Способы проверки транзисторов

Прежде чем рассмотреть способы как проверить исправность транзисторов необходимо знать, как проверять исправность p-n перехода или как правильно тестировать диоды. Именно с этого мы и начнем...

Тестирование полупроводниковых диодов

При тестировании диодов с помощью стрелочных ампервольтомметрами следует использовать нижние пределы измерений. При проверке исправного диода сопротивление в прямом направлении составит несколько сотен Ом, в обратном направлении — бесконечно большое сопротивление. При неисправности диода стрелочный (аналоговый) ампервольтомметр покажет в обоих направлениях сопротивление близкое к 0 (при пробое диода) или бесконечно большое сопротивление при разрыве цепи. Сопротивление переходов в прямом и обратном направлениях для германиевых и кремниевых диодов различно.

Проверка диодов с помощью цифровых мультиметров производится в режиме их тестирования. При этом, если диод исправен, на дисплее отображается напряжение на р-n переходе при измерении в прямом направлении или разрыв при измерении в обратном направлении. Величина прямого напряжения на переходе для кремниевых диодов составляет 0,5...0,8 В, для германиевых — 0,2...0,4 В. При проверке диода с помощью цифровых мультиметров в режиме измерения сопротивления при проверке исправного диода обычно наблюдается разрыв как в прямом, так и в обратном направлении из-за того, что напряжение на клеммах мультиметра недостаточно для того, чтобы переход открылся.

Как проверить исправность транзистора

Для наиболее распространенных биполярных транзисторов их проверка аналогична тестированию диодов, так как саму структуру транзистора р-n-р или n-р-n можно представить как два диода (см. рисунок выше), с соединенными вместе выводами катода, либо анода, представляющими собой вывод базы транзистора. При тестировании транзистора прямое напряжение на переходе исправного транзистора составит 0,45...0,9 В. Говоря проще, при проверке омметром переходов база-эмиттер, база-коллектор исправный транзистор в прямом направлении имеет маленькое сопротивление и большое сопротивление перехода в обратном направлении. Дополнительно следует проверять сопротивление (падение напряжения) между коллектором и эмиттером, которое для исправного транзистора должно быть очень большое, за исключением описанных ниже случаев. Однако есть свои особенности и при проверке транзисторов. На них мы и остановимся подробнее.

Одной из особенностей является наличие у некоторых типов мощных транзисторов встроенного демпферного диода, который включен между коллектором и эмиттером, а также резистора номиналом около 50 Ом между базой и эмиттером. Это характерно в первую очередь для транзисторов выходных каскадов строчной развертки. Из-за этих дополнительных элементов нарушается обычная картина тестирования. При проверке таких транзисторов следует сравнивать проверяемые параметры с такими же параметрами заведомо исправного однотипного транзистора. При проверке цифровым мультиметром транзисторов с резистором в цепи база-эмиттер напряжение на переходе база-эмиттер будет близким или равным 0 В.

Другими «необычными» транзисторами являются составные, включенные по схеме Дарлингтона. Внешне они выглядят как обычные, но в одном корпусе имеется два транзистора, соединенные по схеме, изображенной на рис. 2. От обычных их отличает высокий коэффициент усиления — более 1000.

Тестирование таких транзисторов особенностями не отличается, за исключением того, что прямое напряжение перехода база-эмиттер составляет 1,2...1,4 В. Следует отметить, что некоторые типы цифровых мультиметров в режиме тестирования имеют на клеммах напряжение меньшее 1,2 В, что недостаточно для открывания р-n перехода, и в этом случае прибор показывает разрыв.

Тестирование однопереходных и программируемых однопереходных транзисторов

Однопереходный транзистор (ОПТ) отличается наличием на его вольт-амперной характеристике участка, с отрицательным сопротивлением. Наличие такого участка говорит о том, что такой полупроводниковый прибор может использоваться для генерирования колебаний (ОПТ, туннельные диоды и др.).

