Универсальный «бетник» на TL431. Прибор для определения коэффициента усиления по току биполярных транзисторов
Датагорцам большой привет!В моей первой местной статье описано устройство, позволяющее определять коэффициент усиления по току биполярных транзисторов различной мощности обеих структур при значениях тока эмиттера от 2 мА до 950 мА.
На определенном этапе постижения темы усилителестроения я понял, что от двухтактных схем усилителей невозможно добиться высокого качества воспроизведения без тщательного подбора транзисторов в пары. Двухтакт изначально предполагает некую степень симметрии плеч, а, следовательно, ставить транзисторы в макет усилителя стоит только после того, как стало известно, какие параметры имеют транзисторы, которые вы держите в руках.
Это был отправной момент. Помимо этого, авторы многих схем выдвигают требования к параметрам устанавливаемых в схему транзисторов, в частности к их способности усиливать сигнал.
И, наконец, интересовала проблема выбора оптимального начального тока транзистора, чтобы поставить прибор в режим, обеспечивающий максимальную линейность его работы.
Содержание / Contents
В современных изданиях в качестве оценки способности транзисторов усиливать сигнал часто используется статический коэффициент передачи тока h31э.Далее, покопавшись в своих закромах, я обнаружил транзисторы, завернутые в пожелтевшие бумажки, на которых было написаны значения α (алфа) и β (бета), измеренные в далеких восьмидесятых на аналоговом лабораторном приборе.
В результате чтения литературы и интернет-изданий я отождествил в своем сознании современное h31э и близкое сердцу по молодости β («бета»). Если это не совсем корректно, то пусть меня поправят.
Cтал понятным сленговый термин «бетник», которым до сих пор отдельные разработчики называют прибор для измерения коэффициента усиления транзисторов по току.
С учетом того, что статья написана не для профессионалов, я сошлюсь на популярную советскую книжку Р. А. Свореня, где введено понятие коэффициента усиления по току в схеме с общим эмиттером, которое можно рассчитывать в приращениях:
ΔIэ – приращение тока эмиттера,
ΔIб – приращение тока базы.
Тут же указано, что с допустимой погрешностью коэффициент усиления по току в схеме с общим эмиттером можно определить, как:
β=Iэ/Iб, где Iэ – ток эмиттера, Iб – ток базы.
В результате измерений, проанализировав полученные числовые значения и графики, я думаю, что уяснил, в чём разница между бета в приращениях (βпр) и просто β.
Для вычисления beta в классике предлагается поддерживать постоянное напряжение Ukэ и, меняя напряжение на базе Uбэ, измерять токи базы Iб и эмиттера Iэ (для βпр – малые приращения этих токов). Собственно это и реализует описываемая ниже конструкция.
Рис. 1 Исходная схема «бетника»
Я изучил много вариантов в Сети. Понравилась статья из «РадиоГазеты», в которой автор писал, что представляемый им «бетник» позволяет измерять коэффициент передачи тока базы маломощных и мощных биполярных транзисторов «p-n-p» и «n-p-n» структуры путём измерения тока базы при фиксированном токе эмиттера.
Но сначала рассмотрим, как устройство работает. Схема (рис.1) питается от стабилизированного источника питания 12 Вольт. Переключателем S3 выбирается тип испытуемого транзистора: в верхнем положении «n-p-n», в нижнем «p-n-p». При этом с испытуемым «n-p-n» транзистором образуется схема Дарлингтона, а с транзистором «p-n-p» схема Шикалаи.
Переключателями S1 и S2 к референсному выводу TL431 подключаются различные референсные резисторы. TL431 «стремится» установить на подключенном резисторе напряжение примерно 2,5 Вольта, открывая получившийся составной транзистор в нужной степени для обеспечения необходимого тока через референсный резистор, чем и устанавливается ток через подключенный последовательно с резистором испытуемый транзистор.
В основном ток через транзистор будет определяться омическим сопротивлением резистора и не будет зависеть от параметров испытуемого транзистора.
Подключая различные резисторы, мы автоматически устанавливаем фиксированные токи эмиттера любого подключенного транзистора. Испытуемые транзисторы при этом всегда находятся под одинаковым напряжением Uкэ, равным напряжению питания схемы (12,2 В стабилизированного напряжения) минус 2,5 Вольта, то есть под напряжением 9,7 Вольта.
Дело в шляпе! Осталось измерить ток базы и выполнить расчеты (например, в Excel).
Однако приведённые выкладки столкнулись с жестокой реальностью. Как и все простые схемы, устройство потребовало трепетного отношения к деталям. При изготовлении первого образца печатной платы последовал провал, в результате чего плата отправилась в мусор.Что произошло? В устройстве (по рекомендации автора схемы бетника) были применены переключатели П2К «из тумбочки». Автор схемы не привёл требований к параметрам цепи, подключаемой в цепь базы измеряемого транзистора. В цепь базы был включен прибор РВ7-22 в режиме миллиамперметра на пределе 0,2 мА. В итоге микросхеме TL431 не «удавалось» открыть Дарлингтон до нужного тока и напряжение на референсном резисторе заметно не достигало 2,5 Вольта.
В процессе опытов «с белыми мышами» пришло понимание, что внутреннее сопротивление прибора (шунта), подключаемого в цепь базы, должно быть минимальным, иначе цепь регулирования загрубляется.
После того, как в цепь базы был включен шунт 0,5 Ом (с параллельным включением милливольтметра), схема заработала, но падение напряжения на двух последовательно включенных переключателях П2К (S1и S2) было заметным.
Неприятно, что в разных положениях переключателей падение напряжения на контактах заметно различалось. Помимо этого падение напряжения на переключателях было нестабильным, то есть менялось от измерения к измерению.
Схема оказалась очень чувствительной к взаимному расположению TL431 и транзистора КТ3102 на плате. Справедливости ради следует сказать, что автор изготавливать печатную плату не советовал.
Кроме применения печатного способа монтажа, я невольно сделал ошибку: изначально расположил TL431 и транзистор КТ3102 на плате на расстоянии примерно 80 мм. Схема отказывалась выходить на 2,5 Вольта на референсных резисторах.
Вот тебе и «попроще», вот тебе и «понадежнее». Вся красота схемы померкла. В этот момент, можно было выбрать другую схему, но тут уж меня «заклинило».
Я сделал следующее:• переразвёл плату, расположив TL431 и транзистор КТ3102 «впритык» и максимально увеличив ширину токоведущих проводников. Впоследствии этого оказалось недостаточно и пришлось на плату в отдельных местах положить несколько миллиметров припоя;
• применил галетные переключатели ПГК, каждый из которых имел по две галеты. Это позволило все контактные группы запараллелить, тем самым увеличив надежность переключения и снизив переходное сопротивление в месте контакта;
• добавил предел измерения мощных транзисторов на токе эмиттера примерно 1 А.Исключён фрагмент. Полный вариант статьи доступен меценатам и полноправным членам сообщества. Читай условия доступа.
Отдельной темой явилось определение набора значений токов, необходимых для обеспечения измерений применительно к транзисторам различной мощности. В результате размышлений и чтения справочников образовалась шкала, показанная в Таблице 1.
Таблица1
Мне кажется, что выбранных номиналов токов эмиттера достаточно для контроля всех типов транзисторов. С учетом того, что я поставил перед собой задачу измерения мощных транзисторов на токе примерно 1 А, пришлось установить более мощный по сравнению с исходной схемой блок питания, состоящий из трансформатора ТП115-К7 (2х6Вх1,7А), основного конденсатора фильтра суммарной емкостью 6000,0 uF, диодного моста на диодах 1N5822 и стабилизатора на микросхеме LD1084.
При этом «просадка» напряжения на входе схемы на пределе измерения 960 мА не превышает 0,3%, то есть транзисторы при всех измерениях оказываются под одинаковым напряжением Uк-э.
Узел питания смонтирован навесом на выводах элементов, закрепленных на установленном «вверх ногами» трансформаторе ТП115-К7 и радиаторе от компьютерного блока питания.
В исходной схеме при каждом значении тока включается свой референсный резистор. Я сделал иначе, у меня постоянно включен резистор 1,2 кОм (реально 1250 Ом), а параллельно ему на различных пределах измерения подключаются резисторы, определяющие ток эмиттера испытуемого транзистора.
Покопавшись в тумбочке, и, сходив в магазин, я решил не требовать от себя точных, «целых» значений токов. Впаял имеющиеся резисторы, измерил образовавшиеся сопротивления, рассчитал токи по закону Ома и нанес на переднюю панель. Получился ориентировочный набор значений. Почему ориентировочный? А потому, что напряжение на референсном резисторе чаще всего не составляет искомых 2,5 Вольт.
Для измерения всех типов транзисторов я использую несколько шунтов, которые подключаю к внешним клеммам устройства и на которых измеряю падение напряжения в мили Вольтах. У меня три шунта: 1,0 Ом, 10 Ом и 100 Ом. Для маломощных транзисторов используется шунт 100 Ом, для транзисторов средней мощности 10 Ом и для мощных транзисторов 1,0 Ом. Естественно значения сопротивления шунтов могут быть иными, соответствующими возможностям ваших милливольтметров.
В ряде случаев, напряжение на референсном резисторе оказалось больше обычных 2,48…2,49 Вольта. Например, если вы видите напряжение на референсном резисторе 12 Вольт, это значит, что транзистор звонится накоротко. В моем опыте есть погибшая при измерениях микросхема TL431 (причину до конца мне установить не удалось) и с этого момента, я предпочитаю проверять, как «звонятся» транзисторы перед
Очевидно, что напряжение на референсном резисторе несёт важную информацию об испытуемом транзисторе и о корректности измерения. Я решил напряжение на референсном резисторе измерять инструментально и вывел на клеммы, установленные на передней панели. Таким образом, от идеи исходной схемы, где предполагалось, что токи задаются автоматически, я отказался. Теперь при любом исходе событий я вижу напряжение на известном мне активном сопротивлении, а, значит, могу точно рассчитать ток через транзистор.
Эскиз варианта передней панели прибора представлен ниже.Рис. 3 Передняя панель устройства
Устройство смонтировано в корпусе компьютерного блока питания. Размещение элементов внутри корпуса показано на рис 4.
Рис. 4Печатная плата токозадающей части имеет следующий вид
Рис. 5. Печатная плата
Печатной платы в Sprint Layout у меня нет. Я привык все рисовать в Corel Draw. Но плата простая, я думаю, при желании отрисовать её в Спринте не представляется трудным. Размеры платы (рис. 5) равны 108х58 мм.
Исключён фрагмент. Полный вариант статьи доступен меценатам и полноправным членам сообщества. Читай условия доступа.Еще раз обращаю внимание на то, что база транзистора соединена с катодом TL431 печатным проводником минимальной длины. Полезно положить в это место и по линиям прохождения токов на печатной плате слой припоя толщиной в несколько миллиметров, либо пропаять медным проводом.
Не смотря на рекомендации автора исходной схемы о применении транзистора Т1 с β=250, в окончательной версии моего устройства стоит КТ3102 с β=790. Промежуточный вариант с транзистором Т1 с β=450 работал менее устойчиво, в частности заметно влияло сопротивление шунта, включаемого в цепь базы измерительного транзистора.
Рис 6. Монтаж деталей на плате
На монтажном чертеже платы (рис. 7) обозначены отверстия, к которым подключаются провода от переключателя типа транзистора S1, контактные группы которого обозначены на схеме: верхний контакт каждой группы обозначен индексом «в», средний — «с», нижний — «н».
Отверстия для проводов от клемм, к которым подключается амперметр, обозначены «А1» и «А2».
Отверстия для проводов от клемм, к которым подключается вольтметр для измерения напряжения на референсном резисторе, обозначены «V1» и «V2».
Обозначения отверстий «Э», «К», «Б», «+» и «–« в пояснениях не нуждаются.
По периметру платы расположены отверстия, для подключения проводов от галетного переключателя S3. Видно, что отдельные резисторы образованы тремя или двумя резисторами, каждый мощностью 2 Вт.
Рис. 7
Методика измерений проста.
1. Подключаем всё в соответствии с рис 2. Подсоединяем транзистор к проводам с «крокодилами». Мощные транзисторы устанавливаем на радиатор (у меня отдельный радиатор площадью около 350 см2). Транзисторы типа Toshiba 2SA1943 и 2SC5200 я опускал в чашку с водой так, чтобы вода не касалась выводов.
2. Устанавливаем переключатель S1 в соответствии с типом измеряемого транзистора.
3. Устанавливаем предел измерения с минимальным током эмиттера для данного транзистора.
4. Включаем питание прибора переключателем S4.
5. Кратковременно включив тумблер S2 «Измерение», регистрируем напряжение на референсном резисторе и ток базы (напряжение на шунте в милливольтах).
6. Последовательно выбирая пределы измерения (токи эмиттера) переключателем S3, измеряем ток базы и напряжение на референсном резисторе для каждого значения тока эмиттера испытуемого транзистора пока не достигнем максимально возможного тока для данного транзистора.
7. Заносим результаты измерений в таблицу Excel, выполняем вычисления и строим диаграммы.
Допустимы ли измерения мощных транзисторов не на радиаторе, а в чашке с водой? Из моего опыта измерений мне кажется, что, если выводы транзистора необходимо погрузить в воду (например, для корпусов П217, П210, КТ908 и др.), то так можно измерять транзисторы только на этапе предварительного отбора. Речь о воде из-под крана. Возможно, в дистиллированной воде высокой очистки, возникающие при измерении утечки, будут несущественными.
Обращаю отдельное внимание на осторожность при измерении маломощных транзисторов. Транзисторы греются и погибают при использовании значительных токов эмиттера. Так, транзистор КТ3102Г еще «терпит» при токе порядка 77 мА, но практически мгновенно погибает при токе 100 мА и напряжении Uкэ 9,7 Вольт. Признаком использования предельных режимов является то, что показания тока базы на приборе при измерении не останавливаются на месте, а «ползут» при прогреве кристалла.
Ну, вот и финал моего повествования, его самая важная часть. Её величество практика, которая, как известно, является критерием истины.«Исторически» я начал освоение устройства с измерений мощных транзисторов, но начать изложение результатов я хочу с измерений маломощных транзисторов, в частности транзистора КТ3102Г, который имел выдающийся коэффициент усиления. В силу недостаточности моего опыта он погиб, но дал результаты измерений, с помощью которых я постараюсь ответить на вопрос: чем «β в приращениях» отличается от «просто β» в одной точке?
Я построил зависимость тока эмиттера этого транзистора от тока базы при фиксированном напряжении Uкэ, графики β и β в приращениях.
Рис. 8
При внимательном изучении верхнего графика можно сделать вывод о том, что мы имеем дело с S-образной кривой. График похож на траекторию взлетающего самолета. Начиная с точки пересечения осей координат, имеется небольшой криволинейный отрезок, обращенный выпуклостью вниз. Далее следует относительно прямолинейный отрезок, расположенный под углом к оси абсцисс. И завершает всё криволинейный участок, обращенный выпуклостью вверх.
Для ответа на поставленный в вопрос утрируем кривизну участков характеристики (рис. 9) и поставим на их границах две характерные точки (А и В).
Рис. 9 Вычисление β и βа-в по характеристике транзистора
Вычисляя β как отношение токов в одной точке, мы имеем дело с уравнением прямой, проходящей через начало координат. Практически вычисляем тангенс угла наклона к оси абсцисс прямой, проходящей через ноль и через заданную точку на кривой.
В случае вычисления β в приращениях, речь идет о прямой, проходящей через две точки на кривой. Вычисляем тангенс угла наклона к оси абсцисс прямой, не проходящей через начало координат. Если приращения малые, то мы имеем дело с касательной к кривой в данной точке. Понятно, что прямая, проходящая через точку и начало координат (прямая 1), и касательная в точке (прямая 3) не «обязаны» совпадать. Также понятно, что усилительные свойства транзистора характеризует именно β в приращениях — βпр, на рис. 9 это βа-в.
Однако измерять β в приращениях неудобно. Например, в схеме мультиметра реализовать это сложно. Вот и пользуются просто β.
Почему это возможно? Потому, что начальный участок обсуждаемой кривой для реального транзистора более плоский (Рис 8) и проекция линейного участка характеристики почти попадает в начало координат. В результате β и βпр отличаются незначительно. Собственно это и показывают приведенные графики. Всплеск кривой β в приращениях на начальном участке я связываю с погрешностями при измерениях довольно малых величин.
Для себя же я сделал вывод, что буду пользоваться при подборе транзисторов в пары зависимостью Iэ от Iб. На характеристике видно, с какого момента линия начинает «загибаться» к горизонту. На мой взгляд, это может служить основанием для выбора наиболее линейного участка работы транзистора.
Далее исследуем пару из КТ602 и КТ908. Эту пару транзисторов, например, использует в своих схемах Игорь Семынин. Ниже результаты измерения четырёх транзисторов КТ602Б.
Рис. 10
Отметим линейную форму характеристики до токов эмиттера порядка 50 мА.
Ниже на рис. 11 показаны результаты измерения транзисторов КТ908А. Транзисторы N20, N15, N10, N40 из лучшей (с точки зрения β) четверки. Транзисторы N12 и N17 из худшей пары.
В сухом остатке из партии в 25 штук удалось подобрать: четверку с β≈65; пять пар с β от 55 до 25.
Рис. 11При реализации известной схемы усилителя для наушников И. Семынина я воспользовался рекомендацией интернета: использовать пару Дарлингтона на КТ602Б + КТ908А с суммарной β в пределах 3500-4000. И поставил КТ602Б с β≈70, и КТ908А с β≈50.
При этом для выходного транзистора был установлен ток эмиттера 330 мА. Ток покоя эмиттера КТ602Б составил при этом примерно 6,6 мА. Глядя на графики, можно понять, что таким образом я установил режим входного транзистора в зоне довольно близкой к началу координат.
И становится понятной рекомендация Семынина поставить транзисторы КТ602Б с β≈110, и КТ908А с β≈30. В этом случае ток эмиттера КТ602Б составил бы 11 мА и транзистор работал на более линейном участке. Играет мой усилитель замечательно, но после измерений гложет желание поставить более «правильные транзисторы».
«На сладкое» результаты измерения «народных» транзисторов фирмы Toshiba 2SA1943 и 2SC5200.
Рис. 12
Транзисторы 2SA1943 собрались в три пары N01-N02, N03-N04, N05-N06 с погрешностью менее 10% (рис. 12).
Рис. 13
Транзисторы 2SC5200 «разбежались» больше (рис. 13). Вместе с тем, в парах N01-N05 и N02-N06 различия β укладываются примерно в 10%. Очень хорошей парой являются транзисторы N05-N06. Транзисторы N05 и N06 настолько близки, что на верхнем графике (рис. 13) характеристики почти совместились.
Транзисторы 2SA1943 N05-N06 и транзисторы 2SC5200 N05-N06, на мой взгляд, можно попробовать поставить в параллельный повторитель «Zarathustra» от Дмитрия Киреева (deemon).
Из графиков очевидно, что транзисторы Toshiba 2SC5200 и КТ908А сравнимы по линейности.
А, как же германий, спросите вы? Ну вот, пожалуйста, краткий анонс будущего исследования германиевых транзисторов. Пока транзисторы с низкой граничной частотой.
На рис. 14 показаны результаты измерений четырех транзисторов П217.
Рис. 14
На рис. 15 показаны результаты измерений четырех транзисторов П215.
Рис. 15
На рис. 16 показаны результаты измерений 4 транзисторов П210В.
Рис. 161. Схема бетника из «Радиогазеты», на мой взгляд, работоспособна не во всех ситуациях и не во всех комплектациях.
2. После доработки устройство позволяет измерять коэффициент усиления по току в схеме общим эмиттером для биполярных маломощных транзисторов, транзисторов средней и большой мощности структуры «p-n-p» и «n-p-n».
3. Опыт применения устройства показывает, что измерения осуществляются с высокой производительностью. Основное время уходит на монтаж и демонтаж транзистора на радиатор. За час реально измерить 10-20 транзисторов.
4. Результаты измерений позволяют рассчитывать коэффициент усиления по току, как в отдельных точках, так и в приращениях, а также ориентироваться при выборе тока покоя транзисторов.
5. Оборотной стороной простоты схемы является отсутствие защиты. При подключении «p-n-p» транзистора с закороченным «К-Э» переходом я дважды сжег TL431. Транзисторы (особенно б/у) нужно предварительно звонить.
1. Книга — Р. Сворень, «Транзисторы. Шаг за шагом», 1971 г., стр. 201
2. Исходная статья про неудачный Бетник из Радиогазеты
3. Статья И. Семынина про усилитель для наушников
4. Усилитель «Заратустра» на Веге
▼ datagor.ru-bettnik.7z 413.3 Kb ⇣ 80
Удачных вам измерений!
Камрад, рассмотри датагорские рекомендации
🌼 Полезные и проверенные железяки, можно брать
Опробовано в лаборатории редакции или читателями.
Load Pull измерения на пластине на базе оборудования компании MPI, Rohde&Schwarz и Focus Microwaves
При проектировании и разработке СВЧ-устройств вопросы передачи максимальной мощности сигнала, увеличения коэффициента усиления или КПД добавленной мощности являются наиболее актуальными. В случае несогласованности импеданса между отдельными модулями возникают переотражения и рассеивание сигнала, а также тепловыделение. В некоторых областях применения (например, 5G) мощность сигнала и без того является малой величиной, поэтому для разработчиков особенно важно исключить потери полезного сигнала. Для этого все блоки и элементы готового устройства должны быть согласованы по входному и выходному импедансу, как правило, на 50 Ом. Однако, до этапа согласования импеданс некоторых компонентов может сильно отличатся от стандартного в связи c их конструкцией, корпусом или даже протекающими физическими процессами. Таким образом, процесс согласования импеданса является неотъемлемым этапом разработки.
На практике при проектировании мощных СВЧ-устройств (к примеру усилителей мощности, силовых транзисторов) для определения наиболее эффективного режима работы устройства используют Load Pull измерения. С помощью данных измерений возможно определить оптимальный режим работы устройства при изменении импеданса на его входе и выходе. А затем, уже зная эти параметры, существует возможность спроектировать систему согласования под стандартные 50 Ом, а также создать поведенческую модель для дальнейшего использования в САПР.
Load Pull измерения наиболее востребованы при разработке СВЧ-усилителей мощности, характеризации транзисторов и измерении шумовых параметров, в которых требуется проводить измерения при разных значениях импеданса на входе устройства. В общем виде процесс проведения Load Pull измерений состоит из следующих этапов:
- Изменение импеданса на входе/выходе устройства
- Измерение ключевых параметров устройства таких как выходная мощность, коэффициент усиления, КПД добавленной мощности и т.д.
- Определение наиболее подходящего импеданса
- Разработка согласующей системы с использованием САПР
Особое место занимают Load Pull измерения на пластине. Такие измерения позволяют значительно сократить время и средства при разработке нового устройства за счет исключения процесса корпусирования. Это особенно актуально, если речь идет о микроволновых монолитных интегральных схемах (MMIC). С другой стороны, такие измерения требуют специального оборудования для осуществления надежного контактирования с пластиной.
Типовая схема для проведения векторных Load Pull измерений на пластине с помощью оборудования Rohde&Schwarz и Focus Microwaves представлена на рисунке 1. Используя векторный анализатор цепей (ВАЦ) серии ZVA c четырьмя независимыми источниками и двумя независимыми приемниками на каждом тестовом порту, возможно проводить не только фундаментальные, но и гибридные (активные + пассивные) гармонические Load Pull измерения. Кроме того, архитектура ВАЦ также позволяет добавить опорный источник фазы для проведения измерений во временной области, а также для создания поведенческой модели исследуемого устройства.
Рисунок 1. Схема подключения измерительных приборов для проведения векторных Load Pull измерений
Как видно из схемы на рисунке 1, тюнеры импеданса размещены в непосредственной близости с объектом исследования. Это требуется для того, чтобы минимизировать количество соединений на этом участке и, соответственно, уменьшить потери на пути от тюнера импеданса до объекта контроля. В противном случае диапазон подстройки тюнера будет значительно снижен (рисунок 2).
