроводниковый транзистор». В отечественной литературе эти приборы часто называют МДП или МОП транзисторами. В зависимости от технологии изготовления такие транзисторы могут быть n- или p-канальными.
- 1 Особенности конструкции, хранения и монтажа
- 2 Схема проверки полевого транзистора n-канального типа мультиметром
- 3 Оценка исправности р-канального устройства
- 4 Видео о том, как проверить полевой транзистор
С чего начать?
Прежде, чем проверить мультиметром любой элемент на исправность, будь то транзистор, тиристор, конденсатор или резистор, необходимо определить его тип и характеристики. Сделать это можно по маркировке. Узнав ее, не составит труда найти техническое описание (даташит) на тематических сайтах. С его помощью мы узнаем тип, цоколевку, основные характеристики и другую полезную информацию, включая аналоги для замены.
Например, в телевизоре перестала работать развертка. Подозрение вызывает строчный транзистор с маркировкой D2499 (кстати, довольно распространенный случай). Найдя в интернете спецификацию (ее фрагмент показан на рисунке 2), мы получаем всю необходимую для тестирования информацию.
Рисунок 2. Фрагмент спецификации на 2SD2499
Большая вероятность, что найденный даташит будет на английском, ничего страшного, технический текст легко воспринимается даже без знания языка.
Определив тип и цоколевку, выпаиваем деталь и приступаем к проверке. Ниже приведены инструкции, с помощью которых мы будем тестировать наиболее распространенные полупроводниковые элементы.
Как проверить транзистор?
Занимаясь ремонтом и конструированием электроники, частенько приходится проверять транзистор на исправность.
Рассмотрим методику проверки биполярных транзисторов обычным цифровым мультиметром, который есть практически у каждого начинающего радиолюбителя.
Несмотря на то, что методика проверки биполярного транзистора достаточно проста, начинающие радиолюбители порой могут столкнуться с некоторыми трудностями.
Об особенностях тестирования биполярных транзисторов будет рассказано чуть позднее, а пока рассмотрим самую простую технологию проверки обычным цифровым мультиметром.
Для начала нужно понять, что биполярный транзистор можно условно представить в виде двух диодов, так как он состоит из двух p-n переходов. А диод, как известно, это ничто иное, как обычный p-n переход.
Вот условная схема биполярного транзистора, которая поможет понять принцип проверки. На рисунке p-n переходы транзистора изображены в виде полупроводниковых диодов.
Устройство биполярного транзистора p-n-p структуры с помощью диодов изображается следующим образом.
Как известно, биполярные транзисторы бывают двух типов проводимости: n-p-n и p-n-p. Этот факт нужно учитывать при проверке. Поэтому покажем условный эквивалент транзистора структуры n-p-n составленный из диодов. Этот рисунок нам понадобиться при последующей проверке.
Транзистор со структурой n-p-n в виде двух диодов.
Суть метода сводиться к проверке целостности этих самых p-n переходов, которые условно изображены на рисунке в виде диодов. А, как известно, диод пропускает ток только в одном направлении. Если подключить плюс ( + ) к выводу анода диода, а минус (-) к катоду, то p-n переход откроется, и диод начнёт пропускать ток. Если проделать всё наоборот, подключить плюс ( + ) к катоду диода, а минус (-) к аноду, то p-n переход будет закрыт и диод не будет пропускать ток.
Если вдруг при проверке выясниться, что p-n переход пропускает ток в обоих направлениях, то значит он «пробит». Если же p-n переход не пропускает ток ни в одном из направлений, то значит переход в «обрыве». Естественно, что при пробое или обрыве хотя бы одного из p-n переходов транзистор работать не будет.
Обращаем внимание, что условная схема из диодов необходима лишь для более наглядного представления о методике проверки транзистора. В реальности транзистор имеет более изощрённое устройство.
Функционал практически любого мультиметра поддерживает проверку диода. На панели мультиметра режим проверки диода изображается в виде условного изображения, который выглядит вот так.
Думаю, уже понятно, что проверять транзистор мы будем как раз с помощью этой функции.
Небольшое пояснение. У цифрового мультиметра есть несколько гнёзд для подключения измерительных щупов. Три, а то и больше. При проверке транзистора необходимо минусовой щуп (чёрный) подключить к гнезду COM (от англ. слова common – «общий»), а плюсовой щуп ( красный ) в гнездо с обозначением буквы омега Ω, буквы V и, возможно, других букв. Всё зависит от функционала прибора.