Однопереходный транзистор используется в генераторных и переключательных схемах. Для начала разберем, чем отличается однопереходный транзистор от программируемого однопереходного транзистора. Это несложно:

• общим для них является трехслойная структура (как у любого транзистора) с 2мя р-n переходами;
• однопереходный транзистор имеет выводы, называемые база 1 (Б1), база 2 (Б2), эмиттер. Он переходит в состояние проводимости, когда напряжение на эмиттере превышает значение критического напряжения переключения, и находится в этом состоянии до тех пор, пока ток эмиттера не снизится до некоторого значения, называемого током запирания. Все это очень напоминает работу тиристора;
• программируемый однопереходный транзистор имеет выводы, называемые анод (А), катод (К) и управляющий электрод (УЭ). По принципу работы он ближе к тиристору. Переключение его происходит тогда, когда напряжение на управляющем электроде превышает напряжение на аноде (на величину примерно 0,6 В — прямое напряжение р-n перехода). Таким образом, изменяя с помощью делителя напряжение на аноде, можно изменять напряжение переключения такого прибора т.е. "программировать" его.

Чтобы проверить исправность однопереходного и программируемого однопереходного транзистора следует измерить омметром сопротивление между выводами Б1 и Б2 или А и К для проверки на пробой. Но наиболее точные результаты можно получить, собрав схему для проверки однопереходных и программируемых однопереходных транзисторов (см. схему ниже - для ОПТ — рис. слева, для программируемого ОПТ — рис. справа).

Рис. 3

Проверка цифровых транзисторов

Рис. 4 Упрощенная схема цифрового транзистора слева, Справа - схема тестирования. Стрелка означает «+» измерительного прибора

Другими необычными транзисторами являются цифровые (транзисторы с внутренними цепями смещения). На рис 4. выше изображена схема такого цифрового транзистора. Номиналы резисторов R1 и R2 одинаковы и могут составлять либо 10 кОм, либо 22 кОм, либо 47 кОм, или же иметь смешанные номиналы.

Цифровой транзистор внешне не отличается от обычного, но результаты его «прозвонки» могут поставить в тупик даже опытного мастера. Для многих они как были «непонятными», так таковыми и остались. В некоторых статьях можно встретить утверждение - "тестирование цифровых транзисторов затруднено... Лучший вариант - замена на заведомо исправный транзистор". Бесспорно, это самый надежный способ проверки. Попробуем разобраться, так ли это на самом деле. Давайте разберемся, как правильно протестировать цифровой транзистор и какие выводы сделать из результатов измерений.

Для начала обратимся к внутренней структуре транзистора, изображенной на рис.4, где переходы база-эмиттер и база-коллектор для наглядности изображены в виде двух включенных встречно диодов. Резисторы R1 и R2 могут быть как одного номинала, так и могут отличаться и составлять либо 10 кОм, либо 22 кОм, либо 47 кОм, или же иметь смешанные номиналы. Пусть сопротивление резистора R1 будет 10 кОм, a R2 - 22 кОм. Сопротивление открытого кремниевого перехода примем равным 100 Ом. В частности, эту величину показывает стрелочный авометр Ц4315 при измерении сопротивления на пределе х1.

В прямом направлении цепь база-коллектор рассматриваемого транзистора состоит из последовательно соединенных резистора R1 и сопротивления собственно перехода база-коллектор (VD1 на рис. 1). Сопротивлением перехода, так как оно значительно меньше сопротивления резистора R1, можно пренебречь, и этот замер даст величину, приблизительно равную значению сопротивления резистора R1, которое в нашем примере равно 10 кОм. В обратном направлении переход остается закрытым, и ток через этот резистор не течет. Стрелка авометра должна показать «бесконечность».

Цепь база-эмиттер представляет собой смешанное соединение резисторов R1, R2 и сопротивления собственно перехода база-эмиттер (VD2 на рис. 4 слева). Резистор R2 включен параллельно этому переходу и практически не изменяет его сопротивления. Следовательно, в прямом направлении, когда переход открыт, ампервольтомметр вновь покажет величину сопротивления, приблизительно равную значению сопротивления базового резистора R1. При изменении полярности тестера переход база-эмиттер остается закрытым, и ток протекает через последовательно соединенные резисторы R1 и R2. В этом случае тестер покажет сумму этих сопротивлений. В нашем примере она составит приблизительно 32 кОм.