Рисунок 2. Диапазон подстройки тюнера при разных вариантах соединения
При работе с малыми значениями импеданса, что особенно актуально для транзисторов, необходимо прямое подключение тюнера импеданса к СВЧ-головке (рисунок 3). Реализация такого подключения является непростой задачей, особенно при измерении на пластине, учитывая, что вес традиционных тюнеров может достигать до нескольких десятков килограмм, а их габариты могут превышать размеры самой зондовой станции. Непосредственно для этих задач компания Focus Microwaves разработала серию электромеханических тюнеров DELTA, которая исключает необходимость использования кабелей и переходников, что позволяет значительно снизить вносимые потери и увеличить диапазон подстройки импеданса. Серия тюнеров DELTA включает в себя фундаментальные и гармонические тюнеры с диапазоном частот от 2 до 110 ГГц.
Рисунок 3. Слева: традиционный тюнер с кабелем; справа: DELTA тюнер
Данный тип тюнеров обладает малыми габаритными размерами и весом, за счет чего их можно разместить непосредственно на зондовой станции, соединив напрямую с СВЧ-головкой. Кроме того, конструкция тюнера позволяет расположить оптическую систему непосредственно над ним для обеспечения визуального контроля щупов головки при осуществлении контакта с тестируемым устройством.
Зондовые станции серии TS (TS150-THZ, TS200-THZ) производства компании MPI (рисунок 4) разработаны непосредственно для проведения СВЧ-измерений, в том числе в миллиметровом диапазоне длин волн, и полностью отвечают основным требованиям интеграции с преобразователями частоты R&S ZVA-Z и тюнерами импеданса Focus Microwaves серии DELTA.
|
|
Рисунок 4. Внешний вид установки MPI TS200-THZ для Load Pull измерений
Запатентованная конструкция стола на воздушных подшипниках (рисунок 5) обеспечивает быстрое и плавное перемещение одной рукой исследуемого образца в нужную область с последующей точной настройкой с помощью микрометрических винтов. Кроме того, зондовые станции серии THZ позволяют проводить подстройку высоты стола в диапазоне 10 мм под конкретную модель тюнеров импеданса.
|
|
Рисунок 5. Принципиальная схема стола на воздушных подшипниках
Для обеспечения точного контактирования с устройством и исключения поломки СВЧ-головок предусмотрен трехпозиционный рычаг, регулирующий положение столешницы зондовой станции относительно стола. В исходной позиции рычага (рисунок 6.а) исключен какой-либо контакт игл с пластиной, а также предусмотрен специальный блокиратор для предотвращения случайного перемещения рычага. В положении выравнивания (рисунок 6.б) рычаг обеспечивает размещение игл на расстоянии 50 мкм от поверхности пластины и тем самым оператор имеет возможность наблюдать иглы СВЧ-головки одновременно со структурой пластины через оптическую систему. В таком положении возможно точно спозиционировать иглы относительно контактных площадок. В третьем положении рычага (рисунок 6.в) осуществляется контакт с исследуемым устройством с воспроизводимостью 1 мкм. Такой механизм контактирования позволяет проводить точное размещение игл на образце, а также исключить случайное повреждение СВЧ-головок в процессе эксплуатации.
Рисунок 6. а – отсутствие контакта; б – режим выравнивания; в – контакт
Специальные держатели совместно с микропозиционером MP80-DX (рисунок 7) обеспечивают расположение тюнеров под наклоном к пластине, их непосредственное соединение с СВЧ-головками, а также установку преобразователей частоты на одной платформе с тюнерами. Как было сказано ранее, такой способ позволяет увеличить диапазон подстройки импеданса, а также исключить перемещение и перегибы кабелей во время проведения измерений.
Рисунок 7. Специальный держатель для тюнера импеданса серии DELTA
Микропозиционер MP80-DX (рисунок 8) имеет четыре оси вращения и оснащен микрометрическими винтами для обеспечения точного позиционирования, что особенно актуально для проведения TRL-калибровки при работе в субтерагерцовом диапазоне частот.
|
|
|
Рисунок 8. Слева: микропозиционер MP80-DX со встроенным микрометром по оси X для точного позиционирования СВЧ-головки; справа: преобразователь частоты R&S ZVA-Z, размещенный на микропозиционере
Особое внимание стоит уделить исключению вибраций как внешних, так и возникающих за счет ненадежного крепления отдельных узлов системы. Поскольку тюнеры импеданса имеют значительный вес, а сами измерения занимают довольно много времени, зондовая станция должна иметь надежную конструкцию, которая исключает любые люфты. На рисунке 9 представлена калибровочная структура THRU и что с ней может произойти в случае некорректной фиксации тюнера. Измерения, проведенные в таких условиях, могут быть значительно искажены, а само оборудование (СВЧ-головки, калибровочная подложка и т.д.) подвержены повышенному износу. При наличии внешних вибраций требуется дополнительно использовать виброизоляционный стол.
Рисунок 9. Калибровочная структура THRU: a – исходное состояние; б – после измерения S-параметров; в – после проведения калибровки тюнеров; г – после проведения Load Pull измерений
Еще одним важным моментом, который требует рассмотрения, является проведение надлежащей калибровки на высоких частотах (более 50 ГГц). Среди основных паразитных эффектов, которые снижают точность калибровки, являются:
- взаимодействие с соседними калибровочными структурами на подложке (рисунок 10)
- перекрестные помехи через подложку
- возбуждение и распространение мод более высокого порядка электромагнитной волны (рисунок 11)
Решить описанные проблемы можно с помощью использования специального керамического покрытия стола, вместо стандартного металлического. Керамика позволять осуществить диссипацию энергии в «бесконечной» калибровочной подложке, за счет отсутствия границы раздела калибровочная подложка – металлический стол, и тем самым повысить точность калибровки.
Рисунок 10. Иллюстрация взаимодействия с соседними калибровочными структурами и перекрестных помех через калибровочную подложку
Рисунок 11. Распространение электромагнитной волны в калибровочной подложке при использовании стандартного металлического стола (слева) и стола с керамическим верхним покрытием (справа)
Для упрощения процедуры калибровки и исключения каких-либо ошибок со стороны оператора компания MPI разработала программное обеспечение QAlibria. Данное ПО сочетает в себе русскоязычный интерфейс, поддержку всех моделей ВАЦ компании R&S и большинства других производителей, а также совместимо с ПО StatistiCAL Plus, разработанное NIST для проведения TRL-калибровки (рисунок 12). Благодаря интуитивно понятному интерфейсу, ПО может быть использовано даже оператором без особого опыта в СВЧ-измерениях. После выполнения калибровки ПО QAlibria отправляет все необходимы поправочные данные в ВАЦ для их учета при последующих измерениях.
Рисунок 12. Программное обеспечение QAlibria для проведения калибровки СВЧ-головок
Пример готового рабочего места для проведения Load Pull измерений на пластине представлен на рисунке 13. Комплекс основан на оборудовании MPI, Focus Microwaves и Rohde&Schwarz и позволяет работать в частотном диапазоне до 110 ГГц.
Рисунок 13. Пример рабочего места для проведения Load Pull измерений на пластине на базе оборудования MPI, Focus Microwaves и Rohde&Schwarz.
Как показано в данной заметке, именно комплексный подход в построении рабочего места позволяет решить множество проблем при проведении Load Pull измерений на уровне пластины и сконцентрироваться непосредственно на разработке устройства. Многолетний опыт инженеров и совместные научные исследования компаний MPI, R&S и Focus Microwaves позволят сократить временные издержки при разработке изделия и ускорить выход продукта на рынок.
Компания ТБС совместно с российским представительством компании Rohde&Schwarz готовы продемонстрировать рабочее место на базе векторного анализатора R&S, зондовой станции MPI и тюнеров импеданса Focus Microwaves. Для записи на демонстрацию вы можете связаться с нами по указанным ниже контактам:
Email: [email protected]Тел: +7 (495) 287-85-77
Перспективы развития мощных полевых транзисторов на гетероструктурах с донорно-акцепторным легированием
Перспективы развития мощных полевых транзисторов на гетероструктурах с донорно-акцепторным… 691
в миллиметровом мм диапазоне длин волн. Сейчас
лучшие образцы GaN-транзисторов на частоте 40 ГГц
демонстрируют малосигнальный коэффициент усиления
около 7 дБ при длине затвора 80 нм [30]. Если приве-
денные выше оценки верны, то на новых структурах
этот же коэффициент усиления можно будет получить
в насыщении мощности при длине затвора 0.25 мкм.
Не менее перспективным выглядит применение данно-
го технического приема в малошумящих транзисторах.
Простая, очень грубая оценка [31]показывает, что при
прочих равных условиях коэффициент шума обратно
пропорционален коэффициенту усиления
Fmin ∼1/Ky,
а коэффициент усиления в транзисторах на новых ге-
тероструктурах почти в 2 раза выше, чем на обыч-
ных. Однако корректно ответить на этот вопрос может
только разработка на практике специальных вариантов
конструкции структур с донорно-акцепторным легиро-
ванием для малошумящих транзисторов и изготовление
приборов на их основе.
Как отмечалось выше, одно из возможных досто-
инств разработанных гетероструктур — это, в частно-
сти, уменьшение числа горячих электронов, уходящих
в буфер, улучшение управления током при высоких
напряжениях на затворе. Данный эффект может иметь
важное самостоятельное значение. Введение высокого
потенциального барьера для горячих электронов со сто-
роны буфера может решить проблемы управляемости
GaN-транзисторов при нанометровых длинах затворов,
и возможно, проблемы токов утечки в цифровой тех-
нике при переходе к транзисторам с длинами затворов
порядка 10 нм.
3. Заключение
Представлены первые результаты разработки мощных
полевых транзисторов на гетероструктурах на основе
арсенида галлия с оптимизированной квантовой ямой
и дополнительными потенциальными барьерами, сфор-
мированными с помощью p+−i−δn-слоев. Транзисто-
ры при длине затвора 0.4−0.5 мкм и общей ширине
затвора 0.8 мм на частоте 10 ГГц имеют коэффициент
усиления более 9 дБ, удельную выходную мощность
более 1.6 Вт/мм, кпд по добавленной мощности до 50%.
Простые оценки показывают, что оптимизация пара-
метров гетероструктуры и использование T-образного
или Ŵ-образного затвора длиной менее 0.25 мкм поз-
волит выйти при частоте входного сигнала 10 ГГц на
уровень удельной мощности более 2.5 Вт/мм при ко-
эффициенте усиления более 13 дБ и кпд по добавлен-
ной мощности 55−60%, а введение полевого электрода
при той же длине затвора позволит достичь величин
удельной мощности около 5 Вт/мм при коэффициенте
усиления не менее 8 дБ.
Формирование локализующих потенциальных барье-
ров методом использования донорно-акцепторного ле-
гирования выглядит крайне перспективным для умень-
шения токов утечки по буферу, а также улучшения
управляемости нитрид-галлиевых полевых транзисторов
и уменьшения токов утечки кремниевых полевых тран-
зисторов при нанометровых длинах затворов. Получен-
ные результаты и проведенные оценки позволяют пред-
положить, что если в ближайшее время не произойдет
существенное улучшение характеристик транзисторов
на основе GaN (например, за счет усиления локализации
горячих электронов в слое канала путем использования
того же донорно-акцепторного легирования), то они мо-
гут существенно утратить свои доминирующие позиции
вX-диапазоне и на более высоких частотах, особенно в
аппаратуре, требующей малого рабочего напряжения.
Работа выполнена при частичной финансовой под-
держке Министерства образования науки и России.
Список литературы
[1]А.А. Кищинский. Матер. 19-й Междунар. Крымской
конф. ”СВЧ-техника и телекоммуникационные техно-
логии“. (Севастополь, Вебер, 2009)с. 11.
[2]А.А. Кальфа, А.С. Тагер. Электрон. техн., сер. 1, Электро-
ника СВЧ, 12 (348), 26 (1982).
[3]C. Gaquiere, J. Grunenutt, D. Jambon, E. Dolos, D. Ducatteau,
M. Werquin, D. Treron, P. Fellon. IEEE Electron. Dev. Lett.,
26 (8), 533 (2005).
[4]M.V. Baeta Moreira, M.A. Py, M. Gailhanou, M. Ilegems. J.
Vac. Sci. Technol. B, 10, 103 (1992).
[5]C.S. Wu, F. Ren, S.J. Pearton, M. Hu, C.K. Pao, R.F. Wang.
IEEE Trans. Electron. Dev., 42, 1419 (1995).
[6]И.С. Василевский, Г.Б. Галиев, Е.А. Климов, В.Г. Мокеров,
С.С. Широков, Р.П. Имамов, И.А. Субботин. ФТП, 42,
1102 (2008).
[7]L.J. Kushner. Microwave J., 87 (1990).
[8]TriQuint Semiconductor, Advance Product Information, Sept.
19, 2005 Web: www.triquint.com.
[9]Н.А. Кувшинова, В.Г. Лапин. В.М. Лукашин, К.И. Петров.
Радиотехника, 11, 90 (2011).
[10]А.В. Климова, В.М. Лукашин, А.Б. Пашковский. ФТП, 43,
113 (2009).
[11]A.K. Saxena. J. Phys. C, 13, 4322 (1980).
[12]З.С. Грибников, О.Э. Райчев. ФТП, 23, 2171 (1989).
[13]J. Zou, Z. Abid, H. Dong, A. Gopinath. Appl. Phys. Lett. 58,
2411 (1991).
[14]J. Zou, H. Dong, A. Gopinath, M.S. Shur. IEEE Trans.
Electron Dev., ED-39, 250 (1992).
[15]Патент РФ на полезную модель № 80069 по заявке
№ 2008133793. Приоритет от 19.08.2008.
[16]М. Шур. Современные приборы на основе арсенида
галлия (М., Мир, 1991)с. 312.
[17]А.А. Кальфа, А.Б. Пашковский. ФТП, 22, 2090 (1988).
[18]Н.А. Банов, В.И. Рыжий. Микроэлектроника, 15, 490
(1986).
[19]В.А. Николаева, В.Д. Пищалко, В.И. Рыжий, Г.Ю. Хренов,
Б.Н. Четверушкин. Микроэлектроника, 17, 504 (1988).
[20]В.Е. Чайка. Техн. электродинамика, 3, 85 (1985).
8∗Физика и техника полупроводников, 2014, том 48, вып. 5
Прибор для проверки усиления транзисторов, Краснодар, Белецкий А. И.
Прибор для проверки транзисторов позволяет точно замерять следующие параметры.
· Коэффициент усиления h31э маломощных транзисторов.
· Коэффициент усиления h31э мощных транзисторов.
· Минимальное напряжение питания коллекторной цепи, при котором сохраняется линейный динамический режим работы маломощных транзисторов.
· Минимальное напряжение питания коллекторной цепи, при котором сохраняется линейный динамический режим работы мощных транзисторов.
· Полярность и соответствие выводов маломощных транзисторов.
· Полярность и соответствие выводов мощных транзисторов.
Работа схемы в режиме измерения коэффициента транзисторов.
Эта схема стабилизирует в проверяемом транзисторе ток Б/Э, при этом транзистор открывается и начинает течь ток К/Э, который вызывает падение напряжения на нагрузочных резисторах 36 и 360 ом, для мощных и маломощных транзисторов соответственно. Миллиамперметр при этом измеряет ток или напряжение базы транзистора.
h31э = Iэ/Iб, у нас ток эмиттера стабилизирован, при таком режиме измеряя базовый ток можно легко высчитать h31э и сразу отградуировать шкалу миллиамперметра в единицы коэффициента усиления транзистора.
В режиме вольтметра в цепи базы можно находить минимальное напряжение, при котором базовые и эмиттерные токи проверяемого транзистора перестают зависеть от коллекторного напряжения. Этот параметр важен для оптимизации питающих напряжений усилителей НЧ, транзисторных каскадов отвечающих за линейность преобразуемых сигналов, полу мостовых и мостовых инверторов, и т. д.
Преобразователь напряжения выполнен на двухтактном микроконтроллере электронных пускорегулирующих аппаратов ЭПРА 1211ЕУ1, по типовой схеме включения. Микросхема представляет специализированный микроконтроллер с питанием от 3 до 24 Вольт, с малой потребляемой мощностью, выполненного на полевых транзисторах. Данный контроллер имеет двухтактный выходной каскад с защитным интервалом, содержит малое количество навесных элементов, имеет два вывода для защиты по питанию, вывод для выбора рабочей частоты, максимальный выходной ток 250 мА.
Преобразователь вырабатывает постоянное напряжение 25-30 Вольт для обеспечения режима измерения минимального напряжения, при котором базовые и эмиттерные токи проверяемого транзистора перестают зависеть от коллекторного напряжения.
Обозначение и краткое описание параметров и режимов транзисторов.
Для понимания процесса измерения параметров транзисторов, необходимо знать по каким критериям оцениваются измеряемые параметры.
Параметры четырехполюсника взаимосвязаны по определенным системам уравнений, описывающих происходящие процессы.
Если в данное время чаще пользуются одна система, это не значит, что других систем не существует. Существует несколько признанных систем параметров транзисторов.
1. Когда в базовых переменных взяты токи, такая система будет называться, система z — параметров.
Z-система применяется для области низких частот, потому что в ней не учтены реактивные элементы.
По ней измеряются характеристические сопротивления в режиме холостого хода по переменному току, поэтому она вошла в историю как система параметров холостого хода.
В z-системе значения параметров обозначаются буквами r и z.
2. Если в базовых переменных взяты напряжения, такая система будет называться — система y — параметров.
Здесь параметры выражаются в виде полных проводимостей и определяются в режиме короткого замыкания. В y-системе для низких частот параметры определяются активной составляющей проводимости.
В y-системе значения параметров обозначаются буквами g.
Систему y-параметров удобно применять для характеристики параметров плоскостных транзисторов, так как при этом не нужно создавать режима холостого хода. Режим короткого замыкания по переменному току в этой системе создается шунтированием выхода конденсатором.
В этой системе возникают трудности при измерении проводимости обратной связи g12, Потому что для этого измерения необходимо создать режим короткого замыкания на входе транзистора.
Y-систему удобно применять для расчетов, особенно если есть необходимость сравнить транзисторный каскад с ламповым. Параметры этой системы наиболее близки к параметрам электронных ламп.
Эту систему можно назвать системой режима короткого замыкания.
3. Если в базовых переменных взяты входные токи и выходные напряжения, такая система будет называться — система h — параметров. Она же смешанная система.
Смешанная система является наиболее удобной для определения параметров транзисторов.
В h-системе значения параметров обозначаются буквами hб, hэ, hк, для базовых, эмиттерных и коллекторных цепей соответственно.
Коэффициент передачи тока или коэффициент усиления по току.
Коэффициентом передачи тока называют отношение тока коллектора к вызвавшему его току базы.
Коэффициент передачи тока h31 в системе h параметров имеет следующие обозначения.
· h31б коэффициент передачи тока в схемах с общей базой, это hб параметры.
· h31э коэффициент передачи тока в схемах с общим эмиттером, это hэ параметры.
· h31к коэффициент передачи тока в схемах с общим коллектором, это hк параметры.
Но для коэффициента передачи тока есть общее обозначение, применяемое во всех трех приведенных системах параметров, обозначаемое греческими буквами Альфа и Бэта, которое имеет следующий вид.
· Греческой буквой Альфа, обозначается коэффициент усиления по току для транзисторов, включенных по схеме с общей базой — ОБ. Он же обозначается как -h31б. Алфа = — h31б.
· Греческой буквой Бэта, обозначается коэффициент усиления по току для транзисторов, включенных по схеме с общим эмиттером — ОЭ. Он же обозначается как -h31б. Вэта = h31э.
Для справки.
Транзисторы, у которых между коллектором и эмиттером включен диод, защищающий транзистор от инверсных (обратных) токов, возникающих в результате переходного процесса при работе на индуктивную нагрузку и при возникающем изменении полярности питающего напряжения. Такие транзисторы не пригодны для использования в инверторных мостовых схемах.
Кому для понимания процесса измерения необходима общая информация о коэффициентах усиления транзисторов и классификации параметров их работы обращайтесь к статье —
Здесь вкратце описано появление первого транзистора.
Испытатель транзисторов.
Возникшие вопросы можно решить по электронной почте или по телефону.
С ув. Белецкий А. И. 01.2011г. Кубань Краснодар.
[PDF] Измерение параметров полевых транзисторов
Download Измерение параметров полевых транзисторов…
ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТРАНЗИСТОРОВ А. СОБОЛЕВСКИЙ Журнал Радио 12 номер 1971 год. http://chipinfo.ru/literature/radio/197112/p43-45.html Как оценить качество транзистора? Какие параметры транзистора надо знать, чтобы предугадать его работу в приемнике, усилителе? Как измерить эти параметры? Транзистор является трехэлектродным полупроводниковым прибором. В нем два р-n перехода: эмиттерный — между эмиттером и базой, и коллекторный — между коллектором и базой. Упрощенная схема транзистора, структуры р-n-р изображена на рис. 1. Эмиттерный переход включен в прямом направлении — к эмиттеру подключен положительный, а к базе отрицательный полюса батареи Б1. Ток эмиттера Iэ, текущий через этот р-n переход, быстро растет с увеличением напряжения Uэб. Напряжение Uэб для маломощного транзистора не должно превышать нескольких долей вольта, иначе эмиттерный переход, будет разрушен.Коллекторный р-n переход включают, наоборот, в обратном направлении — к коллектору подключают минус, а к базе — плюс питающей батареи. Через переход идет небольшой обратный ток коллектора Iк0. У исправных маломощных транзисторов Iк0 не превышает нескольких микроампер, а у мощных транзисторов — сотен микроампер. Обратный ток коллектора практически не зависит от величины напряжения Uкб. При одновременном включении обоих р-n переходов транзистора, как это показано на рис. 1, ток цепи коллектора Iк значительно возрастет и будет слагаться из двух его составляющих: обратного тока коллектора Iк0 и части тока эмиттера, проходящей через эмиттерный и коллекторный переходы. Из рис. 1 видно, что не весь ток эмиттера Iэ превращается в ток коллектора, а часть его ответвляется в базу. Таким образом ток базы Iб=Iэ- Iк. Отношение величины тока коллектора к току эмиттера принято обозначать буквой α («альфа») и называть коэффициентом передачи тока:
Так как ток коллектора Iк меньше тока эмиттера Iэ, то коэффициент α всегда меньше единицы. У хороших транзисторов коэффициент α весьма близок к единице (0,95—0,99). Вторая составляющая коллекторного тока равна αIэ, то есть ток коллектора Iк=αIэ+Iко.
Ток эмиттера Iэ можно легко менять в больших пределах, изменяя напряжение Uэб. При этом будет изменяться и ток коллектора, так как его составляющая αIэ зависит от тока эмиттера. Но изменение тока коллектора происходит в цепи с большим, чем в цепи эмиттер-база, напряжением, и если сопротивление его нагрузочного резистора Rн достаточно большое (килоомы и более), на нем возникает значительное по величине падение напряжения. Следовательно, если амплитуда изменения напряжения в цепи эмиттерного перехода измеряется сотыми долями вольта, то в цепи коллекторного перехода она будет измеряться уже десятыми долями вольта, то есть произойдет усиление сигнала по напряжению и мощности. Поскольку коэффициент α всегда меньше единицы, поэтому транзистор, казалось бы, не дает усиления по току. Но это только в том случае, если общим электродом входной и выходной цепей транзистора является база, то есть транзистор включен по схеме с общей базой (см. рис. 1). Но транзистор можно включить по схеме с общим эмиттером (рис. 2), когда общим электродом входной и выходной цепей служит эмиттер. В этом случае входным током является ток базы Iб, и коэффициентом усиления транзистора, обозначаемым буквой β («бета»), будет отношением выходного тока коллектора Iк к току базы то есть
Если в эту формулу подставить выражения для Iк и Iб, уже приведенные здесь, и пренебречь током Iк0, поскольку он очень мал по сравнению с составляющей коллекторного тока αIэ, коэффициент β можно подсчитать по формуле:
Подставьте в эту формулу любое значение α, и вы убедитесь, что коэффициент β всегда больше единицы. Например, при α=0,9 коэффициент β=9. Таким образом, если при включении транзистора по схеме с общей базой происходит усиление по напряжению, то при включении его по схеме с общим эмиттером происходит усиление и по току, то есть входной ток базы Iб всегда меньше выходного тока коллектора Iк. Чем больше коэффициент β, тем, естественно, больше усиление входного сигнала. Итак, ток цепи коллектора слагается из составляющей αIэ, управляемой током базы Iб, и неуправляемой составляющей Iк0. Обратный ток коллектора Iк0 так мал, что говорить о том, что он снижает максимальную мощность транзистора и понапрасну растрачивает энергию, питания, можно лишь теоретически. Но беда в том, что ток Iк0 сильно зависит от температуры — такова его физическая природа. Этим он и наносит транзисторной аппаратуре большой вред. Если базу транзистора соединить с эмиттером через резистор небольшого сопротивления (500—1000 ом для маломощных транзисторов), то в коллекторной цепи установится начальный ток коллектора Iкн=Iк0x(β + 1). Это неуправляемая составляющая коллекторного тока транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером. Ток Iкн, как видите, зависит от тока Iк0 германиевых транзисторов. Ток Iк0 примерно удваивается на каждые 10°С повышения температуры. И хотя сам ток Iк0 невелик, но при его изменении увеличивается начальный ток коллектора Iкн, который больше его в β + 1 раз. Например, если ток Iк0 при температуре 20 °С составлял 5 мка, то при увеличении температуры транзистора до 40 °С ток Iк0 возрастет до 20 мка. Возрастание тока Iк0 на 15 мка — это еще не так много. Но если транзистор имеет коэффициент усиления β =25, то начальный ток коллектора изменится с Iкн1=5 (25+l) = 130 мка до Iкн2= 20 (25+1)=520 мка, то есть на 390 мка!