Почему я так подробно рассказываю о том, как подключать измерительные щупы к мультиметру? Да потому, что щупы можно элементарно перепутать и подключить чёрный щуп, который условно считается «минусовым» к гнезду, к которому нужно подключить красный, «плюсовой» щуп. В итоге это вызовет неразбериху, и, как следствие, ошибки. Будьте внимательней!
Теперь, когда сухая теория изложена, перейдём к практике.
Какой мультиметр будем использовать?
В качестве мультиметра использовался многофункциональный мультитестер Victor VC9805+, хотя для измерений подойдёт любой цифровой тестер, вроде всем знакомых DT-83x или MAS-83x. Такие мультиметры можно купить не только на радиорынках, магазинах радиодеталей, но и в магазинах автозапчастей. Подходящий мультиметр можно купить в интернете, например, на Алиэкспресс.
Вначале проведём проверку кремниевого биполярного транзистора отечественного производства КТ503. Он имеет структуру n-p-n. Вот его цоколёвка.
Для тех, кто не знает, что означает это непонятное слово цоколёвка, поясняю. Цоколёвка — это расположение функциональных выводов на корпусе радиоэлемента. Для транзистора функциональными выводами соответственно будут коллектор (К или англ.- С), эмиттер (Э или англ.- Е), база (Б или англ.- В).
Сначала подключаем красный ( + ) щуп к базе транзистора КТ503, а чёрный (-) щуп к выводу коллектора. Так мы проверяем работу p-n перехода в прямом включении (т. е. когда переход проводит ток). На дисплее появляется величина пробивного напряжения. В данном случае оно равно 687 милливольтам (687 мВ).
Далее не отсоединяя красного щупа от вывода базы, подключаем чёрный («минусовой») щуп к выводу эмиттера транзистора.
Как видим, p-n переход между базой и эмиттером тоже проводит ток. На дисплее опять показывается величина пробивного напряжения равная 691 мВ. Таким образом, мы проверили переходы Б-К и Б-Э при прямом включении.
Чтобы удостовериться в исправности p-n переходов транзистора КТ503 проверим их и в, так называемом, обратном включении. В этом режиме p-n переход ток не проводит, и на дисплее не должно отображаться ничего, кроме «1». Если на дисплее единица «1», то это означает, что сопротивление перехода велико, и он не пропускает ток.
Чтобы проверить p-n переходы Б-К и Б-Э в обратном включении, поменяем полярность подключения щупов к выводам транзистора КТ503. Минусовой («чёрный») щуп подключаем к базе, а плюсовой («красный») сначала подключаем к выводу коллектора…
…А затем, не отключая минусового щупа от вывода базы, к эмиттеру.
Как видим из фотографий, в обоих случаях на дисплее отобразилась единичка «1», что, как уже говорилось, указывает на то, что p-n переход не пропускает ток. Так мы проверили переходы Б-К и Б-Э в обратном включении.
Если вы внимательно следили за изложением, то заметили, что мы провели проверку транзистора согласно ранее изложенной методике. Как видим, транзистор КТ503 оказался исправен.
Пробой P-N перхода транзистора.
В случае если какой либо из переходов (Б-К или Б-Э) пробиты, то при их проверке на дисплее мультиметра обнаружиться, что они в обоих направлениях, как в прямом включении, так и в обратном, показывают не пробивное напряжение p-n перехода, а сопротивление. Это сопротивление либо равно нулю «0» (будет пищать буззер), либо будет очень мало.
Обрыв P-N перехода транзистора.
При обрыве, p-n переход не пропускает ток ни в прямом, ни в обратном направлении – на дисплее в обоих случаях будет «1». При таком дефекте p-n переход как бы превращается в изолятор.
Проверка биполярных транзисторов структуры p-n-p проводится аналогично. Но при этом необходимо сменить полярность подключения измерительных щупов к выводам транзистора. Вспомним рисунок условного изображения транзистора p-n-p в виде двух диодов. Если забыли, то гляньте ещё раз и вы увидите, что катоды диодов соединены вместе.
В качестве образца для наших экспериментов возьмём отечественный кремниевый транзистор КТ3107 структуры p-n-p. Вот его цоколёвка.
В картинках проверка транзистора будет выглядеть так. Проверяем переход Б-К при прямом включении.
Как видим, переход исправен. Мультиметр показал пробивное напряжение перехода – 722 мВ.
То же самое проделываем и для перехода Б-Э.
Как видим, он также исправен. На дисплее – 724 мВ.
Теперь проверим исправность переходов в обратном направлении – на наличие «пробоя» перехода.
Переход Б-К при обратном включении…
Переход Б-Э при обратном включении.
В обоих случаях на дисплее прибора – единичка «1». Транзистор исправен.