Как видите, в прямом направлении цифровой транзистор тестируется так же, как и обычный биполярный транзистор, с той лишь разницей, что стрелка прибора показывает значение сопротивления базового резистора. А по разности измеренных сопротивлений в прямом и обратном направлениях можно определить величину сопротивления резистора R2.

Теперь рассмотрим тестирование цепи эмиттер-коллектор. Эта цепь представляет собой два встречно включенных диода, и при любой полярности тестера его стрелка должна была бы показать «бесконечность». Однако, это утверждение справедливо только для обычного кремниевого транзистора.

В рассматриваемом случае из-за того, что переход база-эмиттер (VD2) оказывается зашунтированным резистором R2, появляется возможность открыть переход база-коллектор при соответствующей полярности измерительного прибора. Измеренное при этом сопротивление транзисторов имеет некоторый разброс, но для предварительной оценки можно ориентироваться на значение примерно в 10 раз меньшее сопротивления резистора R1. При смене полярности тестера сопротивление перехода база-коллектор должно быть бесконечно большим.

На рис. 4 справа подведен итог вышесказанному, которым удобно пользоваться в повседневной практике. Для транзистора прямой проводимости стрелка будет означать «-» измерительного прибора.

В качестве измерительного прибора необходимо использовать стрелочные (аналоговые) АВОметры с током отклонения головки около 50 мкА (20 кОм/В).

Следует отметить, что вышеизложенное носит несколько идеализированный характер, и на практике, могут быть ситуации, требующие логического осмысления результатов измерений. Особенно в случаях, если цифровой транзистор окажется дефектным.

Как проверить полевой МОП-транзистор

Существует несколько разных способов проверки полевых МОП-транзисторов. Например такой:

• Проверить сопротивление между затвором — истоком (3-И) и затвором — стоком (3-С). Оно должно быть бесконечно большим.
• Соединить затвор с истоком. В этом, случае переход исток — сток (И-С) должен прозваниваться как диод (исключение для МОП-транзисторов, имеющих встроенную защиту от пробоя — стабилитрон с определенным напряжением открывания).

Самой распространенной и характерной неисправностью полевых МОП-транзисторов является короткое замыкание между затвором — истоком и затвором — стоком.

Другим способом является использование двух омметров. Первый включается для измерения между истоком и стоком, второй — между истоком и затвором. Второй омметр должен иметь высокое входное сопротивление — около 20 МОм и напряжение на выводах не менее 5 В. При подключении второго омметра в прямой полярности транзистор откроется (первый омметр покажет сопротивление близкое к нулю), при изменении полярности на противоположную транзистор закроется. Недостаток этого способа — требования к напряжению на выводах - второго омметра. Естественно, цифровые мультиметры для этих целей не подходит. Это ограничивает применение такого способа проверки.

Еще один способ похож на второй. Сначала кратковременно соединяют между собой выводы затвора и истока для того, чтобы снять имеющийся на затворе заряд. Далее к выводам истока-стока подключают омметр. Берут батарейку напряжением 9 В и кратковременно подключают ее плюсом к затвору, а минусом — к истоку. Транзистор откроется и будет открыт некоторое время после отключения батарейки за счет сохранения заряда. Большинство полевых МОП-транзисторов открывается при напряжении затвор-исток около 2 В.

При тестировании полевых МОП-транзисторов следует соблюдать особую осторожность, чтобы не вывести его из строя транзистор статическим электричеством.

Как определить структуру и расположения выводов транзисторов, тип которых неизвестен

При определении структуры транзистора, тип которого неизвестен, следует путем перебора шести вариантов - определить вывод базы, а затем измерить прямое напряжение на переходах. Прямое напряжение на переходе база-эмиттер всегда на несколько милливольт выше прямого напряжения на переходе база-коллектор (при пользовании стрелочного мультиметра сопротивление перехода база-эмиттер в прямом направлении несколько выше сопротивления перехода база-коллектор). Это связано с технологией производства транзисторов, и правило применимо к обыкновенным биполярным транзисторам, за исключением некоторых типов мощных транзисторов, имеющих встроенный демпферный диод. Полярность щупа мультиметра, подключенного при измерениях на переходах в прямом направлении к базе транзистора укажет на тип транзистора: если это «+» — транзистор структуры n-p-n, если «-» — структуры р-n-р.