При нормальной работе транзистора к неуправляемой составляющей тока коллектора добавляется управляемая составляющая Iб•β, в связи с чем общая формула коллекторного тока принимает такой вид: IК=IКН+ Iб•β. Таким образом изменение тока Iкн почти на 0,4 ма при увеличении температуры на 20 °С вызовет такое же изменение тока коллектора, а значит и изменение режима работы транзистора и всех параметров транзисторного каскада. Для борьбы с этим неприятным явлением в транзисторные каскады вводят специальные цепи, компенсирующие изменения токов, вызываемые колебаниями температуры окружающей среды и самого транзистора. Тем не менее транзистор стараются подобрать с возможно малым обратным током коллектора Iко, чтобы возможно меньшими были температурные изменения коллекторного тока. Что же касается начального тока коллектора Iкн, то он зависит как от величины обратного тока Iк0, так и от коэффициента β. Чем больше Iк0 и β , тем больше ток Iкн. Выбирая транзистор, надо особое внимание обратить на устойчивость токов Iк0 и IКн они не должны изменяться самопроизвольно. Транзистор с нестабильными токами Iк0 и Iкн работает неустойчиво. Как же измерить токи Iк0 и Iкн? Схема для измерения тока Iк0 показана на рис. 3. На коллектор подается обратное напряжение UK= 2÷5 в. Резистор R0, ограничивающий ток, служит защитой измерительных приборов на случай, если транзистор окажется с пробитым коллекторным переходом. Сопротивление R0 выбирают из условия R0=0,1 Uкб/Iк0. Прибор mА должен показывать единицы микроампер. Измеренный ток Iк0 позволяет оценить качество только коллекторного перехода транзистора. А вот по начальному току коллектора Iкн, измеренному по схеме на рис. 4, можно судить о работоспособности уже всего транзистора, так как в этом случае включены оба его р-n перехода. Резистор Rб (для маломощных транзисторов — 500 — 1000 ом, для мощных — 1 — 2 ома) обязательно должен быть включен между базой и эмиттером, иначе результаты измерений будут искажены. Такие измерения можно производить вольтметром с очень высоким входным сопротивлением. Надо сказать, что в последнее время ведется работа по унификации обозначения параметров транзисторов. Ток Iк0 все чаще обозначают Iкбо к называют начальным током коллекторного перехода, а ток Iкн обозначают Iкзк и называют начальным током короткого замыкания. С измерением коэффициента усиления транзистора дело обстоит сложнее. Объясняется это тем, что для более точного определения коэффициентов α и β надо измерять не постоянные токи, как говорилось ранее, Iб, Iэ и Iк, а очень малые приращения этих токов, то есть производить измерения на переменном токе и при малом сигнале:
при неизменном напряжении Uкб
неизменном напряжении U кэ Эти коэффициенты зависят, кроме того, от тока эмиттера, поэтому для каждого типа транзистора рекомендуют определенный ток эмиттера, при котором значение коэффициента усиления близко к максимальному. Правда, коэффициенты усиления зависят и от напряжения на коллекторе, но слабо. Эта зависимость сказывается только при очень малых коллекторных напряжениях, при которых транзистор обычно не эксплуатируют, либо при очень больших напряжениях, близких к максимально допустимым. И хотя при повышенных напряжениях коэффициенты усиления резко увеличиваются, такой режим работы транзистора практически не используется, так как очень возрастает опасность пробоя коллекторного перехода. Итак, чтобы измерить коэффициент усиления транзистора, надо, во-первых, поставить транзистор в определенный режим работы по постоянному току, то есть установить необходимые UK3 и Iэ, а, во-вторых, вести измерение на переменном токе, измеряя малые приращения токов его электродов. Все это усложняет измерения и требует чувствительных и точных приборов, ибо измерять малые приращения токов не так-то просто.
Радиолюбители обычно пользуются более простыми методами измерения коэффициента усиления транзистора. Чаще всего этот параметр измеряют на постоянном токе, то есть измеряют не α или β , а статический коэффициент усиления ВСТ, представляющий собой отношение ВСТ = IК/Iб но при условии, что ток коллектора и ток базы много больше тока Iко. Коэффициент Вст обычно не равен коэффициенту β при малых токах коллектора он меньше β при больших — больше. Ошибка не столь велика (не более 30—40%) и в любительской практике ею можно пренебречь. Радиолюбители часто коэффициент Вст измеряют при фиксированном токе базы Iб (рис. 5). В этом случае электроизмерительный прибор, включенный в коллекторную цепь транзистора, показывает ток коллектора Iк, который в Вст раз больше тока Iб. Шкалу прибора можно проградуировать непосредственно в значениях Вст. Казалось бы, просто, но за эту простоту приходится расплачиваться погрешностями измерения. Дело в том, что при таких измерениях не учитывается влияние начального тока коллектора Iкн=Iко (β+1), а ведь IH=IKH+Iбβ. Ток Iкн зависит от тока Iк0 и коэффициента β, следовательно, у разных транзисторов он будет неодинаков и внесет различную погрешность в измерения. Далее: предполагается, что ток базы всегда один и тот же, поскольку сопротивление Rб велико (ток базы определяют по формуле Iб= Uб/Rб и для маломощных транзисторов устанавливают равным 50—100 мка). Фактически же ток базы определяетЧтобы уменьшить искажения, надо измерять и ток базы, для чего прибор придется несколько усложнить (рис. 6). Пользуясь таким прибором, можно, во-первых, устанавливать два значения тока базы, например, 50 и 100 мка, а во-вторых, производить измерения таким образом, что будет уменьшена погрешность, связанная с влиянием тока
Iко. Для этого сначала измеряют ток коллектора Iк1 при положении переключателя В на контакте -1 (ток базы Iб1), затем переключатель переводят в положение 2 и измеряют новые значения токов Iк2 и Iб2. Коэффициент Вст вычисляют по формуле:
Кстати, коэффициент Вст можно измерять при фиксированном токе коллектора, как это показано на рис. 7. Переменным резистором R1 устанавливают ток Iк, равным, например, 1 ма, а шкалу этого резистора градуируют непосредственно в значениях Вст (исходя из предположения, что Вст=Iк/Iб). Резистор R2 ограничивает ток базы. Подобными простыми приборами вполне можно пользоваться, так как в подавляющем большинстве случаев радиолюбителя транзистор интересует прежде всего с точки зрения его работоспособности. Конечно, при их помощи нельзя определить, что транзистор, например, имеет коэффициент β именно 30, а не 25 и не 35. Но ведь такой точности радиолюбителю и не нужно, она необходима только для инженерных расчетов, когда сначала за письменным столом или на макете определяются допустимые отклонения коэффициентов усиления транзисторов для конкретного устройства, а затем в цехе проводится соответствующий подбор транзисторов. Радиолюбитель же обычно подбирает другие детали устройства под имеющиеся транзисторы, а не наоборот, как это бывает в промышленности. В заключение скажем, что по новой терминологии коэффициент α, измеренный на переменном токе в схеме с общей базой, обозначают h31б и называют коэффициентом передачи тока; коэффициент β, измеренный на переменном токе в схеме с общим эмиттером, обозначают h31э и называют коэффициентом передачи тока на малом сигнале, а коэффициент Вст обозначают h31э — то же, что h31э, но на большом сигнале. ЛИТЕРАТУРА 1. В. П. Морозов. Радиолюбительские приборы дня проверки транзисторов. Изд-во ДОСААФ, 1965. 2. В. А. Васильев. Радиолюбителю о транзисторах. Изд-во ДОСААФ, 1967. 3. И. П. Жеребцов. Основы электроники. «Энергия», 1967. 4. Транзисторы (справочник) под ред. И. Ф. Николаевского. «Связь», 1969. 5. Справочник по полупроводниковым диодам и транзисторам под ред. Н. Н. Горюнова. «Энергия», 1968
Испытатель Транзисторов http://kazus.ru/shemes/showpage/0/92/1.html В испытателе всего два переключателя, которыми выключают питание и переключают его полярность в зависимости от структуры проверяемого транзистора. Кроме того, помимо определения статического коэффициента передачи h31э, обратного тока коллектора Iкбо, обратного тока эмиттера Iэбо транзистора, прибором можно проверять диоды и оксидные конденсаторы. При этом по стрелочному индикатору испытателя нетрудно определить обратный ток диода или ток утечки конденсатора. Для проверки транзистора его выводы вставляют в гнезда XS1-XS3 и нажимают кнопку SB1 или SB2 в зависимости от структуры транзистора. Батарея GB1 подключается к деталям испытателя в той или иной полярности. Вступает в действие стабилизатор напряжения, составленный из стабилитрона VD1 и одного из балластных резисторов — R1 или R2. На базе соответствующего транзистора относительно подвижного контакта переключателя SB2.1 появляется стабилизированное напряжение. Оно необходимо для получения стабильного тока эмиттера испытываемого транзистора, при котором измеряется коэффициент передачи. В данном приборе этот ток выбран равным 3 мА (он зависит от сопротивления резистора R3). В зависимости от коэффициента передачи тока испытываемого транзистора, в его базовой цепи, в значит, и через стрелочный индикатор РА1, будет протекать соответствующий ток. По отклонению стрелки индикатора и определяют коэффициент передачи.
Рис.1 Принципиальная схема Кроме указанных на схеме, в приборе можно использовать другие кремниевые транзисторы соответствующей структуры и со статическим коэффициентом передачи тока не менее 30, а также другие кремниевые диоды (например, Д104А серий Д223, Д220) с прямым напряжением около 1 В. Постоянные резисторы — МЛТ-0,125, подстроенный — любой конструкции. Источник питания — батарея «Крона», переключатели — П2К с самовозвратом. Стрелочный индикатор — типа М906 с током отклонения стрелки на конечное деление шкалы 100 мкА и сопротивлением рамки 850 Ом. Подойдет и другой микроамперметр с аналогичными или близкими (по сопротивлению) параметрами. Чтобы не заниматься градуировкой шкалы стрелочного индикатора (она сравнительно трудоемка), можно перенести на нее показания, приведенные на рис.2, либо составить градуировочную таблицу, в которой каждому значению тока индикатора будет указано соответствующее значение коэффициента передачи. Если шкала используемого микроамперметра других размеров, можно перенести на нее приведенные на рисунке значения известными способами (например, с помощью транспортира). Градуировку шкалы лучше всего проверить, подключая к гнездам прибора транзисторы с известным коэффициентом передачи. После изготовления прибора соединяют проволочной перемычкой гнезда XS1 и XS2, а затем нажимают кнопку одного из переключателей. Подстроечным резистором R5 устанавливают стрелку индикатора на конечное деление шкалы — условный нуль отсчета коэффициента передачи. Если подстроечным резистором этого добиться не удается, подбирают резистор R4. Чтобы измерить обратный ток коллектора транзистора структуры p-n-p, к прибору подключают только выводы базы и коллектора: первый — и гнезду XS2, второй — к гнезду XS1. Нажимают кнопку переключателя SB1. Для определения же обратного тока эмиттера вывод базы оставляют подключенным к гнезду XS2, а к гнезду XS1 вместо вывода коллектора подключают вывод эмиттера. При этой проверке нажимают кнопку переключателя SB2. Если же будет нажата кнопка переключателя SB1, стрелка индикатора отклонится до конечного деления шкалы. Аналогично измеряют эти параметры у транзисторов структуры n-p-n, но нажимают в первом случае кнопку переключателя SB2, а во втором — SB1. Проверяя диоды, подключают их выводы к гнездам XS1 и XS2. Тогда при нажатии одной кнопки стрелка индикатора отклонится до конечной отметки шкалы, а другой кнопки — на какой-то угол, соответствующий обратному току диода. При проверке конденсаторов их выводы подключают к гнездам XS1 и XS2. Если плюсовой вывод конденсатора подключен к гнезду XS1, нажимают кнопку переключателя SB1. Ток утечки измеряют при установившемся положении стрелки индикатора.
Рис.2
Источник: Радио №5, 1987 г., стр.34 Автор: Н. Киверин, г. Яранск, Кировской обл.
Испытатель полевых транзисторов
http://radiostorage.net/?area=news/1252 В радиолюбительской практике не так уж часто возникает необходимость в применении полевых транзисторов, поэтому многие радиолюбители обычно не утруждают себя постройкой приборов для измерения их основных параметров. Между тем современные полевые транзисторы обладают рядом уникальных качеств, которые, при прочих равных условиях, недоступны их биполярным собратьям. Вспомним лишь некоторые из них: высокое входное сопротивление, большое усиление по мощности, низкий уровень собственных шумов, меньшие искажения формы входного сигнала, отсутствие вторичного теплового пробоя. Даже на заурядных полевых транзисторах серий КП103, КПЗОЗ, КП305 можно собрать всевозможные варианты схем маломощных усилителей, генераторов, детекторов, ключей, при этом созданные узлы могут получиться заметно проще, чем узлы с равноценными свойствами, выполненные исключительно с применением биполярных транзисторов. Чтобы эффективно применять усилительные полевые транзисторы в своих конструкциях, кроме максимально допустимых режимов работы, например, таких как максимальные ток стока, рассеиваемая мощность и напряжение сток-исток, желательно знать и другие их основные параметры. К их числу можно отнести начальный ток стока, напряжение отсечки, крутизну вольт-амперной характеристики. Эти параметры индивидуальны для каждого конкретного экземпляра транзистора и могут существенно различаться даже у однотипных транзисторов из одной партии. Для измерения этих параметров и предлагается собрать несложный прибор, схема которого изображена на рис. 5.33. Остальные важные статические и динамические параметры можно найти в справочниках.
Предлагаемый для сборки прибор позволяет измерять начальный ток стока, напряжение отсечки, а при выполнении несложных вычислений и крутизну вольта-мперной характеристики (усилительные свойства полевого транзистора).
Рис. 5.33 Параметры измеряются с помощью стрелочного микроамперметра РА1, который в зависимости от положения переключателя SB2 измеряет ток стока или напряжение затвор-исток. Оба вида измерений имеют три поддиапазона — 1,5, 15, 30 миллиампер или вольт, которые выбираются трехпозиционным переключателем SB1. Если переключатель SB3 находится в верхнем по схеме положении — «р», то прибором можно проверять транзисторы с р-каналом — КП101, КП103. Если переключатель SB3 установить в положение «п», то тогда можно проверять транзисторы с п-каналом — КП302, КПЗОЗ, КП307 и другие аналогичные. Для проверки полевых транзисторов с каналом обедненного типа необходимо двуполярное напряжение питания. Для получения стабилизированного напряжения отрицательной полярности из однополярного прибор оснащен несложным однотактным преобразователем полярности напряжения, выполненным по знакомой многим схеме. На транзисторе VT1, трансформаторе Т1 и их внешних элементах выполнен высокочастотный преобразователь. Каскад на транзисторе VT2 выполняет функции параметрического стабилизатора напряжения -10 В. То, что для питания этого прибора достаточно одного напряжения, позволяет использовать для его питания практически любой источник энергии с одним выходным напряжением 9…12 В, например, батарею «Крона», «Ника» или 7Д-0,125Д. Стабилитрон VD6 — защитный на случай пробоя транзистора VT2. Резистор R15 предназначен для разрядки конденсатора СЗ при отключении питания. Сенсор Е1 предназначен для выравнивания потенциалов статического напряжения прибора и тела человека. Диоды VD1, VD2 защищают микроамперметр от повреждения при возможных перегрузках, например, из-за пробоя проверяемого транзистора. Светодиод HL1 светится при наличии напряжения питания. Детали и конструкция. В устройстве можно использовать постоянные резисторы С1-4, С2-23, МЯТ, ВС. Переменный резистор R9 может быть с выключателем питания типа СПЗ-4в, СПЗ-ЗЗ-20 сопротивлением
2,2…4,7 кОм. Конденсаторы С1, СЗ- К50-35, К50-16, К50-19. Остальные конденсаторы любые керамические или пленочные, например, КМ-5, К73-17, К73-39. Кремниевые диоды VD1, VD2 можно взять любые из серий КД521, КД522, КД105, Д223, 1 N4001-1 N4007. Диодный мост VD3 можно заменить на КЦ422 (А-Г), КД906 или четырьмя диодами КД521А. Стабилитроны: VD4 -КС533А, КС527А, 1N4752A, TZMC-33, BZX/BZV55C-33; VD5 КС207Б, КС211Ж, 1 N4741 A, TZMC-11, BZX/BZV55C-11; VD6 -КС207В, КС212Ж, КС508А, КС512А, 1N4742A, TZMC-12, BZX/BZV55C-12. Светодиод HL1 использован красного цвета свечения, выполненный в прямоугольном корпусе 5и2,5 мм. Без каких-либо ограничений его можно заменить любым из серий L63, L1503, L1513, АЛ307, КИПД40. Транзистор VT1 может быть серий КТ602, КТ611, КТ630, 2SC2331, 2SC2316; VT2 заменяется на КТ502, КТ639, КТ644, 2SA642, 2SA916 с любым буквенным индексом. Трансформатор Т1 можно изготовить на чашечном ферритовом магнитопроводе диаметром 13 мм и высотой 8 мм от генератора тока стирания и подмагничивания отечественного носимого кассетного магнитофона, например, «Электроника-324». Обмотки 1 и 3 трансформатора содержат по 240 витков провода ПЭВ1-0.06, обмотка 2-35 витков провода ПЭВ1-0.06. Обмотки наматывают последовательно согласно нумерации. Между ними прокладывают по одному слою тонкой фторопластовой или полиэтилентерефта-латной пленки от конденсаторов. Трансформатор можно намотать и на кольцевом ферритовом магнитопроводе К16x13x4 из феррита М2000НМ1. Число витков обмоток и тип провода те же. РА1 — микроамперметр М4761 от индикатора уровня записи/воспроизведения катушечного магнитофона. Сопротивление рамки этого индикатора постоянному току — 1 кОм. Его можно заменить любым другим с током полного отклонения до 300 мкА, например, М4204, но в этом случае может потребоваться существенная коррекция сопротивлений резисторов R1-R6. Переключатели SB1-SB3 от импортной аудиотехники, при этом SB1 должен быть на три положения, а переключатели SB2, SB3 могут быть и типа ПД-2, 2П4Н от переключателя диапазонов карманного радиоприемника. Для подключения проверяемого транзистора удобно использовать какой-либо разъем с шагом гнезд 2,5 мм или один ряд доработанной 14-выводной DIP-панельки для микросхем [50]. Сенсор Е1 можно сделать из неисправного транзистора в металлостеклянном корпусе, например, МП39. На монтажной плате размещают только детали преобразователя. Диоды VD1, VD2 и резисторы R1-R8 припаиваются к контактам переключателей. В авторском варианте прибор собран в корпусе размерами 135x70x35 мм от радиоприемника «Невский». Налаживание. Подбором резисторов R1-R3 устанавливают границы диапазонов при измерении напряжения. Начинать следует с подбора резистора R1. Резисторами R4-R6 устанавливают границы диапазонов при измерении тока. Начинать следует с подбора резистора R6. Рамка М4761 обладает небольшой нелинейностью, поэтому наносить деления на новой шкале желательно во время градуировки, например, в положении «1,5 В». Эффектно будет смотреться шкала, нарисованная с помощью компьютера, например, программой «Corel DRAW 11.663» и распечатанная на цветном принтере. Естественно, в зависимости от вкусов, потребностей или наличия рамки с подходящей шкалой можно выбрать и другие пределы измерений. Если преобразователь полярности на транзисторе VT1 не возбуждается, то следует поменять местами выводы обмотки 2. При желании повысить КПД преобразователя, ток потребления которого при отсутствии проверяемого транзистора не должен превышать 20 мА, можно подобрать емкость конденсатора С2. Работа с прибором. Вставлять в разъем проверяемый транзистор можно только при выключенном питании, предварительно коснувшись сенсора Е1. При подключении маломощных полевых транзисторов с изолированным затвором, например, таких как КП305, их выводы желательно закорачивать проволочной перемычкой, например, временно обмотав их тонкой проволокой у основания корпуса транзистора. Напряжение отсечки — это напряжение между затвором и истоком, при котором ток стока уменьшается почти до нуля. Начальный ток стока — ток при нулевом напряжении затвор-исток. Крутизну характеристики можно вычислить по простой формуле вмд/в = Д1мА/Д11в, где ДІ, AU — приращение тока стока при соответствующем приращении напряжения затвор-исток. Об изменениях конструкции. Если имеется свободный двуполярный источник питания с выходными напряжениями ± 10 В, то можно отказаться от преобразователя полярности напряжения питания. Можно использовать и две батареи «Крона». Если ввести еще один переключатель на два положения, то можно переключать нижний по схеме вывод резистора R9 от общего провода к правому по схеме выводу резистора R6. Это позволит детально проверять полевые транзисторы обогащенного типа, например, такие как КП501, КП505, BUZ90. Измерение напряжения затвор-исток при этом удобнее проводить цифровым вольтметром, подключенным к общему проводу и среднему выводу резистора R9. Этим прибором не следует проверять чрезвычайно чувствительные к повреждениям арсенидгаллиевые полевые транзисторы -ЗП324, ЗП344 и другие аналогичные. Литература: А. П. Кашкаров, А. Л. Бутов — Радиолюбителям схемы, Москва 2008 Прибор для проверки полевых транзисторов http://www.bestreferat.ru/referat-169053.html
Прибор позволяет проверять работоспособность полевых транзисторов с p-n-переходом, с изолированным затвором и встроенным каналом (обедненный тип), а также одно- и двухзатворных транзисторов с изолированными затворами и индуцированным каналом (обогащенный тип).
Переключателем S3 устанавливают, в зависимости от типа испытуемого транзистора, необходимую полярность напряжения на стоке. Для проверки транзисторов с затвором в виде p-n-перехода и транзисторов с изолированным затвором и встроенным каналом переключатель S1 устанавливают в положение Обеднение, a S2 — в положение Подложка. Для проверки транзисторов с изолированными затворами и индуцированным каналом переключатель S1 переводят в положение Обогащение, a S2 — в положение Подложка для однозатворных и Затвор 2 для двухзатворных транзисторов. После установки переключателей в нужные положения к гнездам разъема XI подключают проверяемый транзистор, включают питание и, регулируя переменными резисторами R1 и R2 напряжения на затворах, наблюдают за изменением тока стока. Резисторы R3 и R4 ограничивают ток затвора в случае его пробоя или при ошибочной полярности напряжения на затворе (для транзисторов с затвором в виде p-n-перехода). Резисторы R5 и R6 исключают возможность накопления статических зарядов на гнездах разъема XI для подключения затворов. Резистор R8 ограничивает ток, протекающий через миллиамперметр P1. Мост (диоды VI-V4) обеспечивает требуемую полярность тока через измерительный прибор при любой полярности питающего напряжения. Налаживание прибора сводится к подбору резистора R8*, обеспечивающего отклонение стрелки миллиамперметра на последнюю отметку шкалы при замкнутых гнездах Сток и Исток. В приборе может быть использован миллиамперметр с током полного отклонения 10 мА или микроамперметр с соответствующим сопротивлением шунтирующего резистора R7*. Диоды V1V4 — любые, маломощные, германиевые. Номинальное сопротивление резисторов R1 и R2 — в пределах 5,1…47 кОм. Прибор питается от двух батарей «Крона» или от двух аккумуляторов 7Д-0,1.