Подведём итог и распишем краткий алгоритм проверки транзистора цифровым мультиметром:
Определение цоколёвки транзистора и его структуры;
Проверка переходов Б-К и Б-Э в прямом включении с помощью функции проверки диода;
Проверка переходов Б-К и Б-Э в обратном включении (на наличие «пробоя») с помощью функции проверки диода;
При проверке необходимо помнить о том, что кроме обычных биполярных транзисторов существуют различные модификации этих полупроводниковых компонентов. К таковым можно отнести составные транзисторы (транзисторы Дарлингтона), «цифровые» транзисторы, строчные транзисторы (так называемые «строчники») и т.д.
Все они имеют свои особенности, как, например, встроенные защитные диоды и резисторы. Наличие этих элементов в структуре транзистора порой усложняют их проверку с помощью данной методики. Поэтому прежде чем проверить неизвестный вам транзистор желательно ознакомиться с документацией на него (даташитом). О том, как найти даташит на конкретный электронный компонент или микросхему, я рассказывал здесь.
Исправность p-канала
Проверка исправности p-канального элемента производится аналогичным методом, что и для n-канального вида. Отличие состоит в том, что к минусу мультиметра необходимо подключать красный щуп, а к плюсу прибора следует произвести подключение черного провода.
Таким образом, можно сделать следующие выводы относительно полевых транзисторных компонентов и проверочных процедур:
- Полевые элементы разновидности МОСФЕТ широко применяются в радиоэлектронике, технике и прочих сферах, связанных с практической электроникой;
- Проверка работоспособности транзисторных элементов удобнее всего и качественнее осуществляется с помощью мультиметра — при следовании определенной пошаговой методике;
- Проверка p-канального и n-канального транзисторного компонента осуществляется одинаковыми методами, но при этом необходимо сменить полярность подключения проводов мультиметра на обратную.
Полевые транзисторные компоненты очень популярны в различных технических и электронных устройствах. Но для качественной и долговечной работы требуется периодическая проверка мосфет транзисторов с применением мультиметра. Следуя всем вышеописанным методам, можно сэкономить значительные финансовые затраты, связанные с заменой и ремонтом полевых транзисторов.
Проверка составного транзистора
Еще одно название этого элемента – транзистор Дарлингтона. Особенность его заключается в том, в одном корпусе имеется два транзистора, соединенные по схеме:
Проверка таких транзисторов не отличается от схемы проверки биполярного транзистора, за исключением того, что падение напряжения переходах база-эмиттер составляет 1,2…1,4В, а в обычного около 0,6-0,7В. Некоторые цифровые мультиметры имеют на щупах напряжение меньшее 1,2В, чего не хватает для открывания р-n перехода, это нужно учесть при выборе мультиметра для теста составного транзистора.
Тестирование составного полупроводника
Такой элемент по своей конструкции напоминает микросхему. Так как проверить микросхему на работоспособность мультиметром практически невозможно, так нельзя и проверить составной прибор, используя только тестер. Для тестирования понадобится собрать несложную схему.
В ней применяется источник постоянного напряжения 10−14 вольт. Нагрузкой цепи служит лампочка. В качестве резистора используется элемент мощностью 0,25 Вт. Его сопротивление рассчитывается по формуле h21*U/I, где:
- h21— коэффициент усиления;
- U — напряжение источника питания;
- I — ток нагрузки.
Для проверки на базу подаётся положительный сигнал от источника питания. Лампочка светится. При смене полярности лампочка гаснет. Такое поведение говорит о работоспособности прибора.
Таким образом, узнав, как прозвонить транзистор мультиметром, можно легко вычислить неисправный элемент в схеме, даже его не выпаивая.
Originally posted 2018-04-06 09:11:12.
Как работает
Полевой транзистор отличается от других разновидностей особенностями своего устройства. Он может относиться к одному из двух типов:
- с управляющим переходом;
- с изолированным затвором.
Первые из них бывают n канальными и p канальными. Первые из них более распространены. Они используют следующий принцип действия.
В качестве основы используется полупроводник с n-проводимостью. К нему с противоположных сторон присоединены контакты истока и стока. В средней части с противоположных сторон имеются вкрапления проводника с p-проводимостью — они являются затвором. Та часть полупроводника, которая между ними — это канал.
Если к истоку и стоку n канального транзистора приложить разность потенциалов, то потечёт ток. Однако при подаче на затвор отрицательного напряжения по отношению к истоку, то ширина канала для перемещения электронов уменьшится. В результате сила тока станет меньше.
Таким образом, уменьшая или увеличивая ширину канала, можно регулировать силу тока между истоком и стоком или изолировать их друг от друга.