Данным прибором можно измерять и напряжение отсечки (прибор Р1 должен быть на ток 100 мкА). Для этого параллельно гнездам Затвор 1 и Исток устанавливают дополнительные гнезда, к которым подключают вольтметр. Последовательно с резистором R7* включают кнопку, при нажатии на которую шунтирующий резистор отключается. При нажатой кнопке устанавливают ток стока 10 мкА и по внешнему вольтметру определяют напряжение отсечки.
Измерение параметров полевых транзисторов
http://radiobooka.ru/izmeren/635-izmerenie-parametrov-polevyh-tranzistorov.html Прибор для проверки основных параметров маломощных полевых транзисторов выполнен на основе недорогих цифровых мультиметров, возможно, даже с неисправными переключателями пределов измерения. Это минимизировало затраты труда по монтажу и изготовлению конструкции. Цифровые показания несколько облегчают сравнение транзисторов и подбор пар для дифференциальных каскадов. Крутизну транзисторов определяют простейшим расчетом. По роду своей деятельности мне часто приходится ремонтировать контрольноизмерительную аппаратуру с полевыми транзисторами. Они применяются в модуляторах, входных каскадах усилителей в осциллографах и цифровых вольтметрах, коммутационных устройствах и пр. Например, в вольтметре В7-38 установлено около 30 транзисторов серии КП301. Эти транзисторы очень чувствительны к статическому электричеству, и малейшее несоблюдение технологии монтажа приводит к выходу их из строя. Большинство неисправностей приборов, которые связаны с выходом из строя полевых транзисторов, удается устранить простой заменой, но если транзисторы используют в дифференциальных или «симметричных» каскадах, их необходимо подобрать по основным параметрам.
Рис. 1 К основным параметрам полевых транзисторов относятся начальный ток стока, напряжение отсечки и крутизна характеристики. Определить их, а следовательно, и принять решение о пригодности полевого транзистора к использованию возможно с помощью устройства, схема которого изображена на рис. 1. Изменяя напряжение на затворе и контролируя ток стока, можно узнать все три основных параметра. Для транзисторов с затвором на основе р-n перехода или с изолированным затвором и встроенным каналом начальный ток стока IСнач — это ток стока при нулевом значении напряжения на затворе. Напряжение отсечки U3иотс — напряжение на затворе, при котором ток стока достигает близкого к нулю значения. Крутизна характеристики определяется как отношение изменения тока стока ΔIС (мА) к вызвавшему его изменению напряжения между затвором и истоком ΔUзи (В): S = ΔIС/Δ U3и- Применив в приборе цифровые измерители тока и напряжения, вычислить значение крутизны для транзисторов любой структуры будет несложно.
Крутизна S полевого транзистора с управляющим р-n переходом зависит от напряжения затвор- исток U3и и имеет максимальное значение Smax при напряжении на затворе, равном нулю. Если измерены значения начального тока стока IСнач и напряжения отсечки U3иотс. крутизну можно приблизительно оценить по формулам: Smax = 2Iснач/Uзиотс S = √Iснач·Ic/Uзиотс где напряжение — в вольтах, ток — в миллиамперах, крутизна — в размерности мА/В [1]. Для транзисторов с изолированным затвором крутизну при токе стока Ic и напряжении Uзи можно рассчитать по формуле S = 2Ic/|Uзи — Uзиотс| где UЗИотс — напряжение отсечки либо пороговое напряжение (для транзисторов с индуцированным затвором). На основе макета этого устройства изготовлен прибор для оперативного измерения основных параметров полевых транзисторов и контроля их работоспособности. Технические характеристики Измеряемое напряжение на затворе, В …………..-12…+12 Разрешающая способность вольтметра, мВ…………….10 Измеряемый ток стока, мА . .-20… +20 Разрешающая способность миллиамперметра, мкА………10 Погрешность измерения IСнач и Uзи, %, не более ………..1 Ток потребления прибора, мА, не более ………………60
Рис. 2 В приборе есть защита проверяемого транзистора от повреждения.
Схема измерителя изображена на рис. 2. Для изменения напряжения на затворе транзистора используется переменный резистор R2, подключенный к двухполярному источнику питания 2×12 В, что позволяет получить характеристику крутизны любого полевого транзистора малой мощности как с n-каналом, так и с р-каналом. Резистор R3 необходим для ограничения тока затвора. Полярность напряжения на стоке изменяют переключателем SB1. Для исключения перегрузки миллиамперметра использован ограничитель тока на транзисторе VT1 и резисторе R1. Ограничение возникает при токе 25 мА, поскольку максимальный измеряемый ток выбран равным 20 мА. Диодный мост VD1 обеспечивает действие ограничителя при любом направлении тока стока. Реле К1 и К2 предотвращают выход из строя измеряемого полевого транзистора от статического электричества: пока не нажата кнопка «Измерение» SB2, обмотка реле отключена, а контакты для подключения транзистора замкнуты между собой и на общий провод. При измерении кнопка нажата и через контакты реле транзистор подключен к измерительным цепям. Светодиод HL1 сигнализирует о том, что происходит процесс измерения. Главная часть устройства — миллиамперметр РА1 и вольтметр PV1 — собрана из готовых узлов мультиметров M890D. Основа этих мультиметров — широко известная микросхема ICL7106. Эти приборы выбраны из-за удобного большого корпуса, чтобы снизить трудозатраты при изготовлении измерителя параметров. Питание аналого-цифрового преобразователя (АЦП) мульти-метра — от двухполярного источника питания +5/-5 В, необходимого для микросхем АЦП и остальных частей устройства. Микросхема АЦП имеет такую возможность, если мультиметр доработать так, как показано на фрагменте схемы на рис. 3 (нумерация элементов условная).
Рис. 3 В основном включении, используемом при батарейном питании, выводы 30,32 и 35 соединены вместе. При двух-полярном питании вывод 30 (низкоуровневая цепь АЦП) отключают от этой точки. В этом случае микросхема измеряет разность потенциалов между выводами 30 и 31, при этом вход АЦП отвязан от цепей питания. Единственное условие — напряжение в любой из измерительных цепей не должно превышать напряжения питания АЦП относительно общего провода. Такая доработка описана в [2]. При минимальных переделках микросхема обеспечивает измерение напряжения до 200 мВ без делителей. Для построения вольтметра с пределом 20 В, необходимого для измерения напряжения затвора, использован делитель 1:100, состоящий из резисторов R5 и R6. Для построения миллиамперметра с пределом измерения 20 мА служит резистор R7. При токе 20 мА на нем падает напряжение 200 мВ, которое и измеряет АЦП. Миллиамперметр установлен в цепь истока и измеряет ток транзистора. Такое решение продиктовано невозможностью измерять ток в цепи стока, потому что на измерительных выводах миллиамперметра может присутствовать напряжение, превышающее питающее для микросхемы АЦП. Вольтметр включен между затвором и истоком, поэтому через
делитель R5R6 будет протекать ток с максимальным значением не более 12мкА, что будет вызывать ошибку в показаниях миллиамперметра в одну единицу младшего разряда, которая оказывается несущественной. Схема блока питания прибора изображена на рис. 4.
Рис. 4 Для понижения сетевого напряжения до 12 В используется трансформатор Т1. Далее переменное напряжение выпрямляется диодным мостом VD1 и фильтруется конденсаторами С1, С2. Стабилизаторами двухполярного напряжения +12/-12В служат микросхемы DA1, DA2. Двухполярное напряжение +5/-5 В стабилизирует микросхемы DA3 и DA4. Стабилизаторы включены последовательно для уменьшения падения напряжения на стабилизаторах DA3 и DA4. Схема двухполярного источника питания может быть любой другой; возможно даже использовать автономное питание, например от батарей «Корунд». Для этого потребуется добавить преобразователь напряжения батареи в необходимое для питания остальных узлов измерителя.
Рис. 5 Детали и конструкция. В приборе можно применить следующие детали. Резисторы R5-R7 — С2-29 или другие с допуском не более ±0,5 %, хотя номиналы могут отличаться от указанных на схеме; главное — стабильность сопротивления. Остальные резисторы любые, например МЛТ0.125. Переменный резистор R2 — многооборотный, например, РП153 или предназначенный для прецизионной регулировки (по гру-боточной схеме) — СП535, СП5-40. Если найти такой не удастся, резисторы R2 и R3 можно заменить аналогом — узлом из двух переменных и двух постоянных резисторов, как это сделано в моей конструкции. Схема такого узла изображена на рис. 5. Резистором R1 напряжение устанавливают грубо, a R2 точно.
Светодиод можно заменить другими, например, из серий АЛ 102, АЛ307, КИПД, лучше красного цвета свечения. Диодные мосты — КЦ407 с любой буквой, вместо них можно применить отдельные кремниевые диоды с допустимым средним током не менее 200 мА в выпрямителе и 100 мА — в ограничителе тока. Для упрощения конструкции применены микросхемы интегральных стабилизаторов 7812, 7912, 7805 и 7905, отечественные аналоги которых — соответственно КР142ЕН8Б, КР1162ЕН12А, КР142ЕН5А и КР1162ЕН5А. Реле — РЭС60 (исполнение РС4.569.435-07) или аналогичные с двумя контактными группами на переключение. Сетевой трансформатор Т1 -любой, обеспечивающий выходные напряжения 2х 15 В и ток не менее 100 мА, его можно взять из сетевого адаптера мощностью не менее 6 Вт. Вторичную обмотку такого трансформатора перематывают для получения нужного двухполярного напряжения. Трансформатор и выпрямитель размещены в корпусе адаптера, а элементы стабилизатора расположены в корпусе прибора. Прибор соединяется с адаптером трехпроводным кабелем. Весь измеритель сооран в корпусе одного из мультиметров. При изготовлении прибора мультиметры были вскрыты и после удаления ненужных частей плат объединены в одном корпусе, как показано на рис. 6.
Рис. 6 Лишние детали — резисторы делителя, переключатель и прочее — удаляют (поэтому поводом для изготовления такого прибора может быть неустранимый дефект переключателя подобного мультиметра). Оставляют только часть платы с микросхемой ICL7106, индикатором, элементами «обвязки» микросхемы и индикатора и кнопками включения, которые выполнят роль переключателей SB1, SB2. Печатные проводники, идущие к этим переключателям, должны быть обрезаны. Нижнюю крышку мультиметра обработке не подвергают, а верхнюю придется доработать. У одного прибора крышку спиливают так, чтобы осталась только часть с индикатором и кнопкой. У второго вырезают середину там, где находится переключатель пределов, и на
это место вклеивают вырезанную часть конструкции первого прибора. При вырезании частей от верхних крышек сохраняют стойки, в которые ввинчивают винты-саморезы, скрепляющие верхнюю и нижнюю крышки. Сверху, около кнопки, крепят резистор, регулирующий напряжение на затворе. Снизу устанавливают разъем для подключения полевых транзисторов. В качестве разъема использована цанговая панель для микросхем. Середину панели вырезают, и ряд контактов склеивают. Выбор цанговой панели обусловлен высокой износостойкостью. В моей конструкции применена небольшая плата из фольгированного текстолита, на которой устанавливают панель, светодиод и реле. В свою очередь, плату двумя винтами крепят к лицевой панели. Лишние отверстия на лицевой панели заклеивают вырезанной по размеру пластиной из пластмассы или электрокартона, на которую приклеивают отпечатанную на принтере накладку, ее вид показан на рис. 7.
Рис. 7 Большинство транзисторов имеют цилиндрический корпус с меткой-ключом для определения выводов. Контакты разъема для подключения полевых транзисторов соединяются между собой согласно назначению таким образом, чтобы у каждого типа транзисторов было свое место без необходимости уточнять цоко-левку. В предлагаемом варианте транзисторы устанавливают ключом вверх. Соединения отдельного вывода корпуса транзисторов с истоком, а второго затвора транзисторов серий КП306, КП350 — со стоком обеспечивают через разъем перемычками между соответствующими гнездами. Внешний вид готового прибора показан на рис. 8.
Рис. 8 Перед первым включением прибора необходимо проверить значения выходных напряжений стабилизатора. Налаживание прибора заключается в настройке ограничителя тока и установке образцовых напряжений миллиамперметра и вольтметра. Для настройки ограничителя надо подключить образцовый миллиамперметр между контактами «С» и «И» разъема для подключения измеряемого транзистора, нажать на кнопку «Измерение» и подобрать резистор R1, добиваясь показаний 25…30 мА. Можно заранее подобрать транзистор по параметру ограничения тока, тогда резистор R1 заменяют перемычкой. Далее образцовый миллиамперметр последовательно с переменным резистором подсоединяют к этим же контактам, устанавливают ток 10 мА и резистором настройки образцового напряжения добиваются тех же показаний миллиамперметра прибора. Для настройки вольтметра образцовый вольтметр подключают к выводам «3» и «И», резистором прибора устанавливают напряжение затвора 10 В и резистором регулировки вольтметра прибора устанавливают те же показания. Ввиду того что полевые транзисторы могут выйти из строя из-за статического электричества, может быть рекомендована следующая методика работы с прибором. Перед подключением все выводы полевого транзистора следует замкнуть проволочной перемычкой между собой. На приборе устанавливают тип проводимости канала (п- или рканал), кнопка «Измерение» отжата. Полевой транзистор подключают к своему гнезду, перемычку с выводов снимают, нажимают на кнопку «Измерение» и контролируют его параметры. После измерения отжать кнопку, замкнуть выводы транзистора между собой и вынуть транзистор из панельки.
С помощью прибора легко диагностировать любой вид неисправности полевых транзисторов. Как показала практика, большинство неисправностей транзисторов сводится к большому току утечки затвора, пробою или обрыву канала либо внутреннему разрыву одного из выводов. Если при нажатии на кнопку «Измерение» напряжение на затворе уменьшится по сравнению с установленным, то имеет место утечка тока с затвора. Показания миллиамперметра не будут нулевыми при любом напряжении на затворе. Во всех других случаях невозможность измерить начальный ток стока и напряжение отсечки говорит о неисправности измеряемого полупроводникового прибора. ЛИТЕРАТУРА 1.Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. — М.: Мир, 1983. 2.Садченков Д. А. Современные цифровые мультиметры. — М.: СОЛОН-Р, 2001. Автор: В. Андрюшкевич, г. Тула Два испытателя транзисторов. http://elektronik.3dn.ru/load/54-1-0-678 Испытатель маломощных транзисторов. Его принципиальная схема приведена на рисунке. Испытуемый транзистор подключается к зажимам ХТ1-ХТ5. Источник стабильного тока собран на VT1-VT2. SA2 — можно установить ток эмиттера 1мА или 5мА. SA1 — род работы измирения h31э или Iкэк. SA3 — выбор структуры транзистора n-p-n или p-n-p. Питание на прибор подается кнопочным переключателем только на время измерения
параметров транзистора. В качестве индикатора используется микроамперметр на 50мкА, шкалу его необходимо немного переделать как показано на рисунке.
Испытатель мощных транзисторов. Испытывают мощные транзисторы при больших токах, в данном приборе выбранны 0,1А и 1А. Назначение переключателей показаны на схеме и в пояснении не нуждаются.
Детали Т1 — любой со вторичной обмоткой расчитанной на 6,3В переменного напряжения и токе нагрузке более 1 А.
Так же как и в предыдущей схеме шкалу стрелочного индикатора необходимо немного переделат как как показано на рисунке. «Бетник» для мощных транзисторов http://datagor.ru/practice/diy-tech/959-betnik-dlja-moshhnykh-tranzistorov.html Описана конструкция прибора для измерения кєффициента усиления мощных транзисторов. Несмотря на то, что народ массово кинулся в ламповое и микросхемное усестроение, а на «рассыпухе» — на половые 😀 транзисторы, все еще значительную долю занимают «рассыпные» УМЗЧ на биполярных «выхлопниках». Тем более, подобные аппараты постоянно попадаются для ремонта. Не вызывает сомнений постулат, что для минимизации искажений требуется попарный подбор комплементарных транзисторов по крайней мере по коэффициенту их усиления. Особую важность это приобретает для мощных (сценических) УМЗЧ, в которых используется по несколько запараллеленных «выхлопников». Если для подбора маломощных транзисторов достаточно «китайских» мультиметров с режимом «бетирования», то для мощных транзисторов (по крайней мере отечественных транзисторов старых разработок), проблема измерения коэффициента их усиления (h31e) осложняется еще и тем, что он существенно зависит от тока коллектора. Следовательно, измерять h31e приходится при по крайней мере двух значениях коллекторного тока. Общий вид «бетника» показан на рис.5.
Несмотря на то, что народ массово кинулся в ламповое и микросхемное усестроение, а на «рассыпухе» — на половые 😀 транзисторы, все еще значительную долю занимают «рассыпные» УМЗЧ на биполярных «выхлопниках». Тем более, подобные аппараты постоянно попадаются для ремонта. Не вызывает сомнений постулат, что для минимизации искажений требуется попарный подбор комплементарных транзисторов по крайней мере по коэффициенту их усиления. Особую важность это приобретает для мощных (сценических) УМЗЧ, в которых используется по несколько запараллеленных «выхлопников». Если для подбора маломощных транзисторов достаточно «китайских» мультиметров с режимом «бетирования», то для мощных транзисторов (по крайней мере отечественных транзисторов старых разработок), проблема измерения коэффициента их усиления (h31e) осложняется еще и тем, что он существенно зависит от тока коллектора. Следовательно, измерять h31e приходится при по крайней мере двух значениях коллекторного тока. Как-то попались мне для ремонта несколько мощных УМЗЧ, на выходе которых в каждом плече стояло по 4…8 транзисторов КТ864/865. Покупать по несколько коробок с последующим отбором дома — выходило крайне накладно. Поэтому за день по-быстрому сваял «бетник» (конструкция которого и приводится), с помощью которого отобрал нужное количество согласованных транзисторов прямо на рынке. Схемотехника «бетника» (рис.1), в принципе, известная.
Он представляет собой микросхемный стабилизатор тока с выходным регулирующим транзистором, коллекторный ток которого и стабилизируется. Его h31e измеряется по току, поступающему в базу транзистора стрелочным измерительным прибором PA1, включенным в диагональ диодного моста, что исключает необходимость коммутации при испытании транзисторов разной структуры. Дополнительный умощняющий каскад на транзисторах VT1-VT2 нужен чтобы не перегружать выход ОУ при тестировании транзисторов с малыми значениями h31e при большом коллекторном токе. На схеме не показана кнопка, кратковременно подающая питание на всю схему, что позволяет экономить автономные источники питания и защищает измерительный прибор при проверке пробитых транзисторов, при неправильном их подключении или при неправильном выборе проводимости. Двухцветный светодиод VD1 индицирует, кроме наличия питания, и полярность тестируемого транзистора (красный — n-p-n, зеленый — p-n-p). Измерения проводятся при коллекторном токе 50 и 500 мА, выбираемых переключателем SA3. Измерения h31e проводятся в трех диапазонах, выбираемых переключателем SA2 с минимальными значениями 10, 30 и 100. Относительным недостатком является «обратная» и существенно неравномерная шкала измерительного прибора (рис.2).
Опорное напряжение для стабилизатора тока задается стабилитронами VD2-VD3, включенными встречно-последовательно. Их следует подобрать по одинаковому напряжению стабилизации. В принципе, оптимальным вариантом было бы использование двуханодного термокомпенсированного стабилитрона, но мне они на напряжение стабилизации менее 6,2 В как-то не попадались, а опорное напряжение желательно бы делать поменьше — тогда на испытуемом транзисторе падает бОльшая часть напряжения питания, что тоже важно для правильного измерения (например, h31e у КТ8101/8102 существенно падает при коллекторном напряжении мене 5 В). Переключение полярности напряжения, поступающего на формирователь опорного напряжения и испытуемый транзистор разных типов производится переключателем SA1. Номинал эмиттерного резистора R11, задающего коллекторный ток 50 мА, приходится подбирать в зависимости от полученного опорного напряжения (рис.3).
При этом измерительный мост просто перемыкается накоротко. Номинал эмиттерного резистора R10, подключаемого параллельно R11 для задания тока 500 мА должен быть в 9 раз меньше, чем у R11. Номиналы резисторов измерительной части (рис.4) расчитаны для головки на ток 100 мкА сопротивлением 550 Ом. Для других головок их придется пересчитать.
Настройка производится при отключенном от генератора тока диодном мосте. При невозможности точного подбора номиналов низкоомных резисторов ставится ближайшего бОльшего номинала, параллельно которому — более высокоомный, чтобы получить нужное сопротивление. Питается он от любого сетевого адаптера на напряжение 12…15 В и ток до 500 мА, либо от комплекта батарей на то же напряжение. В оригинальном варианте сетевой трансформатор с выпрямителем и фильтрующим конденсатором встроен прямо в корпус прибора. Пользуюсь этим прибором уже более 4-х лет. «Полет — нормальный» 😀 . В архиве — схемы в формате sPlan betnik.rar [66,22 Kb] (cкачиваний: 102)
Как измерить коэффициент усиления транзистора мультиметром
Давайте займемся теорией, повремените убегать. Портал ВашТехник наряду с заумными сентенциями, рассчитанными быть понятыми профи, предоставит методику пяти пальцев. Не слышали? Просто, как пять пальцев. Сначала обсудим типы транзисторов, потом расскажем, что можно сделать при помощи мультиметра. Рассмотрим штатные гнезда hFE (объясним, что это такое), методику замещения схемы через соединение нескольких диодов. Расскажем, с чего начать. Поймете, как проверить транзистор мультиметром, или… Давайте, пожалуй, без «или». Приступим, чтобы твердо отличать МОП-транзистор от мопса, растолчем теорию.
Типы, классификация транзисторов
Избегаем исследовать дебри. Знайте простое правило: в биполярных транзисторах носители обоих знаков участвуют в создании выходного тока, в полевых – одного. Определение умников. Теперь работаем пальцами:
- Транзисторы полевого типа выступают началом. Когда Битлз выходили на сцену, на замену вакуумным триодам стали приходить полупроводники. Если говорить кратко, p-n-p транзистор — два богатых положительными носителями слоя кристалла (кремний, германий, примесной проводимости). Проводя уроки физики, учитель часто рассказывал, как V-валентный мышьяк легировал решетку кремния, образуя новый материала. Добавим, что положительные p-области, отгорожены узкой отрицательной (n-negative). Как ком в горле. Узкий перешеек, называемый базой, отказывается пускать электроны (в нашем случае скорее дырки) течь в нужном направлении. Небольшой отрицательный заряд появляется на управляющем электроде, дырки коллектора (верхняя p-область на традиционных электрических схемах) больше не могут сдерживаться, буквально рвутся в сторону приложенного напряжения. Поскольку база тонкая, используя набранную скорость носители пролетают перешеек, уносятся дальше — достигая эмиттера (нижняя p-область), здесь увлекаются разностью потенциалов, создаваемой напряжением питания. Типичное школьное объяснение. Относительно небольшое напряжение управляющего электрода способно регулировать скорость сильного потока дырок (положительных носителей), увлекаемого полем напряжения питания. На этом построена техника. Навстречу дыркам движутся электроны, транзисторы называют биполярными.
- Полевые транзисторы снабжены каналом любого типа проводимости, разделяющим области истока и стока (см. рисунок выше). Управляющий электрод называют затвором. Причем основной материал подложки, затвора противоположен каналу, истоку и стоку. Поэтому положительное напряжение (см. рисунок) запрет ход зарядам через транзистор. Плюс оттянет (в p-область) доступные электроны. Полевые транзисторы в электронике применяются намного чаще. На рисунке затвор электрически соединен с кристаллом, структура называется управляющим p-n переходом. Бывает, область изолирована от кристалла диэлектриком, в качестве которого часто выступает оксид. Чистой воды MOSFET транзистор, по-русски – МОП.
Схема проверки транзистора
При помощи мультиметра, в штатном режиме проверяются биполярные транзисторы. Если тестер поддерживает такую опцию, часто именуемую hFE, на лицевой панели смонтирован круглый разъем, поделенный вертикальной чертой на две части, где надписаны по 4 гнезда следующим образом:
- B – база (англ. Base).
- С – коллектор (англ. Collector).
- E – эмиттер (англ. Emitter).
Гнезд для эмиттера два, чтобы учесть раскладку выводов корпуса. База может быть с края, посередине. Для удобства сделано. Нет разницы, в какое гнездо вставить ножку эмиттера биполярного транзистора. Пара слов, как пользоваться.
Проверка биполярного транзистора мультиметром в штатном режиме
Чтобы гнездо проверки биполярных транзисторов начало работать (вести измерения), переведем тестер в режим hFE. Откуда взялись буквы? h — касается категории параметров, описывающих четырехполюсник любого типа. Не важно знать, что подразумевает понятие — просто уясним: существует целая группа h-параметров, среди которых имеется один важный занимающимся электроникой. Называется коэффициентом усиления по току с общим эмиттером. Обозначается, h31 (либо строчной греческой буквой бета).
Цифровая мнемоника плохо воспринимается человеческим глазом, поэтому было решено (за рубежом, понятное дело), что F будет обозначать прямое усиление по току (forward current amplification), тогда как E говорит, что измерение велось в схеме с общим эмиттером (которая применяется учебниками физики для иллюстрации принципов работы транзисторов биполярного типа). Схем включения много, каждая обладает достоинствами, параметры можно охарактеризовать через h31 (некоторые другие, упомянутые справочниками). Считается, если коэффициент усиления в норме, радиоэлемент 100% работоспособен. Теперь читатели знают, как проверяется p-n-p транзистор или n-p-n транзистор.
h31 зависит от некоторых параметров, указываемых инструкцией мультиметра. Напряжение питания 2,8 В, ток базы 10 мА. Дальше берутся графики технической документации (data sheet) транзистора, профессионал знает, как найти остальное. При включении режима hFE, подсоединении ножек биполярного транзистора в нужные гнезда на дисплее появляется значение коэффициента усиления прибора по току. Потрудитесь сопоставить справочным данным, сделав поправку на режим измерения (если понадобится). Только звучит сложно, достаточно пару раз сделать самостоятельно, добьетесь результатов.
Проверка транзисторов мультиметром: нештатный режим
Допустим, вызывает сомнение исправность транзистора полевого типа. Известный русский вопрос в электронике присутствует. Начинают думать… м-да.
- Полевой транзистор отпирается или запирается определенным знаком напряжения. Обсуждали выше. Если помните, говорили, при прозвонке на щупах тестера небольшое постоянное напряжение. Будем использовать в наших тестах. Пока транзистор на плате, сложно сделать измерения, стоит изъять из привычного окружения, как можно применить нестандартные методики. Оказывается, если приложить на электрод отпирающее напряжение, за счет некоторой собственной емкости транзистора область зарядится, сохраняя приобретенные свойства. Допускается прозвонить электроды между истоком и стоком. Сопротивление порядка 0,5 кОм покажет: полевой транзистор работоспособен. Стоит закоротить базу с другими отводами, проводимость исчезнет. Полевой транзистор закрылся и годен.
- Биполярные транзисторы, полевые с управляющим p-n переходом проверяют гораздо проще. В первом случае применяется схема замещения элемента двумя диодами, включенными навстречу (или наоборот спинками). Подадим отпирающее напряжение (p – плюс, n – минус), получив на измерителе сопротивления номинал 500 – 700 Ом. Можно также звонить, пользуясь слухом. Недаром на шкале часто нарисован диод. Прозвонка используется для проверки работоспособности. Напряжения хватает открыть p-n-переход.
Подготовка к проверке транзистора
Временами схватишь руками составной транзистор. Внутри корпуса находиться несколько ключей. Используется для экономии места при одновременном увеличении коэффициента усиления (причем в десятки, тысячи раз, если речь шла о каскадной схеме). Устроен так транзистор Дарлингтона. В корпус зашит защитный стабилитрон, предохраняющий переход эмиттер-база от перегрузки по напряжению. Тестирование идет одним путем:
- Нужно найти подробные технические характеристика транзистора (составного элемента). При нынешнем масштабе компьютеризации не составит проблемы. Даже если изделие импортное. Обозначения на схемах понятные, термины не сложные. Параметр hFE расписали.
- Затем ведется изучение, выполняется анализ. Разбиение схемы на более простые составляющие. Если между переходами коллектора и эмиттера включен стабилитрон, логично начать проверку с него. В начальный момент транзистор заперт, ток мультиметра пойдет, минуя защитный каскад. В одном направлении стабилитрон даст сопротивление 500-700 Ом, в другом (если не пробьется) будет обрыв. Аналогично разобьем на части транзистор Дарлингтона, если имеете представление (обсуждали выше).
Режим прозвонки покажет цифры. Говорят, падение напряжения, по некоторым сведениям, номинал сопротивления. Потрудимся привести опыты, решая вопрос. Вызвонить известный по значению сопротивления, заведомо исправный резистор. Если на экране появится номинал в омах, думать нечего. В противном случае можно оценить заодно ток (разделив потенциал дисплея на номинал). Знать тоже нужно, пригодится в процессе тестирования. До начала работ рекомендуется хорошенько изучить мультиметр. Достаньте инструкцию из мусорной корзины, прочитайте.
Народ интересуется вопросом, можно ли проверить транзистор мультиметром, не выпаивая. Очевидно, многое определено схемой. Тестер просто прикладывает напряжения, оценивает возникающие токи. На основе показаний вычисляется коэффициент усиления, служа критерием годности/негодности. Попробуйте проверить полевой транзистор мультиметром из входящих в состав процессора! Отбрось надежду всяк сюда входящий. Не всегда можно прозвонить полевой транзистор мультиметром.
Разбить биполярный транзистор на диоды
Рисунок, представленный среди текста, демонстрирует схему замещения транзистора двумя диодами. Позволит рассматривать усилительный элемент, представив суммой двух независимых более простых. Не обладающих усилением, проявляющих нелинейные свойства (неодинаковость прямого/обратного включения).
Мощные транзисторы силовых цепей бессилен открыть скудными силами мультиметр. Поэтому для тестирования устройств применяются специальные схемы. Нельзя проверить биполярный транзистор мультиметром напрямую.
Проверка условных диодов, замещающих транзистор
Методик несколько. Можно попробовать измерить сопротивление стандартной шкалой Ω. Красный щуп нужно прикладывать к p-области. Тогда дисплей мультиметра покажет цифру, меньшую бесконечности. В противоположном направлении результат будет нулевым. Мультиметр покажет обрыв. Нормальные результаты прозвонки диода.
Если пользоваться специальным режимом, экран показывает размер сопротивления в прямом направлении, обрыв (стандартно единичка в левом углу ЖК-экрана) в другом. Обратите внимание – рисунок содержит поясняющие надписи, куда прислонять щуп, получая открытый p-n переход. В обратном направлении прибор показывает обрыв.
Часто в ремонте разной электронной техники возникает подозрение в неисправности биполярных или полевых (Mosfet) транзисторов. Помимо специализированных приборов и пробников для проверки транзисторов, существуют способы доступные всем, из минимума нам подойдет самый простой тестер или мультиметр.
Как мы знаем транзисторы, в основном, бывают двух разновидностей: биполярные и полевые, принцип работы их похож но способы проверки существенно отличаются, поэтому мы рассмотрим разные методы проверки для каждых транзисторов по отдельности.
Проверка биполярных транзисторов
Способы проверки биполярных транзисторов достаточно просты и для удобства нужно помнить что биполярный транзистор условно представляет из себя два диода с точкой по середине, по сути из двух p-n переходов.
Биполярные транзисторы существуют двух типов проводимости: p-n-p и n-p-n что необходимо помнить и учитывать при проверке.
А диод как мы знаем, пропускает ток только в одну сторону, что мы и будем проверять.
Если так получится что ток проходит в обе стороны перехода то это явно указывает на то что транзистор «пробит» но это все условности, в реальности же при замере сопротивления ни в какой из позиций проверяемых переходов не должно быть «нулевого» сопротивления – поэтому это и есть самый простой способ выявления поломки транзистора.
Ну а теперь рассмотрим более достоверные способы проверки и поподробней.
И так выставляем тестер или мультиметр в режим прозвонки (проверка диодов), дальше нужно убедится в том что щупы вставлены в правильные разъемы (красный и черный), а на дисплее нет значка «разряжен». На дисплее должна быть единица а при замыкание щупов должны высветится нули (или близкие к нулям значения), также должен прозвучать звуковой сигнал. И так мы убедились в выборе правильного режима мультиметра, можем приступать к проверке.
И так поочередно проверяем все переходы транзистора:
- База – Эмиттер – исправный переход будит вести себя как диод, то есть проводить ток только в одном направление.
- База – Коллектор – исправный переход будит вести себя как диод, то есть проводить ток только в одном направление.
- Эмиттер – Коллектор – в исправном состояние сопротивление перехода должно быть «бесконечное», то есть переход не должен пропускать ток или прозваниватmся ни в одном из положений полярности.
В зависимости от полярности транзистора (p-n-p или n-p-n) будит зависить лишь направление «прозвонки» переходов база-эмиттер и база-коллектор, с разной полярностью транзисторов направление будет противоположное.
Как определяется «пробитый» переход?
Если мультиметр обнаружит что какой ли бо из переходов (Б-К или Б-Э) в обоих из включений полярности имеет «нулевое» сопротивление и пищит звуковая индикация то такой переход пробит и транзистор неисправен.
Как определить обрыв p-n перехода?
Если один из переходов в обрыве – он не будит пропускать ток и прозваниватся ни в одну из сторон полярности как бы вы не меняли при этом полярность щупов.
Думаю всем понятно как проверять переходы транзистора, суть проверки такая же как у диодов, черный (минусовой) щуп ставим например на коллектор, а красный щуп (плюсовой) на базу и смотрим показания на дисплее. Затем меняем щупы тестера местами и смотрим показания снова. В исправного транзистора в одном случае должно быть какое то значение, как правило больше 100, в другом случае на дисплее должна быть единица «1» что говорит о «бесконечном» сопротивление.
Проверка транзистора стрелочным тестером
Принцип проверки все тот же, мы проверяем переходы (как диоды)
Отличие лишь в том что такие «омметры» не имеют режима прозвонки диодов и «бесконечное» сопротивление у них находится в начальном состояние стрелки, а максимальное отклонение стрелки будит уже говорить о «нулевом» сопротивление. К этому нужно просто привыкнуть и помнить о такой особенности при проверке.
Измерения лучше всего производить в режиме «1Ом» (можно пробовать и до *1000Ом пределе).
Для проверки в схеме (не выпаивая) стрелочным тестером можно даже более точно определить сопротивление перехода если он в схеме зашунтирован низкоомным резистором, например показания сопротивления в 20 Ом будет уже указывать о том что сопротивление перехода не «нулевое» а значит большая вероятность что переход исправен. С мультиметром же в режиме прозвонки диодов будит такая картина что он попросту будет показывать «кз» и пищать (тоже конечно зависит от точности прибора).
Если не известно где база, а где эмиттер и коллектор. Цоколевка транзистора?
У транзисторов средней и большой мощности вывод коллектора всегда на корпусе который переиначенный для закрепления на радиатора, так что с этим проблем не будит. А уже зная расположение коллектора, найти базу и эмиттер будит намного проще.
Ну а если транзистор малой мощности в пластмассовом корпусе где все выводы одинаковы будим применять такой способ:
Все что нам нужно – поочередно замерить все комбинации переходов прикасаясь щупами поочередно к разным выводам транзистора.
Нам нужно найти два перехода которые покажут бесконечность «1». Например: мы нашли бесконечность между правим-левим и правим-среднем, то есть по сути мы нашли и измеряли обратное сопротивления двух p-n переходов (как диодов) из этого размещение базы стает очевидным – база справа.
Дальше ищем где коллектор а где эмиттер, для этого от базы уже измеряем прямое сопротивление переходов и здесь все стает ясно так как сопротивление перехода база-Коллектор всегда меньше по сравнению с переходом база-Эмиттер.
Быстрая точная проверка транзистора
Если под руками есть мультиметр с функцией тестирования коэффициента усиления транзисторов – замечательно, проверка займет несколько секунд, здесь лишь надо будет определить правильную цоколевку (если конечно она не известна).
У таких мультиметров проверочные гнезда состоят из двух отделов p-n-p и n-p-n, а кроме того каждый отдел имеет три комбинации как можно вставить туда транзистор, то есть вместе не более 6 комбинаций, и только лишь одна правильная которая должна показать коэффициент усиления транзистора, за условий что он исправен.
Простой пробник
В данной схеме транзистор будет работать как ключ, схема очень простая и удобная если нужно часто и много проверять транзисторы.
Если транзистор рабочий – при нажатие кнопки светодиод светится, при отпускание гаснет.
Схема представлена для n-p-n транзисторов, но она универсальна, все что нужно сделать, это поставить параллельно к светодиоду еще один светодиод в обратной полярности, а при проверке p-n-p транзистора – просто менять полярность источника питания.
Если по данной методике что то идет не так, задумайтесь, а транзистор ли перед вами и случайно быть может он не биполярный, а полевой или составной.
Часто бывает путают при проверке составные транзисторы пытаясь их проверить стандартным способом, но нужно в первую очередь смотреть справочник или «даташит» со всем описанием транзистора.
Как проверить составной транзистор
Чтобы проверить такой транзистор его необходимо «запустить» то есть он должен как бы работать, для создания такого условия есть простой но интересный способ.
Стрелочным тестером, выставленным в режим проверки сопротивления (предел *1000?) подключаем щупы, плюсовой на коллектор, минусовой на эмиттер – для n-p-n (для p-n-p наоборот) – стрелка тестера не двинется сместа оставаясь в начале шкалы «бесконечность» (для цифрового мультиметра «1»)
Теперь если послюнявить палиц и замкнуть им прикоснувшысь к выводам базы и коллектора то стрелка сдвинется с места от того что транзистор немного приоткроется.
Таким же способом можно проверить любой транзистор даже не выпаивая з схемы.
Но следует помнить что некоторые составные транзисторы имеют в своем составе защитные диоды в переходе эмиттер-коллектор что дает им преимущество в работе с индукционной нагрузкой, например с электромагнитным реле.
Проверка полевых транзисторов
Здесь есть один отличительный момент при проверке таких транзисторов – они очень чувствительны к статическому электричеству которое способно вывести из строя транзистор если не соблюдать методы безопасности при проверке а также выпайке и перемещению. И в большей мере подвержены статике именно маломощные и малогабаритные полевые транзисторы.
Какие методы безопасности?
Транзисторы должны находится на столе на металлическом листе который подключен к заземлению. Для того чтобы снять с человека предельный статический заряд – применяют антистатический браслет который надевают на запястье.
Кроме того хранение и транспортировка особо чувствительных полевиков должна быть з закорочеными выводами, как правило выводы просто обматывают тонкой медной проволкой.
Полевой транзистор в отличие от биполярного управляется напряжением, а не током как у биполярного, поэтому прикладывая напряжение к его затвору мы его или открываем (для N-канального) или закрываем (для P-канального).
Проверить полевой транзистор можно как стрелочным тестером так и цифровым мультиметром.
Все выводы полевого транзистора должны показывать бесконечное сопротивление, независимо от полярности и напряжения на щупах.
Но если поставить положительный щуп тестера к затвору (G) транзистора N-типа, а отрицательный – к истоку (S), зарядится емкость затвора и транзистор откроется. И уже измеряя сопротивления между стоком (D) и истоком (S) прибор покажет некоторое значение сопротивления, которое зависит от ряда факторов, например емкости затвора и сопротивления перехода.
Для P-канального типа транзистора полярность щупов обратная. Также для чистоты эксперимента, перед каждой проверкой необходимо закорачивать выводы транзистора пинцетом чтобы снять заряд с затвора после чего сопротивление сток-исток должно снова стать «бесконечным» («1») – если это не так то транзистор скорее всего неисправен.
Особенностью современных мощных полевых транзисторов (MOSFET’ов) есть то что канал сток-исток прозванивается как диод, встроенный диод в канале полевого транзистора есть особенностью мощных полевиков (явление производственного процесса).
Чтобы не посчитать такую «прозвонку» канала за неисправность просто следует помнить о диоде.
В исправном состояние переход сток-исток MOSFETа должен в одну сторону звониться как диод а в другую показывать бесконечность (в закрытом состояние – после закорачивания выводов) Если переход прозваниваеться в обе стороны с «нулевым» сопротивлением то такой транзистор «пробит» и неисправен
Наглядный способ (экспресс проверка)
- Необходимо замкнуть выводы транзистора
- Тестером в режиме прозвонки (диод) ставим плюсовой щуп к истоку, а минусовой к стоку (исправный покажет 0.5 – 0.7 вольта)
- Теперь меняем щупы местами (исправный покажет «1» или по другому говоря бесконечное сопротивление)
- Минусовой щуп ставим к истоку, а плюсовой на затвор (открываем транзистор)
- Минусовой щуп оставляем на истоке, а плюсовой сразу ставим на сток, исправный транзистор будет открыт и покажет 0 – 800 милливольт
- Теперь можем поменять плюсовой и минусовой щупы местами, в обратной полярности переход сток-исток должен иметь такое же сопротивление.
- Плюсовой щуп ставим к истоку, а минусовой на затвор – транзистор закроется
- Можем снова проверить переход сток-исток, он должен показывать снова «бесконечное» сопротивление так как транзистор уже закрыт (но помним про диод в обратной полярности)
Большая емкость затвора некоторых полевых транзисторов (особенно мощных) позволяет некоторое продолжительное время сохранять транзистор открытим, что позволяет нам открыв его проверять сопротивление сток-исток уже убрав плюсовой щуп с затвора. Но у транзисторов с малой емкостью затвора необходимо очень быстро перемещать щупы что бы зафиксировать правильную работу транзистора.
Примечание: для проверки P-канального полевого транзистора, процесс выглядит также но щупы мультиметра должны быть противоположной полярности. Для удобства можно перекинуть их местами (красный на минус, а черный на плюс) и использовать все туже описану выше инструкцию.
Проверяя транзистор по такой методике канал сток-исток можно открывать и закрывать даже пальцем, например чтобы открыть достаточно прикоснутся пальцем к затвору держась при этом второй рукой за плюс, а чтобы закрыть нужно все также прикоснутся к затвору но уже держась другим пальцем или второй рукой за минус. Интересный опыт который дает понимание того что транзистор управляется не током (как у биполярных) а напряжением.
Простая схема пробника для проверки полевых транзисторов
Можно собрать простую и эффективную схему проверки полевиков которая достаточно ясно даст понять о состояние транзистора, к тому же достаточно быстро можно перекидать транзисторы если их предстоит проверять часто и много. В некоторых схемах можно проверить транзистор даже полностью не выпаивая его с платы.
Схема универсальна как для P-канальных так и для N-канальных полевых транзисторов в ней присутствует два светодиода включенных в обратной полярности друг к другу (каждый для своего типа) и все что остается при смене типа проверяемого полевого транзистора – просто поменять полярность источника питания.
Большинство электронных устройств радиолюбителей создаются с обязательным применением транзисторов различных типов, чаще всего биполярных, которые являются полупроводниковыми приборами с двумя взаимодействующими переходами и тремя или более выводами, усилительные свойства которых обусловлены явлениями ин-жекции и экстракции неосновных носителей заряда. Работа биполярного транзистора зависит от носителей обеих полярностей. Для всесторонней проверки всех электрических параметров транзисторов потребуется очень сложный ИП, изготовить который в домашней мастерской практически не удается. Вообще-то такой прибор начинающему радиолюбителю и не нужен, так как для большинства рассматриваемых в книге электронных устройств и конструкций достаточно знать лишь один основной параметр — коэффициент усиления и несколько реже необходимо определять величину начального тока коллектора транзистора. Поэтому можно с успехом обойтись простейшим прибором, измеряющим эти параметры, принципиальная электрическая схема которого дана на рис. 1.22.
Как видно из схемы, в него входят ИП РА/, два резистора R1 и R2, переключатель S/, автономный источник питания с напряжением 4,5 В. Транзистор VT1 подключен к источнику питания, и в цепи его базы протекает ток, величина которого зависит от величины сопротивления резистора R2. Этот ток транзистор усиливает, и значение усиленного тока показывает стрелка миллиамперметра, включенного в цепь коллектора. Достаточно разделить значение тока коллектора на значение тока в цепи базы,
чтобы узнать коэффициент усиления транзистора. В теории рассматриваются динамический и статический коэффициенты усиления транзисторов. Динамический коэффициент усиления показывает отношение приращения тока коллектора к вызвавшему его приращению тока базы. Измерять этот коэффициент усиления в любительских условиях трудно, поэтому на практике чаще пользуются вторым, статическим, который в большой степени зависит от величины тока коллектора. При измерении необходимо иметь в виду, что показания измерителя будут соответствовать действительности лишь в том случае, если максимальная сила тока коллектора при измерении не превышает 5 мА.
На рис. 1.22 дана схема устройства для проверки транзисторов с проводимостью р—п—р. Измерение производится следующим образом. Проверяемый транзистор подключается к клеммам соединителей XI—ХЗ, обозначающих соответственно «коллектор», «база» и «эмиттер». При замкнутых контактах переключателя S1 напряжение питания от ХИТ подается на электроды транзистора VT1. В цепи базы транзистора при этом начинает протекать небольшой ток, величина которого определяется в основном сопротивлением резистора R2, так как сопротивление между базой и эмиттером транзистора ничтожно мало по сравнению с сопротивлением резистора R2.
В соответствии с принятым схемным решением независимо от качества проверяемого транзистора величина тока базы постоянна и в данном случае ориентировочно равна 0,03 мА. В качестве ИП необходимо применить миллиамперметр со шкалой, позволяющей измерять силу тока до 3 мА, и если при измерении стрелка прибора отклонится на всю шкалу, то это будет соответствовать
коэффициенту усиления 100. Для ИП с другими пределами измерений изменится и шкала отсчета.
Например, для миллиамперметра со шкалой на 5 мА предельное отклонение стрелки будет показывать коэффициент усиления около 166. Но поскольку использовать в схемах транзисторы с таким коэффициентом усиления не рекомендуется, так как они неустойчиво работают в электронных схемах и требуют тщательной настройки устройства, то для такого миллиамперметра необходимо уменьшить сопротивление резистора R2 до 91 кОм, и тогда шкала прибора будет снова рассчитана на максимальное усиление 100. Резистор R1 предназначен для ограничения
тока через миллиамперметр, если случайно попадется пробитый транзистор.
Для проверки коэффициента усиления транзистора с п—р—/г-проводимостью необходимо поменять местами выводы источника питания и миллиамперметра.
низкие цены, в наличии на складе, бесплатная доставка, гарантия 1 год, сервисное обслуживание. Радиоизмерительные приборы. Все товары этой рубрики.
Внимание!!! Доставка ВСЕХ приборов, которые приведены на сайте, происходит по ВСЕЙ территории следующих стран: Российская Федерация, Украина, Республика Беларусь, Республика Казахстан и другие страны СНГ.
По России существует налаженная система поставки в такие города: Москва, Санкт-Петербург, Сургут, Нижневартовск, Омск, Пермь, Уфа, Норильск, Челябинск, Новокузнецк, Череповец, Альметьевск, Волгоград, Липецк Магнитогорск, Тольятти, Когалым, Кстово, Новый Уренгой, Нижнекамск, Нефтеюганск, Нижний Тагил, Ханты-Мансийск, Екатеринбург, Самара, Калининград, Надым, Ноябрьск, Выкса, Нижний Новгород, Калуга, Новосибирск, Ростов-на-Дону, Верхняя Пышма, Красноярск, Казань, Набережные Челны, Мурманск, Всеволожск, Ярославль, Кемерово, Рязань, Саратов, Тула, Усинск, Оренбург, Новотроицк, Краснодар, Ульяновск, Ижевск, Иркутск, Тюмень, Воронеж, Чебоксары, Нефтекамск, Великий Новгород, Тверь, Астрахань, Новомосковск, Томск, Прокопьевск, Пенза, Урай, Первоуральск, Белгород, Курск, Таганрог, Владимир, Нефтегорск, Киров, Брянск, Смоленск, Саранск, Улан-Удэ, Владивосток, Воркута, Подольск, Красногорск, Новоуральск, Новороссийск, Хабаровск, Железногорск, Кострома, Зеленогорск, Тамбов, Ставрополь, Светогорск, Жигулевск, Архангельск и другие города Российской Федерации.