В p-канальных транзисторах принцип работы будет аналогичным.
Этот тип полевых транзисторов становится менее распространённым, а вместо него получают всё большее распространение те, в которых используется изолированный затвор. Они могут относиться к одному из двух типов: n-p-n или p-n-p. У них принцип действия является аналогичным. Здесь будет рассмотрен более подробно первый из них: n-p-n.
В этом случае в качестве основы для транзистора применяется полупроводник p-типа. В него встраиваются две параллельно расположенные полоски полупроводника с другим типом основных носителей заряда. Между ними по поверхности прокладывается изолятор, а сверху устанавливается слой проводника. Эта часть является затвором, а полоски — это исток и сток.
Устройство транзистора
Когда на затвор подаётся положительное напряжение по отношению к истоку, на пластину попадает положительный заряд, создающий электрическое поле. Оно притягивает к поверхности положительные заряды, создавая канал для протекания тока между истоком и стоком. Чем сильнее напряжение, поданное на затвор, тем более сильный ток проходит между истоком и стоком.
Для всех типов полевых транзисторов управление происходит при помощи подачи напряжения на затвор.
Транзистор открыт
Структура полевого MOSFET транзистора.
Для создания МОП-транзистора берется подложка, выполненная из p-полупроводника, где основными носителями заряда являются положительные заряды, так называемые дырки. На рисунке вы видите, что вокруг ядра атома кремния вращаются электроны, обозначенные белыми шариками.
Когда электрон покидает атом, в этом месте образуется «дырка» и атом приобретает положительный заряд, то есть становиться положительным ионом. Дырки на модели обозначены, как зеленые шарики.
На p-подложке создаются две высоколегированные n-области, то есть области с большим количеством свободных электронов. На рисунке эти свободные электроны обозначены красными шариками.
Свободные электроны свободно перемещаются по n-области. Именно они впоследствии и будут участвовать в создании тока через МДП-тназистор.
Пространство между двумя n-областями, называемое каналом покрывается диэлектриком, обычно это диоксид кремния.
Над диэлектрическим слоем располагают металлический слой. N-области и металлический слой соединяют с выводами будущего транзистора.
Выводы транзистора называются исток, затвор и сток.
Ток в МОП-транзисторе течет от истока через канал к стоку. Для управления этим током служит изолированный затвор.
Однако если подключить напряжение между истоком и стоком, при отсутствии напряжения на затворе ток через транзистор не потечет, потому что на его пути будет барьер из p-полупроводника.
Если подать на затвор положительное напряжение, относительно истока, то возникающее электрическое поле будет к области под затвором притягивать электроны и выталкивать дырки.
По достижению определенной концентрации электронов под затвором, между истоком и стоком создается тонкий n-канал, по которому потечет ток от истока к стоку.
Следует сказать, что ток через транзистор можно увеличить, если подать больший потенциал напряжения на затвор. При этом канал становиться шире, что приводит к увеличению тока между истоком и стоком.
МДП-транзистор с каналом p-типа имеет аналогичную структуру, однако подложка в таком транзисторе выполнена из полупроводника n-типа, а области истока и стока из высоколегированного полупроводника p-типа.
В таком полевом транзисторе основными носителями заряда являются положительные ионы (дырки). Для того, что бы открыть канал в полевом транзисторе с каналом p-типа необходимо на затвор подать отрицательный потенциал.
Общий алгоритм проверки
Как проверить транзистор мультиметром? В общем и целом алгоритм выглядит так:
подключите щупы мультиметра стандартным образом — черный к порту COM, красный — к порту, возле которого стоят буквы Ω, V и , возможно другие (зависит от модели);- установите прибор в режим максимального сопротивления — как правило, это 2000 Ом, либо в режим «прозвонка»;
- удостоверьтесь, что батарея заряжена, изоляция проводов щупов не нарушена, а мультиметр исправен. Для этого в режиме прозвонки нужно соединить между собой контакты обоих щупов — писк мультиметра и единица на экране, означающая сопротивление, которое выше предела измерения, будут означать, что прибор работает корректно.
Дальнейшие действия по проверке будут зависеть от того, какого типа элемент требуется проверить. В основном в электронике применяются полупроводниковые элементы двух видов — биполярный и полевой.
Видео о том, как проверить полевой транзистор
В современной радиоэлектронной аппаратуре все чаще находят применение полевые транзисторы. Как доказала практика, конструктивная надежность данных компонентов обуславливает высокую практичность работоспособности всевозможной бытовой техники. В процессе ремонтных работ, которые все же случаются, возникает необходимость тестирования того или иного компонента на предмет его исправности .