По Украине существует налаженная система поставки в такие города: Киев, Харьков, Днепр (Днепропетровск), Одесса, Донецк, Львов, Запорожье, Николаев, Луганск, Винница, Симферополь, Херсон, Полтава, Чернигов, Черкассы, Сумы, Житомир, Кировоград, Хмельницкий, Ровно, Черновцы, Тернополь, Ивано-Франковск, Луцк, Ужгород и другие города Украины.
По Белоруссии существует налаженная система поставки в такие города: Минск, Витебск, Могилев, Гомель, Мозырь, Брест, Лида, Пинск, Орша, Полоцк, Гродно, Жодино, Молодечно и другие города Республики Беларусь.
По Казахстану существует налаженная система поставки в такие города: Астана, Алматы, Экибастуз, Павлодар, Актобе, Караганда, Уральск, Актау, Атырау, Аркалык, Балхаш, Жезказган, Кокшетау, Костанай, Тараз, Шымкент, Кызылорда, Лисаковск, Шахтинск, Петропавловск, Ридер, Рудный, Семей, Талдыкорган, Темиртау, Усть-Каменогорск и другие города Республики Казахстан.
Осуществляется поставка приборов в такие страны: Азербайджан (Баку), Армения (Ереван), Киргизстан (Бишкек), Молдавия (Кишинёв), Таджикистан (Душанбе), Туркменистан (Ашхабад), Узбекистан (Ташкент), Литва (Вильнюс), Латвия (Рига), Эстония (Таллин), Грузия (Тбилиси).
Вся текстовая и графическая информация на сайте несет информативный характер. Цвет, оттенок, материал, геометрические размеры, вес, содержание, комплект поставки и другие параметры товара представленого на сайте могут изменяться в зависимости от партии производства и года изготовления. Более подробную информацию уточняйте в отделе продаж.
Предприятие принимаем активное участие в таких процедурах как электронные торги, тендер, аукцион.
При отсутствии на сайте в техническом описании необходимой Вам информации о приборе Вы всегда можете обратиться к нам за помощью. Наши квалифицированные менеджеры уточнят для Вас технические характеристики на прибор из его технической документации: инструкция по эксплуатации, паспорт, формуляр, руководство по эксплуатации, схемы. При необходимости мы сделаем фотографии интересующего вас прибора, стенда или устройства.
Описание на приборы взято с технической документации или с технической литературы. Большинство фото изделий сделаны непосредственно нашими специалистами перед отгрузкой товара. В описании устройства предоставлены основные технические характеристики приборов: номинал, диапазон измерения, класс точности, шкала, напряжение питания, габариты (размер), вес. Если на сайте Вы увидели несоответствие названия прибора (модель) техническим характеристикам, фото или прикрепленным документам — сообщите об этом нам — Вы получите полезный подарок вместе с покупаемым прибором.
При необходимости, уточнить общий вес и габариты или размер отдельной части измерителя Вы можете в нашем сервисном центре. Наши инженеры помогут подобрать полный аналог или наиболее подходящую замену на интересующий вас прибор. Все аналоги и замена будут протестированы в одной с наших лабораторий на полное соответствие Вашим требованиям.
В технической документации на каждый прибор или изделие указывается информация по перечню и количеству содержания драгметаллов. В документации приводится точная масса в граммах содержания драгоценных металлов: золото Au, палладий Pd, платина Pt, серебро Ag, тантал Ta и другие металлы платиновой группы (МПГ) на единицу изделия. Данные драгметаллы находятся в природе в очень ограниченном количестве и поэтому имеют столь высокую цену. У нас на сайте Вы можете ознакомиться с техническими характеристиками приборов и получить сведения о содержании драгметаллов в приборах и радиодеталях производства СССР. Обращаем ваше внимание, что часто реальное содержание драгметаллов на 10-25% отличается от справочного в меньшую сторону! Цена драгметаллов будет зависить от их ценности и массы в граммах.
Основная особенность нашей фирмы — проведение объективных консультаций при выборе необходимого оборудования. В компании работает около 20 высококвалифицированных специалистов, которые готовы ответить на все ваши вопросы.
Иногда клиенты могут вводить название нашей компании неправильно — например, западпрыбор, западпрылад, западпрібор, западприлад, західприбор, західпрібор, захидприбор, захидприлад, захидпрібор, захидпрыбор, захидпрылад. Правильно — западприбор.
ООО «Западприбор» — это огромный выбор измерительного оборудования по лучшему соотношению цена и качество. Чтобы Вы могли купить приборы недорого, мы проводим мониторинг цен конкурентов и всегда готовы предложить более низкую цену. Мы продаем только качественные товары по самым лучшим ценам. На нашем сайте Вы можете дешево купить как последние новинки, так и проверенные временем приборы от лучших производителей.
На сайте постоянно действует акция «Куплю по лучшей цене» — если на другом интернет-ресурсе (доска объявлений, форум, или объявление другого онлайн-сервиса) у товара, представленного на нашем сайте, меньшая цена, то мы продадим Вам его еще дешевле! Покупателям также предоставляется дополнительная скидка за оставленный отзыв или фотографии применения наших товаров.
В прайс-листе указана не вся номенклатура предлагаемой продукции. Цены на товары, не вошедшие в прайс-лист можете узнать, связавшись с менеджерами. Также у наших менеджеров Вы можете получить подробную информацию о том, как дешево и выгодно купить измерительные приборы оптом и в розницу. Телефон и электронная почта для консультаций по вопросам приобретения, доставки или получения скидки приведены возле описания товара. У нас самые квалифицированные сотрудники, качественное оборудование и выгодная цена.
ООО «Западприбор» — официальный дилер заводов изготовителей измерительного оборудования. Наша цель — продажа товаров высокого качества с лучшими ценовыми предложениями и сервисом для наших клиентов. Наша компания может не только продать необходимый Вам прибор, но и предложить дополнительные услуги по его поверке, ремонту и монтажу. Чтобы у Вас остались приятные впечатления после покупки на нашем сайте, мы предусмотрели специальные гарантированные подарки к самым популярным товарам.
Завод «МЕТА» — это производитель наиболее надежных приборов для проведения техосмотра. Тормозной стенд СТМ производится именно на этом заводе.
Производитель ТМ «Инфракар» — это изготовитель многофункциональных приборов таких, как газоанализатор и дымомер.
Вы можете оставить отзывы на приобретенный у нас прибор, измеритель, устройство, индикатор или изделие. Ваш отзыв при Вашем согласии будет опубликован на сайте без указания контактной информации.
Наше предприятие осуществляет ремонт и сервисное обслуживание измерительной техники более чем 75 разных заводов производителей бывшего СССР и СНГ. Также мы осуществляем такие метрологические процедуры: калибровка, тарирование, градуирование, испытание средств измерительной техники.
Если Вы можете сделать ремонт устройства самостоятельно, то наши инженеры могут предоставить Вам полный комплект необходимой технической документации: электрическая схема, ТО, РЭ, ФО, ПС. Также мы располагаем обширной базой технических и метрологических документов: технические условия (ТУ), техническое задание (ТЗ), ГОСТ, отраслевой стандарт (ОСТ), методика поверки, методика аттестации, поверочная схема для более чем 3500 типов измерительной техники от производителя данного оборудования. Из сайта Вы можете скачать весь необходимый софт (программа, драйвер) необходимый для работы приобретенного устройства.
Также у нас есть библиотека нормативно-правовых документов, которые связаны с нашей сферой деятельности: закон, кодекс, постановление, указ, временное положение.
По требованию заказчика на каждый измерительный прибор предоставляется поверка или метрологическая аттестация. Наши сотрудники могут представлять Ваши интересы в таких метрологических организациях как Ростест (Росстандарт), Госстандарт, Госпотребстандарт, ЦЛИТ, ОГМетр.
ООО «Западприбор» является поставщиком амперметров, вольтметров, ваттметров, частотомеров, фазометров, шунтов и прочих приборов таких заводов-изготовителей измерительного оборудования, как: ПО «Электроточприбор» (М2044, М2051), г. Омск; ОАО «Приборостроительный завод «Вибратор» (М1611, Ц1611), г. Санкт-Петербург; ОАО «Краснодарский ЗИП» (Э365, Э377, Э378), ООО «ЗИП-Партнер» (Ц301, Ц302, Ц300) и ООО «ЗИП «Юримов» (М381, Ц33), г. Краснодар; ОАО«ВЗЭП» («Витебский завод электроизмерительных приборов») (Э8030, Э8021), г. Витебск; ОАО «Электроприбор» (М42300, М42301, М42303, М42304, М42305, М42306), г. Чебоксары; ОАО «Электроизмеритель» (Ц4342, Ц4352, Ц4353) г. Житомир; ПАО «Уманский завод «Мегомметр» (Ф4102, Ф4103, Ф4104, М4100), г. Умань.
Как определить усиление мощности и усиление напряжения в ВЧ-системах — Аналоговые — Технические статьи
Я слышу, как все больше и больше клиентов спрашивают: «Как изменяется усиление сигнальной цепи при различных сопротивлениях нагрузки?» И «когда усиливается напряжение» и коэффициент усиления по мощности совпадают при измерении в дБ? » Я хотел поделиться ответами с аудиторией Analog Wire на случай, если у кого-то из вас возникнут те же вопросы. Итак, поехали …
В несимметричном сигнальном тракте с нагрузкой 50 Ом вычислить усиление очень просто, потому что усиление по напряжению (20 * log (Vout / Vin)) равно усилению мощности (10 * log (Pout / Pin)).Однако все становится немного сложнее, когда изменяется импеданс нагрузки или источника. Например, во многих каналах радиоприемника несимметричный сигнал 50 Ом преобразуется в дифференциальный сигнал 200 Ом перед его оцифровкой с помощью высокопроизводительного АЦП, такого как ADC16DV160.
Кроме того, существует два основных типа усилителей: усилители выходного напряжения, такие как LMH6521, и усилители выходного тока, такие как LMH6515. Приведенные ниже расчеты показывают, как эти два разных типа усилителей реагируют на разные условия нагрузки.
Усилители выходного напряжения являются наиболее распространенными усилителями в не ВЧ системах и увековечены классическим операционным усилителем (операционным усилителем). Обратите внимание, что операционные усилители с обратной связью по току и напряжением имеют архитектуру вывода по напряжению. С недавними разработками в технологии биполярных транзисторов операционные усилители и их производные могут использоваться на частотах до 2 ГГц или выше. В результате они попадают в тракты сигналов РЧ и ПЧ. Поскольку операционный усилитель имеет бесконечное входное сопротивление и нулевое выходное сопротивление, коэффициент усиления по мощности операционного усилителя обычно не указывается, скорее коэффициент усиления задается как коэффициент усиления по напряжению (Av).Обычная настройка усиления составляет 6 дБ, при этом выходное напряжение в 2 раза больше входного. Обратите внимание, что это усиление не определяет условие входной нагрузки или состояние выходной нагрузки. Поскольку для расчета мощности одного напряжения недостаточно, нельзя рассчитать коэффициент усиления по мощности, используя только коэффициент усиления по напряжению.
Рисунок 1 Идеальный усилитель напряжения
Рисунок 2, пример усилителя напряжения: LMH6521
Усилители с токовым выходом — это еще один распространенный тип ВЧ-усилителей, поскольку при заданном входном сигнале создается заданный выходной ток.В одной конфигурации есть две общие конфигурации: Iout = (in * Gain), в другой — Iout = (Vin * gain). Последнее более распространено, и в этом случае коэффициент усиления называется крутизной (gm). В расчетах усилителя крутизны как усиление напряжения, так и усиление мощности зависят от условий нагрузки. (Пример усилителя LMH6515 Rin = 200 Ом, Rout = 200 Ом или 400 Ом, максимальное усиление = 0,1 A / V)
Рисунок 3 Идеальный усилитель тока
Рисунок 4, пример усилителя тока: LMH6515
Для обеих топологий усилителя коэффициент усиления по напряжению в дБ и коэффициент усиления по мощности в дБ равны только при одинаковом входном и выходном импедансах.Однако с усилителями тока и усиление напряжения, и усиление мощности будут изменяться в зависимости от условий нагрузки, тогда как с усилителями напряжения только усиление мощности изменяется с нагрузкой.
В качестве упражнения для читателя докажите, что нагрузка с задней оконечной нагрузкой снижает как усиление напряжения, так и усиление мощности на 6 дБ, и дайте мне знать, как это происходит!
Метод измерения S-параметров больших сигналов мощных транзисторов
Представлен метод измерения параметров рассеяния (S-параметров) мощных транзисторов.Предлагаемый метод напрямую определяет S-параметры мощных транзисторов путем измерения общего коэффициента усиления, фазы и S-параметров входной и выходной согласующей цепи, когда транзистор работает нормально. С помощью этого метода получены S-параметры транзистора усилителя слабого сигнала Motorola MRF581 и коммерческого транзистора высокой мощности Motorola MRF6402.
Сок Кюн Парк, Ик Су Чанг,
Юн Сео Чой, Юн Вон Хух
и Янг Ким
Университет Соганг
Сеул, Южная Корея
Чтобы получить оптимальные характеристики мощного транзистора, важно получить характеристика устройства, например его S-параметры.В случае разработки усилителя слабого сигнала S-параметры полезны и достаточны; однако для усилителя большого сигнала они больше не нужны. Это связано с тем, что метод измерения S-параметров мощного транзистора представляет собой проблему. 1 Обычно S 11 и S 21 измеряются коэффициентом отражения на входном порте и коэффициентом передачи на выходном порте, когда входной сигнал вводится во входной порт. Это правильные значения, потому что транзистор работает нормально.S 22 и S 12 измеряются коэффициентом отражения на выходном порте и коэффициентом передачи на входном порте, когда входной сигнал вводится в выходной порт. В этом случае это неправильные значения, потому что транзистор не работает нормально. 2,3
Метод измерения S-параметров мощного транзистора в нормальных условиях основан на методе редукции портов. Этот метод определяет S-параметры мощных транзисторов путем четырехкратного измерения общего коэффициента усиления и фазы измерительной системы и S-параметров входных и выходных согласующих цепей, в то время как транзистор работает нормально, в отличие от существующего метода, который измеряет S 12 и S 22 , когда транзистор работает ненормально.
ТЕОРИЯ МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ S-ПАРАМЕТРОВ
Принцип измерения S-параметров в нормальных условиях с использованием метода редукции портов может быть получен следующим образом. Рассмотрим блок-схему на рисунке 1.
|
|
[S T ] — это матрица S-параметров тестируемого устройства (DUT), а [S i ] и [S o ] — матрицы S-параметров входная и выходная согласующая сеть соответственно.Матрица S-параметров четырехпортовой сети (пунктирная линия) равна
Если эта матрица 4 x 4 разделена на матрицы 2 x 2, то
B 1 = S 11 A 1 + S 12 A 2
B 2 = S 21 A 1 + S 22 A 2 (2)
где
Матрица S-параметров транзистор представлен
То есть
A 2 = S T B 2 (5)
Используя уравнения 5 и 2, B 2 определяется как
B 2 = S T 1 A 2 = S 21 A 1 + S 22 A 2 (6)
Из чего A 2 можно получить как
A 2 = (S T 1 S 22 ) 90 048 1 S 21 A 1 (7)
Подстановка уравнения 7 в уравнение 2 дает
B 1 = S 11 A 1 + S 12 (S T 1 S 22 ) 1 S 21 A 1 (8)
Таким образом, общий S-параметр между портом 1 и портом 2, S все задается как
S все = B 1 A 1 1 = S 11 + S 12 (S T 1 S 11 ) 1 S 21 (9)
Матрица S все можно записать как
и
, где
= S 11t S 22t S 12t S 21t
и из Уравнений 11 и 3
где
Комбайн Уравнения 12 и 3 дают
И из уравнения 9
Приравнивание S 21 в уравнении 14 дает
, которое можно переписать как
S 21all = S 21all S 22i S 11t
+ S 21i S 21o S 21t + S 21all S 11o S 21t S 21all S 22i S 11o (16)
где
= S 11t S 22t S 12t S 21t
Следовательно, если известны четыре различных значения общего S 21, все , а также S-параметры согласующих сетей для того же S 21all , может быть построена новая матрица, элементы которой: S 11t , S 21t , S 22t и как показано в уравнении 17.
и из уравнения 17
Уравнение 18 можно без труда решить, используя S-параметры согласующих цепей (S 21i , S 22i , S 11o , S 21o ) и общая сеть, включая согласующие сети (S 21all ). наконец, можно получить S-параметры DUT, то есть S 11t , S 21t , S 12t и S 22t .
МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ
На рисунке 2 показана блок-схема измерительной системы, используемой для устройства с большим сигналом (MRF6402).
|
|
Для управления основным усилителем необходим каскад предусилителя. Выходная мощность управляющего усилителя составляла 27 дБмВт. Однако выходная мощность ИУ слишком высока для измерения S-параметров напрямую анализатором цепей; поэтому на выходном порте используется направленный ответвитель (30 дБ). В случае усилителя слабого сигнала (MRF581) S-параметры могут быть измерены непосредственно с помощью анализатора цепей.
Циркуляционный насос использовался для предотвращения воздействия на управляющий усилитель отраженного сигнала от ИУ во время настройки.
Тюнер состоял из направленного ответвителя на 3 дБ и регулируемых скользящих шорт. С помощью этого тюнера можно реализовать каждую точку на диаграмме Смита.
Измерение происходит следующим образом. S 21all всей сети, которая включает только входные и выходные согласующие цепи, может быть получено путем компенсации S-параметров усилителя возбуждения и выходного ответвителя.Затем необходимо измерить S-параметры согласующих цепей S 21i , S 22i , S 11o и S 21o . Эта процедура повторяется четыре раза для четырех разных S 21all . Имея эти данные, необходимые S-параметры ИУ могут быть получены путем решения матричного уравнения 18.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
Чтобы проиллюстрировать возможности этого метода, представлены экспериментальные результаты, полученные из 1.Усилитель слабого сигнала с центром на 0 ГГц (MRF581) со смещением в классе A и усилитель большого сигнала с центром на 1,855 ГГц (MRF6402) со смещением в классе AB (MRF6402, типичная выходная мощность = 4,5 Вт, В CE = 26 В, V BE = 0,78 В, I CQ = 40 мА).
В таблице 1 показаны S-параметры MRF581, полученные из решения уравнения 18 и измеренные с помощью анализатора цепей. В таблице 2 показаны S-параметры устройства MRF 6402, полученные путем решения уравнения 18.
|
|
Для проверки достоверности S-параметров, характеристика усиления усилителя получается путем согласования устройства с помощью тюнеров и сравнения с характеристикой усилителя, согласованного с использованием S-параметров из таблицы 2.
На рисунке 3 показана характеристика усиления усилителя в сочетании с тюнерами. На рисунке 4 показаны характеристики усиления усилителя, согласованные с использованием измеренных S-параметров.
|
|
Как видно, разница между двумя данными составляла всего 0,8 дБ. При разработке усилителя в методике проектирования использовалась окружность постоянного усиления усилителя слабого сигнала. Поскольку контур постоянного усиления мощного транзистора не является кругом, разница между двумя подходами является допустимой ошибкой. 4
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Предложен новый метод измерения параметров рассеяния транзисторов с большим сигналом. Обычно параметры S 12 и S 22 соответственно получаются с помощью анализатора цепей путем измерения коэффициента отражения в порте коллектора и коэффициента передачи в порте базы, когда входной сигнал вводится в порт коллектора. Этот метод не соответствует нормальному рабочему состоянию транзистора.Следовательно, S 12 и S 22 не являются правильными значениями. Однако метод, предложенный в этой статье, использует только измеренные данные, пока транзистор работает нормально. Используя этот метод, получают S-параметры MRF581 и MRF6402, и достоверность этого метода проверяется в каждом случае путем сравнения S-параметров, измеренных с помощью анализатора цепей, с параметрами, полученными с помощью предлагаемого метода, и путем сравнения усиление характеристик усилителей с использованием тюнеров и полученных S-параметров.*
Ссылки
1. Гильермо Гонсалес, Анализ и проектирование СВЧ транзисторных усилителей, Прентис Холл, Нью-Джерси, 1997, стр. 212283.
2. S.R. Мазумдер, «Двухсигнальный метод измерения S-параметров транзисторов для больших сигналов», IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 26, июнь 1978 г., стр. 417420.
3. Ван Валкенбург, Справочные данные для инженеров: радио, электроника, компьютер и связь, Издательство SAMS, восьмое издание, 1995 г., стр.1217.
4. Гильермо Гонсалес, Анализ и разработка СВЧ транзисторных усилителей, Прентис Холл, Нью-Джерси, 1997, стр. 352356.
|
Пак Кюн Пак получил степени BSEE и MSEE в Университете Соганг, Сеул, Южная Корея, в 1998 и 2000 годах соответственно. Он работает в Samsung Electronics Co. Ltd. с 2000 года. Сфера его интересов — микроволновые интегральные схемы, системы микроволновой связи и мобильные телефоны. С ним можно связаться по адресу humblesk @ samsung.co.kr. Ик Су Чанг получил степень доктора философии в Сеульском национальном университете, Сеул, Южная Корея, в 1982 году. В настоящее время он является профессором Университета Соганг. Он имеет более чем 20-летний опыт проектирования схем ВЧ и СВЧ. Он член IEEE. С ним можно связаться по адресу [email protected]. Юн Со Чой получил степень бакалавра естественных наук в Университете Соганг, Сеул, Южная Корея, и в настоящее время работает над получением степени магистра. Его исследования включают дизайн PA и дизайн системы линеаризатора.С ним можно связаться по адресу [email protected]. Джун Вон Ху получил степень MSEE в Университете Соганг, Сеул, Южная Корея, в 1996 году. С 1996 по 1999 год он работал инженером-проектировщиком в компании KMW, Южная Корея. Сейчас он аспирант Университета Соганг. Его исследовательские интересы включают проектирование PA и проектирование систем линеаризации. С ним можно связаться по адресу [email protected]. Янг Ким получил MSEE в Университете Соганг, Сеул, Южная Корея, и в настоящее время работает над получением степени доктора философии.Он разработал линейные усилители мощности для сотовой связи и PCS в компании Samsung Electronics Co. Ltd. Его области интересов — разработка усилителей большой мощности и методы линеаризации, а также анализ и проектирование ВЧ- и СВЧ-цепей. С ним можно связаться по адресу [email protected]. |
Тестер постоянного тока коллектора hFE для транзисторов
пр.177| Elliott Sound Products | пр.177 |
© Март 2018 — Род Эллиотт
Введение
Стандартный способ измерения транзистора h FE (коэффициент усиления по постоянному току) состоит в том, чтобы ввести известный и постоянный базовый ток и измерить ток коллектора.Например, если вы подаете 500 мкА в базу и измеряете ток коллектора 45 мА, h FE будет равен 90. Это довольно просто реализовать и работает очень хорошо. Тестер транзисторов Project 31 работает таким образом, а также обеспечивает другие тесты, такие как напряжение пробоя с резистором между базой и эмиттером и без него. Измеритель, контролирующий ток коллектора, может быть откалиброван в h FE , потому что используется известный базовый ток и нет необходимости в расчетах.
Большинство мультиметров имеют возможность «проверять» транзисторы, но это полезно только для определения того, работает ли устройство (возможно).Отображаемый коэффициент усиления (вероятно) приемлем для транзисторов с малым сигналом, которые работают с низким током, но мультиметры-тестеры абсолютно бесполезны для проверки силовых транзисторов. Даже что-то вроде P31 может не предоставить возможность запускать тест так, как вы хотите, по крайней мере, не без излишней возни.
Хотя метод постоянного тока базы является наиболее распространенным, в некоторых случаях транзистор (ы) в идеале будет тестироваться с постоянным током коллектора. Если вы не хотите экспериментировать, тестирование транзисторов при постоянном токе коллектора намного сложнее со стандартной тестовой схемой.Использование постоянного тока коллектора означает, что ток коллектора всегда будет достаточно близок к установленному вами значению, а затем измеряется базовый ток для определения усиления.
Это недоступно для подавляющего большинства тестеров (включая P31), и требуется специальная настройка теста, потому что это необычный способ запуска теста. В идеале можно было бы также изменять напряжение коллектора, потому что коэффициент усиления действительно изменяется при изменении напряжения. Когда напряжение коллектора низкое, коэффициент усиления также ниже, увеличиваясь с увеличением напряжения коллектора.Например, вы можете измерить коэффициент усиления 288 при напряжении коллектора 1 В, увеличивающийся до 639 при напряжении коллектора 20 В. Хотя это основано на моделировании, «реальный» тест даст аналогичные результаты. Разрешение переменного напряжения коллектора значительно усложняет работу и не допускается в следующей конструкции.
Существует несколько способов проведения испытания постоянным током, но не все из них легко реализовать. Чтобы быть полезным, тестер должен уметь тестировать транзисторы NPN и PNP, в идеале с минимальным количеством переключений.Это отвечает интересам как стоимости, так и надежности, особенно потому, что при согласовании силовых транзисторов часто требуется довольно большой ток. Уже существует проект, который (почти) удовлетворяет наши потребности — см. Проект 106. Это внесенный проект, но он был разработан специально для транзисторов NPN, и изменить его, чтобы разрешить как NPN, так и PNP, трудно.
Тестирование постоянного тока коллектора
Это не так просто, как «традиционный» метод тестирования, и в показанном здесь методе есть встроенный коэффициент ошибки, поскольку базовый ток протекает в цепи эмиттера.Однако ошибка небольшая, и ее можно игнорировать, если целью является согласование транзисторов (одна из наиболее вероятных причин, по которым вы захотите протестировать этот способ). В то время как база транзистора в реальной схеме будет потреблять столько тока, сколько необходимо для правильного смещения схемы, вы не можете просто использовать резистор низкого номинала от источника питания к базе, потому что переход база-эмиттер обычно находится в прямом направлении. пристрастный. Если бы вы использовали источник питания 5 В и резистор 10 Ом, транзистор BC549 попытается приблизиться к 200 мА, и транзистор, вероятно, будет разрушен.Это во много раз больше базового тока, чем позволяют номинальные значения. К счастью, сопротивление может превышать 10 Ом, так что еще не все потеряно.
Для тестирования с постоянным током коллектора мы должны использовать постоянное напряжение для базы и сток (или просто резистор), включенный последовательно с эмиттером. Напряжение питания базы (за вычетом напряжения база-эмиттер 0,65 В) появляется на нагрузке эмиттера, и затем можно измерить ток базы. Ток эмиттера представляет собой сумму токов коллектора и базы, и если источник питания 6 В используется с эмиттерным резистором 100 Ом (например), ток эмиттера будет около 53 мА.Коллекторный ток немного меньше этого, потому что он не включает базовый ток.
Для большинства транзисторов с разумным усилением этой небольшой ошибкой можно пренебречь. Например, если h FE равно 100, ошибка составит всего 1%. Это несущественно по сравнению с изменениями, которые происходят при разных температурах или даже напряжениях коллектора. Общая схема испытаний с постоянным током коллектора представлена ниже. То, что мы на самом деле тестируем , — это постоянный ток эмиттера, но он достаточно близок, чтобы коррекция требовалась только в том случае, если усиление транзистора особенно низкое.
Рисунок 1 — Принцип работы тестера постоянного тока коллектора
Это что-то вроде неправильного названия, потому что это постоянный ток эмиттера , но без чрезмерной сложности он будет работать достаточно хорошо для 99,9% тестов, которые вы, возможно, захотите провести на партии транзисторов. Хотя выше показан только резистор, лучшие результаты будут получены при потреблении постоянного тока, но это усложняет тестер и не требует гарантии из-за значительного увеличения количества деталей и стоимости.Должно быть очевидно (но, возможно, не новичкам), что показанная схема будет потреблять базовый ток, который почти полностью связан с усилением тока транзистора. Это простой эмиттерный повторитель, и из-за фиксированного напряжения эмиттера и резистора падение напряжения на Rb прямо пропорционально току базы. «Rb» должно быть достаточно низким, чтобы гарантировать, что напряжение на нем ограничено, предпочтительно не более 100 мВ.
В схеме, показанной выше, установите транзистор с базой, эмиттером и коллектором в правильные места.Осторожно — неправильное подключение может вывести из строя транзистор. Для проверки нажмите кнопку «Тест» и снимите показания напряжения на подключенном цифровом мультиметре (цифровом мультиметре). Оно должно быть в пределах 10-100 мВ, а точность зависит от вашего измерителя. Если напряжение меньше, необходимо увеличить Rb и наоборот. Ток эмиттера определяется напряжением на «Re», которое (примерно) является отрицательным напряжением питания меньше 0,7 В (прямое смещение эмиттер-база транзистора) и меньше напряжения, падающего на базовом резисторе («Rb»). .Транзистор не будет проводить, пока не будет нажата кнопка «Тест».
Вам нужно решить несколько вещей, одна из которых — это напряжение коллектора, которое вы хотите проверить. Оно должно быть не менее 5 В, и хотя 12 В подойдет, рассеивание всего будет чрезмерным. Вы можете использовать внешний источник переменного тока, чтобы можно было использовать любое напряжение в пределах источника, но вам нужно будет убедиться, что полярность правильная. База также может быть запитана от отдельного источника питания, но это становится беспорядочным и потенциально опасным для транзистора, если вы сделаете ошибку.Показанная конструкция использует собственные источники питания ± 6 В и несколько безопаснее (для транзисторов), чем внешние настольные источники питания.
Ток эмиттера устанавливается Re, и закон Ома — это все, что вам нужно для расчета номинала резистора для любого желаемого тока. Например, для тестирования при 20 мА (т.е.) Re будет иметь (около) 5,3 В на нем (V Re ), поэтому Re станет …
Re = V Re / Ie
Re = 5,3 / 20 м = 265 Ом (используйте 270 Ом)
Величина базового резистора (Rb) зависит от ожидаемого усиления транзистора.Для типичного прироста около 100 сделайте 1 тыс. Руб. При напряжении 100 мВ на Rb ток через него должен быть 100 мкА, поэтому транзистор имеет коэффициент усиления / ч FE , равный 200 (20 м / 100 мк = 200).
Очень важно, чтобы все тестируемые транзисторы имели одинаковую температуру. Это можно контролировать с помощью термистора и омметра, так что тесты будут сопоставимы. Если вы не управляете температурой должным образом, результаты бесполезны.Биполярные транзисторы изменяют свои V BE (напряжение база-эмиттер) и h FE в зависимости от температуры, а более высокая температура означает ниже V BE и выше h FE . Сильноточные испытания могут быть синхронизированы (например, подождать 5 секунд и снять показания V BE , либо использовать термистор и одновременно снять показания. температура для каждого тестируемого устройства.
Дизайн-цели
Стоит задать вопрос «почему?» Нет веских причин, по которым «традиционный» тестер с постоянным током базы не даст хороших результатов, но транзистор с высоким коэффициентом усиления потребляет больший ток коллектора, что приводит к небольшому нагреву кристалла и, таким образом, еще большему увеличению коэффициента усиления.При тестировании редко достигается тепловой разгон, но если ток коллектора зависит от каждого устройства (а это и будет), то тест может не показать вам нужную информацию значимым образом.
Преимущество тестирования с постоянным (или почти постоянным) током коллектора заключается в том, что каждое тестируемое устройство подвергается одинаковому нагреву, поэтому, по крайней мере теоретически, результаты будут более предсказуемыми (или, возможно, менее непредсказуемыми). Чтобы определить коэффициент усиления, вы должны измерить базовый ток и произвести расчет, что также создает интересные проблемы.Если вы используете мультиметр для измерения тока, у него есть внутренний шунт для измерения тока, а для малых токов это будет довольно высокое сопротивление. Он также изменится (возможно, непредсказуемо), если измеритель автоматически выбирает диапазон.
Это влияет на ток коллектора, если эмиттер не использует точный приемник тока, чтобы гарантировать, что ток эмиттера действительно постоянный. Вы можете использовать резистор, но напряжение на нем приведет к уменьшению тока эмиттера. Это выбранный метод, и он будет поддерживать постоянное напряжение эмиттера в пределах 100 мВ или около того (в зависимости от минимального напряжения, которое вы можете измерить).Также вводится другая потенциальная неопределенность, потому что, если напряжение эмиттера падает, транзистор имеет более высокое напряжение между коллектором и эмиттером.
Помните, что коэффициент усиления изменится при изменении напряжения коллектор-эмиттер. Это называется ранним эффектом по имени человека, который первым его обнаружил. По мере увеличения напряжения между коллектором и базой транзисторы усиливаются. Я не собираюсь приводить все формулы, описывающие это, поэтому, если вы хотите узнать больше, посмотрите сами.В конечном итоге важно поддерживать одинаковое базовое напряжение независимо от усиления. Это означает, что базовая цепь должна иметь низкий импеданс, и включение измерителя может вызвать ошибки, которые будет очень трудно определить количественно.
Теперь мы столкнулись с новой дилеммой — как мы можем измерить базовый ток без последовательного резистора разумного номинала. Например, если вам нужно измерить 100 мкА, а база питается через резистор 1 кОм, то 100 мВ на резисторе равняется 100 мкА.Как оказалось, с этим легко справиться, и изменение напряжения коллектор-база на 100 мВ не представляет большого труда. Это нормально для тестирования при среднем токе, но если вы хотите проверить (скажем) при 1 мА, а транзистор имеет усиление 100, напряжение на резисторе 1 кОм составляет всего 10 мВ, поэтому получить точное показание намного сложнее. К счастью, если мы решим, что изменение 100 мВ в порядке, мы можем просто заменить резистор в соответствии с требованиями. Измеритель всегда будет показывать милливольты на базовом резисторе.
При таком расположении ток эмиттера (и, следовательно, ток коллектора) будет изменяться в зависимости от коэффициента усиления транзистора. Однако изменение невелико, и с аналогичными транзисторами погрешность незначительна. При согласовании транзисторов , если два (или более) устройства хорошо согласованы, их рабочие условия в описанной схеме будут почти идентичными. Было рассмотрено множество подходов, но это самый простой и требует только простых схем.
Окончательный проект
Тестер должен быть простым, но достаточно гибким, чтобы удовлетворить наиболее распространенные требования.Достаточно легко внести изменения, если вам нужен конкретный ток, который не обслуживается, но обычно в этом нет необходимости. Диапазоны тока должны начинаться от примерно 1 мА до 3 А или около того, следуя последовательности 1, 3, 10 (и т. Д.). Это должно покрыть большинство требований к тесту. Измеритель, используемый для контроля напряжения на базовом резисторе, будет показывать 0–100 мВ для каждого диапазона, показанного ниже. Базовый ток измеряется в декадах. При измерении напряжения на известном сопротивлении внутреннее сопротивление измерителя тока больше не является «неизвестным» фактором (особенно верно для измерителя с автоматическим выбором диапазона).Требуемое сопротивление эмиттера округлено до ближайшего стандартного значения, но вы можете легко его изменить (нужен только закон Ома). Предполагается, что напряжение база-эмиттер в каждом случае составляет 0,7 В, но оно будет варьироваться от одного устройства к другому.
| Параметр | Резисторы и токи | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Ток коллектора, А | 1 м | 3 м | 10 м | 30 м | 100 м | 300 м | 1A | 3A | |
| Резистор эмиттера, Ом | 5k1 | 1k8 | 510 | 180 | 51 | 18 | 5.1 | 1,8 | |
| Фактический ток, А | 1,04 м | 2,94 м | 10,4 м | 29,4 м | 104 м | 294 м | 1,04 | 2,94 | |
| Базовый ток, А | 100n | 1µ | 10µ | 100µ | 1m | 10m | 100m | ||
| Сопротивление базы, Ом | 1Meg | 100k | 10k | 1k | 100 | 10 | 1 | ||
| DMM Напряжение, вольт | 0-100 м (все диапазоны) | ||||||||
Важно понимать, что абсолютное значение усиления не имеет значения.По этой причине существует только символическая попытка убедиться, что ток коллектора соответствует указанному. Фактические (теоретические) значения включены в таблицу. Он будет несколько отличаться в зависимости от тестируемого устройства, но если два транзистора показывают одинаковый базовый ток в любом заданном диапазоне, их коэффициент усиления будет одинаковым. Этот тестер предназначен в первую очередь для сравнительных испытаний, и высокая точность просто не нужна. Даже в качестве «обычного» тестера этого будет более чем достаточно, чтобы показать, что транзистор соответствует техническим характеристикам.Измерения на транзисторе h FE не являются «прецизионными» тестами при любом натяжении воображения.
Рисунок 2 — Полная схема тестера
Вместо того, чтобы возиться с потребителями тока, показанная схема будет работать нормально, и ее преимущество состоит в том, что ничто не чувствительно к полярности — за исключением, конечно, тестируемого устройства (DUT). Напряжение перехода эмиттер-база компенсируется (более или менее) выбором резистора, и хотя в большинстве случаев будет некоторая неточность, оно должно быть менее ~ 6% (как показано в Таблице 1).Это более чем приемлемо для измерения абсолютного усиления транзистора, но для согласования оно так же точно, как ваши измерения базового тока.
Хотя ни один транзистор не может быть поврежден, если сопротивление базы установлено слишком низким, то же значение не применимо к току эмиттера. Если установлен малосигнальный транзистор с выбранным диапазоном 3 А, он, вероятно, будет поврежден независимо от настройки резистора базового тока. Очень низкие диапазоны обеспечивают некоторую защиту, но даже базовый ток 0,5 мА (диапазон 10 мкА) в малом сигнальном транзисторе вызовет ток коллектора не менее 50 мА и рассеяние более 250 мВт (он нагреет до ).
Общая схема максимально упрощена. Это упрощает (и удешевляет) сборку, а отсутствие каких-либо активных компонентов в измерительной секции (кроме регуляторов источника питания) означает, что нет ничего, что могло бы измениться со временем или температурой, чтобы нарушить снятые показания. Поскольку тестируемый транзистор подключен как эмиттерный повторитель, маловероятно, что он будет колебаться или делать что-либо еще, чтобы нарушить измерения. Резисторы большой мощности вызовут некоторые проблемы, и убедитесь, что они не могут нагреть тестируемое устройство, поскольку это приведет к серьезным ошибкам.
Переключатель эмиттерного резистора должен быть рассчитан на выдерживание полного тока транзистора. Для диапазона 3А это может быть ограничивающим фактором, и может потребоваться использовать реле для переключения диапазона (-ов) наивысшего тока. Многие поворотные переключатели не могут работать с током более 200 мА, поэтому, если вы не можете получить переключатель с более высоким номинальным током, могут потребоваться реле для трех высоких диапазонов. В качестве альтернативы вы можете использовать отдельные переключатели для этих диапазонов (менее удобно, но проще и дешевле).Если вы это сделаете, Sw2 потребуется положение «разомкнутой цепи», чтобы в цепи не было другого резистора.
Рисунок 3 — Пример переключения реле
Реле можно активировать по показанной схеме. Когда переключатель установлен на диапазон переключения реле, стеклоочиститель переключателя подключает катушку реле, а реле переключает резистор эмиттера. Два стабилитрона предназначены для подавления обратной ЭДС от катушки реле, когда реле выключено. Хотя катушка реле параллельна резистору, задающему ток, для диапазонов 1 А и 3 А дополнительный ток не вызывает особого беспокойства.Если вы используете реле для диапазона 300 мА, вам необходимо немного отрегулировать значение резистора, чтобы учесть ток катушки (обычно около 60-80 мА в зависимости от используемых вами реле).
Обратите внимание, что выбранное реле не сработает, пока не будет нажата кнопка «Тест».
Блок питания
Блок питания должен быть простым, но в то же время предсказуемым. Регулируемые поставки необходимы. Хотя использование потребителя постоянного тока лучше, чем резистора (и требуется только один источник питания), на самом деле это создает дополнительные сложности, поскольку для тестов NPN и PNP требуются отдельные приемники тока.Это довольно быстро становится глупым. Безусловно, самый простой способ получить источник питания 3 А — это использовать два регулятора 7812 параллельно. При желании вы можете использовать три параллельно, чтобы снизить температуру и повысить эффективность радиатора. Это сводит к минимуму рассеивание в каждом из них примерно до 6 Вт, а с помощью балансировочных резисторов легко заставить их равномерно распределять ток. Мостовой выпрямитель показан с использованием диодов 4 × 1N5401, но при желании можно использовать мост на 10 А.
Рисунок 4 — Схема источника питания
Использование регуляторов 7812 удобно, так как не требует дополнительных внешних деталей.Используйте термопасту, чтобы обеспечить наилучшую теплопередачу к радиатору (на котором будет напряжение 6 В). Это низкое напряжение, поэтому изолировать радиатор от других металлических конструкций несложно. Питание можно упростить, если вам не нужен диапазон 3А. Одного 7812 хватит на 1А, хотя радиатор все же необходим. Снижение максимального испытательного тока также означает, что трансформатор может быть меньше, и будет достаточно блока 20 ВА с вторичной обмоткой 15 В переменного тока. Вы также можете уменьшить колпачок фильтра с 5600 мкФ до 2200 мкФ и использовать диоды меньшего размера (1N4001 или аналогичный будет достаточно).
То, как вы собираете источник питания (и сам тестер), зависит от предполагаемого использования тестера. Если вы собираетесь сравнивать / измерять только малосигнальные устройства, то вам не понадобится более 100 мА, что все упрощает и будет намного дешевле. Однако, если вы думаете, что, возможно, захотите протестировать при более высоких токах «когда-нибудь», вы можете включить дополнительные диапазоны и источник высокого тока — на всякий случай.
Трансформатор рассчитан на 15 В, потому что при выходном токе 3 А постоянного тока пульсации напряжения все еще должны находиться в диапазоне, позволяющем регуляторам поддерживать регулируемое выходное напряжение.Регуляторам 7812 требуется абсолютный минимум на , что на 2,6 В больше входного сигнала, чем выходного, в противном случае на выходе возникнет пульсация. Это означает, что минимальное нерегулируемое напряжение (включая пульсации) должно составлять , по крайней мере, 14,5 В — желательно больше. Поскольку ток может достигать 3 А, пульсации становятся реальной проблемой, если только напряжение не достаточно высокое или C1 не намного больше. Трансформатор должен быть рассчитан на 50 ВА, но более высокий рейтинг обеспечит лучшее регулирование. Трансформатор меньшего размера может подойти (испытания проходят периодически), но регулирование может стать проблемой, требующей большей емкости для C1.
Рисунок 5 — Цепь центрального напряжения (разделенное питание)
Центральное напряжение («искусственное заземление») получается из буфера среднего тока с использованием U3 (операционный усилитель µA741) и пары транзисторов. Вы можете использовать практически любой операционный усилитель, который вам нравится — это не критично. Простой резистивный делитель использовать нельзя, так как нагрузка неравная. Ток эмиттера всегда будет больше, чем ток коллектора, и разница может достигать 100 мА — например, силовой транзистор с коэффициентом усиления 30 в диапазоне 3 А.Буфер будет поддерживать прогнозируемое центральное напряжение с базовым током примерно до 150 мА. Это проще и дешевле, чем создание пары источников питания, поскольку оба должны регулироваться и рассчитываться на одинаковый ток. Буфер будет поддерживать центральное напряжение в пределах нескольких милливольт независимо от нагрузки. C2 не является обязательным, и схема будет нормально работать и без него.
Нет причин, по которым вы не можете использовать ни один импульсный источник питания 12 В (или внешний настольный источник питания), ни даже пару источников переключения 5 В.С отдельными источниками вы можете сделать их разными напряжениями и переключить их, чтобы обеспечить (например) 12 В на коллекторе и 5 В для цепи эмиттера. Номинальный выходной ток должен быть не менее 3 А. Я оставлю переключение на усмотрение конструктора, но если питание эмиттера уменьшится до 5 В, значения резистора эмиттера необходимо будет пересчитать, потому что на них не будет 5,3 В. Вместо этого оно будет около 4,3 В, а чтобы получить (скажем) 1 А, резистор должен быть около 4,3 Ом. Все диапазоны тока эмиттера необходимо пересчитать (хотя закон Ома — это все, что нужно).
Другой вариант, который вы можете рассмотреть, — использовать выпрямленный, но несглаженный постоянный ток для измерений. Это добавляет некоторую неопределенность, поскольку напряжение сети не является фиксированной величиной и может отличаться на ± 10% от номинального значения (т. Е. 230 В или 120 В), а иногда и больше. Это означает, что если во время проверки напряжение сети изменится, измерения больше не будут полезны. Точное согласование невозможно из-за переменного напряжения питания. Для базовых тестов это не имеет значения, но если вам нужны только общие средства тестирования, Project 31 — лучшее предложение.
Использование тестера
Всегда проверяйте, что диапазон тока эмиттера установлен на соответствующее значение для тестируемого транзистора. Совершенно очевидно, что выбор диапазона тока, превышающего номинальные характеристики устройства, бесполезен. Ваш мультиметр подключается к клеммам «DMM» и должен быть настроен на диапазон 200 мВ. Напряжение, измеренное на базовом резисторе, указывает на ток, при этом напряжения для номинальных токов указаны в таблице выше. Полярность измерителя не важна, но если вход + Ve подключен к Gnd, он будет читать + мВ для NPN и -мВ для PNP.
Выберите настройку базового резистора, обеспечивающую напряжение до 100 мВ. Например, если переключатель базы установлен на диапазон 100 мкА (резистор 10 кОм), напряжение 85 мВ указывает на ток базы 8,5 мкА. Если ток коллектора установлен на 3 мА, транзистор имеет коэффициент усиления 352. Как отмечалось выше, абсолютное значение не имеет значения, когда вы сопоставляете устройства, но полученная цифра все равно будет довольно близкой к реальности (при используемом напряжении и токе. для теста — изменится на , если что-то изменится).
Очень важно поддерживать одинаковую продолжительность теста для каждого транзистора или дать достаточно времени для стабилизации температуры. Последний подходит для небольших сигнальных устройств, но потребует слишком много времени с силовым транзистором и радиатором. Радиатор необходим для сильноточных испытаний, потому что рассеиваемая мощность может достигать около 18 Вт в диапазоне 3 А, и даже в диапазоне 1 А оно будет составлять 6 Вт. Большинство тестеров не умеют прощать, если вы устанавливаете неправильный текущий диапазон, и это не исключение.
Базовый диапазон тока может быть установлен в любом месте, где вы хотите начать.Если диапазон слишком низкий, напряжение будет намного больше, чем максимальное значение 100 мВ, которое мы ищем, поэтому просто переключайтесь на более высокий диапазон, пока измеренное напряжение не будет между (скажем) 10 мВ и 100 мВ. Даже не обязательно вычислять базовый ток и вычислять усиление, если вы просто подбираете транзисторы. Просто проверьте каждое устройство по очереди и отметьте показания счетчика. Любые устройства с идентичными (или очень близкими) показаниями соответствуют точности ваших измерений.
При подборе устройств убедитесь, что вы не держите их в пальцах, потому что это повлияет на их температуру и напряжение база-эмиттер, и h FE изменится.Нечасто требуется экстремальное согласование, но если это то, что вам нужно, тогда температура устройства имеет решающее значение. При использовании согласованные транзисторы должны находиться в тесном тепловом контакте, что непросто с транзисторами в пластиковом корпусе. Даже компоновка печатной платы может вызвать несоответствие, если дорожки имеют разную длину и / или переходят к другим частям, которые нагреваются сильнее, чем окружающая среда.
Список литературы
Нет, за исключением двух проектов, упомянутых в тексте.Ничего подобного в другом месте, посвященном тестированию постоянного тока коллектора, нет. Хотя есть много сообщений на форуме, которые спрашивают или рекомендуют использовать постоянный ток коллектора, немногие (я не смог найти ни одного), похоже, пришли к подходящему методу для этого.
Единственное, что приближается к показанному здесь тестеру, — это тестер, который использует общую базовую конфигурацию и измеряет токи коллектора и эмиттера — альфа (α), тесты, а не гораздо более распространенный бета (β) тест (примерно эквивалентный к h FE ).Даже просмотр многочисленных ресурсов, основанных на альфа-тестировании, мало для кого представлял реальной ценности.
Основной индекс Указатель проектов
| Уведомление об авторских правах. Эта статья, включая, но не ограничиваясь, весь текст и диаграммы, является интеллектуальной собственностью Рода Эллиотта и © 2018. Воспроизведение или повторная публикация любыми способами, электронными, механическими или электромеханическими, строго запрещены в соответствии с Международные законы об авторском праве.Автор (Род Эллиотт) предоставляет читателю право использовать эту информацию только для личного использования, а также разрешает сделать одну (1) копию для справки при создании проекта. Коммерческое использование запрещено без письменного разрешения Рода Эллиотта. |
Страница создана, авторские права © Род Эллиотт, март 2018 г.
hFE Тестер для силовых транзисторов NPN
hFE Тестер для силовых транзисторов NPN| Elliott Sound Products | пр.106 |
© Август 2004 г., Джефф Мосс
(с дополнительными материалами от Рода Эллиотта)
Введение
Целью разработки было создание тестера h FE с коммутируемыми токами коллектора для DUT (тестируемого устройства), охватывающего диапазон, подходящий для выбора и согласования выходных транзисторов для таких усилителей, как JLH Class-A, ESP DoZ и т. Д. .
Тестер должен обеспечивать диапазон испытательных токов коллектора от 0,05 А до 3 А с (примерно) логарифмическими шагами.
Важно избегать необходимости в резисторах большой мощности и (поворотных) переключателях с контактами с высоким номинальным током, особенно потому, что последние могут быть очень трудно получить. Также важно минимизировать стоимость.
Хотя схема может показаться сложной, на самом деле это не так, но она тестирует устройства при заданном (и фиксированном) токе коллектора — именно так это и нужно делать, но в большинстве схем этого не происходит.Гораздо проще зафиксировать базовый ток и измерить ток коллектора, но согласование устройств, основанных на токе коллектора, становится практически невозможным при использовании метода фиксированного базового тока.
Вы можете посмотреть Project 177, который использует тот же метод тестирования, но гораздо более гибкий, чем его версия. Он может тестировать как NPN-, так и NPN-транзисторы, просто переключая полярность питания, и его гораздо проще построить.
Описание
См. Рисунок 1 (ниже).D1 (или U2, показанный на рисунке 2), R3 и VR1 создают регулируемое опорное напряжение. Значения резисторов Rc1-Rc7 были выбраны таким образом, чтобы расчетный ток коллектора протекал в ИУ, когда напряжение на блоке резисторов составляет около 1 В. Q1 контролирует напряжение на блоке резисторов, сравнивает его с предварительно установленным опорным напряжением, полученным от светодиода, и подает достаточный ток на базу тестируемого устройства, чтобы поддерживать 1 В на резисторах установки тока.
Рисунок 1 — Схема тестера h FE
Обратите внимание, что напряжение питания составляет 20 В постоянного тока.Показанные точки подключения указывают на положительный и отрицательный полюсы, и , а не , означают или подразумевают двойное питание — только полярность соединений. Немаркированные резисторы — 0,25Вт. Q2, силовой Дарлингтон, был включен в качестве буфера для минимизации колебаний напряжения (и, следовательно, тока), когда тестируются ИУ с низким h FE . SW1 — SW7 должны быть рассчитаны минимум на 2 А постоянного тока.
Предохранитель F1 обеспечивает защиту от высоких токов коллектора и был установлен там, где показано, а не в шине питания, так что предохранитель 3.Можно использовать предохранитель на 15 А. При установке в шину питания потребуется следующее более высокое стандартное значение (4A), что обеспечит пониженную защиту. Это связано с тем, что базовый ток также проходил бы через предохранитель, если бы он находился в шине питания.
ПредохранительF2 предназначен для предотвращения превышения базового тока в случае неисправности или неправильного подключения тестируемого устройства. Резистор в коллекторе Q2 может достичь аналогичного эффекта, но, если он достаточно большой, чтобы обеспечить достаточное ограничение тока, изменение тока коллектора ИУ для транзисторов с низким коэффициентом усиления будет выходить за рамки проектной задачи по поддержанию постоянного тока (для разных ИУ h FE ) с точностью до 1%.Коллекторный резистор более низкого значения для Q2, такой, чтобы ток коллектора DUT оставался постоянным, не ограничивал бы базовый ток DUT ниже 0,5 А и должен был быть рассчитан на 10 Вт, чтобы предотвратить отказ в условиях отказа.
C4 был включен для минимизации возможности колебаний в ИУ. Поскольку конструктор обнаружил, что C4 неэффективен, был добавлен C5. Это делает схему безоговорочно стабильной, а колебания (которые будут давать очень странные показания) невозможны при установленном C5.C4 может быть исключен, если вы того пожелаете — он в значительной степени избыточен с добавлением дополнительного колпачка.
Цифровой мультиметр использовался в своем диапазоне тока, а не в качестве более безопасной альтернативы его использования в диапазоне напряжений и измерения на последовательном резисторе, потому что наибольшее значение последовательного резистора (10R), которое может использоваться в базовой цепи ИУ, составляет без влияния на точность тока коллектора ИУ, такова, что некоторые цифровые мультиметры не будут иметь достаточной чувствительности для точного измерения небольшого (мВ) напряжения, генерируемого на последовательном резисторе при более низких настройках тока коллектора ИУ, особенно если ИУ имеет высокое усиление. .Обратите внимание, что показания измерителя противоположны усилению тока ИУ — высокое показание означает транзистор с низким усилением, а низкое показание означает устройство с высоким коэффициентом усиления. Это не ограничение, это просто то, что пользователь должен иметь в виду.
Те, кому посчастливилось иметь цифровой мультиметр, который будет определять показания с точностью до 0,1 мВ, могут при желании использовать резистор 10 Ом (1% или лучше) вместо соединения цифрового мультиметра, показанного на схеме, с точками подключения измерителя. предоставляется с каждой стороны.Это позволяет использовать измеритель в режиме измерения напряжения, при этом напряжение прямо пропорционально базовому току.
Настройки переключателя и примечания к цепи
Переключатели SW1-SW7 используются для выбора тока коллектора для DUT. Потребляемый базовый ток всегда будет прямой функцией тестируемого устройства h FE .
| SW1 | Вкл. | Вкл. | Вкл. | Вкл. | Вкл. | Вкл. | Вкл. | Вкл. |
| SW2 | Выкл. | Выкл. | Вкл. | Вкл. | Вкл. | Вкл. | Вкл. | Вкл. |
| SW3 | Выкл. | Выкл. | Выкл. | Вкл. | Вкл. | Вкл. | Вкл. | Вкл. |
| SW4 | Выкл. | Выкл. | Выкл. | Выкл. | Вкл. | Вкл. | Вкл. | Вкл. |
| SW5 | Выкл. | Выкл. | Выкл. | Выкл. | Выкл. | Вкл. | Вкл. | Вкл. |
| SW6 | Выкл. | Выкл. | Выкл. | Выкл. | Выкл. | Выкл. | Вкл. | Вкл. |
| SW7 | Выкл. | Выкл. | Выкл. | Выкл. | Выкл. | Выкл. | Выкл. | Вкл. |
| I C | 0A | 50mA | 100mA | 200mA | 500mA | 1A | 2A | 3A |
При последовательном переключении, показанном на схеме, токи коллектора ИУ показаны в таблице 1. Диапазон 3 А можно не учитывать, при желании опуская переключатели SW7 и Rc7. Диапазон 0,05 А можно исключить, исключив переключатели SW1 и Rc1 и изменив Rc2 на 10R (0,5 Вт).
Если исключить диапазон 3 А, регулятор напряжения, вероятно, может быть LM317K, поскольку типичный предел тока для этого устройства составляет 2,2 А, но конструкторы должны учитывать, что LM317K гарантированно только до 1.5A, поэтому ограничение тока может наблюдаться в диапазоне 2A.
LM338K можно использовать вместо LM350K, но тогда предохранитель F1 (даже более) важен, поскольку ограничение тока LM338K не срабатывает до тех пор, пока не будет больше 9 А по сравнению с 4,5 А для LM350K. Для любого из представленных вариантов регулятора IC вам понадобится хороший радиатор. Рассеиваемая мощность в регуляторе определяется напряжением на ИС и током через нее. В худшем случае ток будет немного больше 3А (включая базовый ток) и примерно 5-7В на самой ИС регулятора.Это представляет собой рассеивание примерно до 22 Вт или около того. Выберите относительно большой радиатор и внимательно следите за своей техникой монтажа, чтобы обеспечить наилучшую теплопередачу. При желании можно использовать вентилятор, и его рекомендуется использовать, если предполагается регулярное использование при высоком токе. Для нормального кратковременного режима работы радиатора 1 ° C / Вт, вероятно, будет вполне достаточно.
Предлагаемое напряжение питания составляет 15 В (для альтернативных стабилизаторов напряжения и дешевых дополнительных блоков питания). Это дает испытательное напряжение, которое достаточно близко к ожидаемому Vce в схеме оконечного усилителя, сохраняя при этом рассеиваемую мощность ИУ на разумном уровне.
Напряжение питания можно увеличить, скажем, до 21 В (чтобы получить тестовое напряжение Vce 20 В), но от диапазона 3 А нужно отказаться (IMO). Напротив, напряжение питания может быть уменьшено до 6 В (Vce 5 В), чтобы можно было использовать более высокие испытательные токи или чтобы можно было сравнить результаты измерений с данными, указанными в паспорте. Если напряжение питания снижается, значение R3 также необходимо уменьшить для поддержания подходящего тока через опорное напряжение и VR1. Вам нужно будет сделать свои собственные расчеты рассеяния регулятора.
Q1 не является критическим и может быть любым малосигнальным PNP-транзистором со спецификацией, сравнимой со спецификацией BC560. Q2 также не является критическим и может быть любым NPN Power Darlington со спецификацией, аналогичной спецификации TIP142. Обратите внимание, что для Q2 настоятельно рекомендуется использовать радиатор, учитывая, что рассеиваемая мощность может достигать 4,5 Вт при максимальном базовом токе для устройства с очень низким коэффициентом усиления (обычно 300 мА, хотя при этом перегорает предохранитель на 160 мА) — дополнительную информацию см. Ниже.
Предохранители F1 и F2 должны быстро перегорать (а запасные части должны быть всегда под рукой).
Нажимной переключатель расположен между блоком резисторов и Q1, так что, когда измерения не производятся, через Q1 не протекает ток. Если бы нажимной переключатель был расположен в более обычном положении (последовательно с F2 и цифровым мультиметром), всякий раз, когда нажимной переключатель был разомкнут (большую часть времени), через Q1 проходил бы ток 4 мА +.
Начальная настройка
Подключается запасное одноразовое тестируемое устройство (на подходящем радиаторе) и вставляется перемычка вместо цифрового мультиметра.С помощью нажимного переключателя и SW7 (только) — SW6, если диапазон 3A опущен, VR1 настраивается на подачу 1 В на Rc7 (или Rc6).
Цифровой мультиметр (в соответствующем диапазоне тока) вставляется в коллекторный провод тестируемого устройства, и ток коллектора измеряется в каждом из последовательных положений переключателя, которые задают ток коллектора. Эти токи используются для будущих расчетов h FE (см. Ниже).
После этого все переключатели возвращаются в разомкнутое положение, DUT и цифровой мультиметр удаляются, и тестер готов к использованию.
Использование тестера
Испытуемое устройство подключено (установлено на подходящем радиаторе) вместе с цифровым мультиметром (изначально установленным на диапазон тока 200 мА). SW1 закрыт, и нажимной переключатель задействован. Показания цифрового мультиметра снимаются, когда дисплей стабилизируется (диапазон тока цифрового мультиметра может быть уменьшен для этого положения переключателя). Нажимной переключатель отпускается, SW2 замыкается, нажимной переключатель переделывается, и снимаются другие показания. Повторяйте, пока все тумблеры не закроются, затем переустановите все тумблеры в положение открытия.Следует делать все возможное, чтобы скорость срабатывания тумблеров оставалась постоянной между тестами на разных ИУ, чтобы повышение температуры в ИУ было примерно одинаковым. Это связано с тем, что h FE изменяется в зависимости от температуры перехода транзистора.
В качестве альтернативы нажимной переключатель можно удерживать в замкнутом состоянии, в то время как тумблеры приводятся в действие последовательно, при этом показания снимаются после каждой операции переключения. Если во время теста наблюдается что-либо нежелательное (или запах), немедленно отпустите нажимной переключатель.
h FE для каждого из токов коллектора можно рассчитать на основе токов коллектора, измеренных во время начальной настройки, и токов базы, измеренных во время последовательности испытаний (здесь может пригодиться электронная таблица). Предустановленные токи коллектора могут быть не совсем точными из-за допусков резистора (+/- 5%), но они останутся практически неизменными (в пределах примерно 1%) при вариациях усиления DUT от 25 до 200.
Чтобы рассчитать h FE для любого тока коллектора (Ic), используйте простую формулу…
h FE = Ic / Ib (где Ib — базовый ток)
Например, если ток коллектора был измерен при 3 А, а базовый ток измерялся при 83 мА, h FE будет …
h FE = 3 / 0,083 = 36
При отключении цифрового мультиметра после завершения измерений не забудьте переместить провода обратно в положение измерения напряжения.
Приложение
В этот раздел включены некоторые дополнительные примечания, которые могут быть вам полезны…
Дополнительная информация о радиаторе Q2 … Максимальное рассеивание (без неисправности) в Q2 (коэффициент усиления DUT 25, DUT Ic 3A) составляет чуть более 1,5 Вт. При тепловом сопротивлении переход-воздух 35 ° C / Вт и (очень) прерывистой работе при максимальном уровне рассеивания тепла не требуется. Однако было бы разумно, особенно в полностью закрытом корпусе, установить TIP142 на металлическое шасси, если таковое имеется. В противном случае установите небольшой радиатор (скажем, около 10 ° C / Вт или даже небольшой лист алюминия).
Что касается радиатора для ИУ, максимальная рассеиваемая мощность составляет 45 Вт при предложенном напряжении шины и максимальном Ic, хотя это непостоянно и непродолжительно. Учитывая максимальное тепловое сопротивление распределительного корпуса 1,5 ° C / Вт и изолированный радиатор (поэтому без слюды или SilPad — термопаста, тем не менее, настоятельно рекомендуется), при непрерывном рассеивании 45 Вт радиатор с номинальной мощностью выше 0,4 ° C / Вт будет необходимо поддерживать температуру перехода ниже 130 ° C. Очевидно, прерывистый характер и короткая продолжительность максимального рассеяния означает, что можно использовать что-то меньшее.Я думал о чем-то между 1 и 2 ° C / Вт, что обеспечило бы среднее рассеивание в течение тестов около 20 Вт, даже с устройствами, имеющими относительно плохие тепловые характеристики j-c.
| Рисунок 2 | Как упоминалось выше, альтернативой светодиоду является ИС опорного напряжения TL431. Схема подключения показана слева, а вместо светодиода подключается ИС. Нет другого
необходимы изменения в схеме. Хотя это, несомненно, более точный, чем светодиодный индикатор, улучшение в реальном выражении, вероятно, не стоит затраченных усилий. В оригинальных схемах Джеффа 3 электролитических конденсатора были указаны либо как танталовые, либо как алюминиевые, емкостью 1 мкФ. Постоянные читатели знают о моей ненависти к танталовым крышкам. (самый ненадежный конденсатор из когда-либо созданных), поэтому я рекомендую только алюминиевый электролитический вариант. |
Также вероятно, что вам понадобится подходящий блок питания. Он должен быть достаточно надежным, но убедитесь, что напряжение нагрузки достаточно близко к 20 В (при условии, что рекомендуется источник питания 15 В).Если входное напряжение слишком велико, рассеиваемая мощность регулятора увеличится, предъявляя повышенные требования к радиатору.
В источнике питания обычно используется двойной тороидальный трансформатор 15 В с параллельными обмотками для обеспечения максимального тока. Напряжение без нагрузки будет порядка 25 В, а при полной нагрузке упадет примерно до 20 В. Трансформатор должен быть рассчитан примерно на 80-100 ВА, но 160 ВА (типичное для тороидальных трансформаторов) вполне подойдет. Для выпрямления и фильтрации следует использовать мостовой выпрямитель на 25 А и минимум 4700 мкФ соответственно.При желании можно использовать большую емкость, но это не улучшит характеристики. На рисунке 3 показан типичный источник питания.
Рисунок 3 — Блок питания
В источнике питания нет ничего особенного, но необходимо принять обычные меры предосторожности, чтобы исключить случайный контакт с какой-либо сетевой проводкой. Естественно, можно использовать и «обычный» трансформатор E-I, если он есть под рукой или его можно купить по разумной цене. Рекомендуется номинальный вторичный ток не менее 5А, чтобы предотвратить слишком сильное падение напряжения при приложении нагрузки.
Как уже отмечалось, этот тестер разработан для силовых транзисторов NPN, и очевидно, что будет трудно сделать устройство двойной полярностью, чтобы можно было тестировать и устройства PNP. По сути, есть несколько способов сделать тестер способным тестировать устройства как NPN, так и PNP, но это не особенно тривиальное упражнение. Возможно, будет проще продублировать всю секцию тестера, используя перевернутый светодиод и транзистор NPN вместо PNP, и наоборот. Полярность постоянного тока на выходе регулятора необходимо поменять местами, и, вероятно, проще всего будет использовать реле для переключения полярности и схем управления базовым током.Это особенно верно из-за количества подключений, которые необходимо изменить. Для обратной полярности необходимо дублировать только базовую схему возбуждения — остальная часть схемы пассивна и не чувствительна к полярности.
Обратите внимание, что получить сильноточную версию любого регулятора уже непросто. Типы TO3 продаются по удивительным ценам, и почти наверняка потребуется использовать какое-то другое устройство для получения необходимого тока. Вероятно, самый простой — использовать параллельно фиксированные стабилизаторы 7815 с резистором для балансировки тока на выходе каждого из них.Они не должны быть меньше ~ 0,22 Ом на 1 Вт, и я бы рекомендовал использовать три регулятора 7812 с максимальным током 1 А каждый. Это лучше распределяет тепло (каждый из них рассеивает около 5 Вт), что важно, учитывая довольно низкие возможности рассеивания тепла у корпуса TO220. Такое расположение будет работать очень хорошо, и регуляторы легко поддерживать при разумной температуре. Радиатор, конечно, обязателен, но не обязательно очень большого размера. 1 ° C / ватт позволяет повысить температуру регуляторов на 15 ° C на 1А каждый.Для прерывистой работы радиатор может быть меньше.
Это будет оставлено конструктору в качестве упражнения для определения версии PNP на основе приведенного выше описания.
Основной индекс Указатель проектов
| Уведомление об авторских правах. Эта статья, включая, но не ограничиваясь, весь текст и диаграммы, является интеллектуальной собственностью Джеффа Мосса и / или Рода Эллиотта и © 2004. Воспроизведение или переиздание любыми способами, электронными, механическими или электромеханическими. , строго запрещено международными законами об авторском праве.Авторы (Джефф Мосс и Род Эллиотт) предоставляют читателю право использовать эту информацию только для личного использования, а также разрешают сделать одну (1) копию для справки при создании проекта. Коммерческое использование запрещено без письменного разрешения Джеффа Мосса и Рода Эллиотта. |
Страница создана и защищена авторским правом © Джефф Мосс и Род Эллиотт 03 августа 2004 г.
Увеличение мощности — обзор
Сингулярность и загрузка разума
Рэй Курцвейл — технолог, который утверждал, что не только существенно улучшает наши возможности. хорошо для нас, но это также неизбежный результат человеческого технологического прогресса.Тезис книги Курцвейла Сингулярность близка: когда люди преодолеют биологию , заключается в том, что скоро технический прогресс резко упадет, и люди и общество будут глубоко изменены. Этот взрывной технологический рост Курцвейл назвал «сингулярностью». Одним из потенциальных последствий Сингулярности является загрузка разума, перспектива, которая вполне может превратить нас в постлюдей.
Курцвейл пишет, что:
Сингулярность позволит нам преодолеть [] ограничения нашего биологического тела и мозга.Мы получим власть над нашими судьбами. Наша смертность будет в наших руках. Мы сможем жить столько, сколько захотим (утверждение несколько отличается от того, что мы будем жить вечно). Мы полностью поймем человеческое мышление и значительно расширим его возможности. К концу этого столетия небиологическая часть нашего интеллекта будет в триллионы и триллионы раз мощнее, чем человеческий разум без посторонней помощи.
(Курцвейл, 2005, 9)
Он утверждает, что сейчас мы находимся на ранних стадиях перехода и быстро приближаемся к точке, когда рост станет взрывным и станет очевидной экспоненциальная тенденция технологических изменений.
Курцвейл поддерживает свою точку зрения, утверждая, что экспоненциальный рост был постоянной чертой технического прогресса. Он приводит доводы в пользу того, что он называет «законом ускорения окупаемости», который гласит, что технологические изменения являются экспоненциальными и, кроме того, «отдача» от этого технологического роста (например, скорость и рентабельность в случае компьютерных процессоров) также растут. экспоненциально.
Закон Мура цитируется Курцвейлом как частный случай закона ускоренной отдачи.Закон Мура — это наблюдение, что количество транзисторов, которые могут уместиться в компьютерном процессоре заданного размера, удваивается каждые два года (Brock, 2006). Другие технологии, похоже, также развиваются экспоненциально. Плотность динамической памяти с произвольным доступом растет с экспоненциальной скоростью, как и емкость магнитных жестких дисков (хотя теперь они вытесняются твердотельными накопителями, использующими флэш-память). Стоимость этих технологий также следует кривым экспоненциального роста; они дешевеют в геометрической прогрессии.
Решающее значение для тезиса Курцвейла состоит в том, что эти тенденции не только экспоненциальны, но и, кажется, сохраняются в технологических парадигмах. Курцвейл описывает рост вычислительной мощности компьютеров с помощью различных технологических парадигм, начиная с электромеханических компьютеров, затем с помощью реле, электронных ламп, транзисторов и, наконец, до интегральной схемы (Kurzweil, 2005, 33–56). Экспоненциальный образец роста вычислительной мощности, кажется, сохраняется в этих парадигмах, давая нам основания полагать, что вычислительная мощность будет продолжать расти даже после того, как мы достигнем пределов нынешних вычислительных технологий на основе кремния.Следовательно, конец закона Мура, скорее всего, не станет концом экспоненциального роста вычислительной мощности.
По словам Курцвейла, последствия сингулярности будут очень серьезными. Мы станем умнее, у нас появятся новые способы взаимодействия, дефицит будет преодолен, и мы будем жить дольше — в конце концов, бесконечно. Произойдет слияние нашего биологического интеллекта с вычислениями; небиологическая часть нашего интеллекта в конечном итоге будет преобладать, а затем вытеснить биологическую часть (Kurzweil, 2005, 337).Когда это произойдет, наш интеллект выиграет от достижений в технологии компьютерных процессоров, и его расширение будет коррелировать с ростом вычислительной мощности (Kurzweil, 2005, 316–317).
Курцвейл рассматривает слияние человечества и технологий как открытие двери к захватывающим новым впечатлениям и возможностям. Загрузка позволит нам выбирать из множества различных внешностей, эмоциональных состояний, друзей и романтических партнеров (которые сами будут иметь такие же возможности).Есть также заманчивая перспектива жить бесконечно (или столько, сколько мы желаем продолжать жить).
Один из сценариев, который предлагает Курцвейл, — это загрузка мыслей. Это будет включать «сканирование человеческого мозга (скорее всего, изнутри), захват всех важных деталей и восстановление состояния мозга на другом — скорее всего, более мощном — вычислительном субстрате» (Курцвейл, 2005, 324). В настоящее время, когда умирают наши физические тела, умираем и мы. Курцвейл думает, что если мы сможем передать структуру информации, из которой состоит наш мозг, в программное обеспечение, а затем сохранить ее в памяти компьютера, мы сможем избежать зависимости нашей жизни от нашей биологии (Kurzweil, 2005, 325).До тех пор, пока мы сможем переносить наш «мысленный файл» на текущие носители и форматы, мы сможем достичь формы неопределенной жизни.
Курцвейл считает, что, несмотря на далеко идущие изменения, которые принесет сингулярность, мы останемся людьми. Он пишет, что «большая часть интеллекта нашей цивилизации в конечном итоге будет небиологической», но «наша цивилизация останется человеческой — действительно, во многих отношениях она будет более образцовой из того, что мы считаем человеком, чем сегодня, хотя наше понимание этого термина выйдет за пределы своих биологических норм »(Kurzweil, 2005, 30).Хотя сам Курцвейл сомневается, что загрузка разума превратит нас в постлюдей, это определенно произойдет в смысле определения Бострома; наши способности (особенно когнитивные), вероятно, улучшатся далеко за пределы человеческого — и постчеловеческого — диапазона.
Как измерить коэффициент усиления (β) BJT
В этом посте мы рассмотрим простую конструкцию схемы операционного усилителя, которую можно применить для измерения бета-коэффициента усиления или усиления прямого тока конкретного рассматриваемого BJT.
Что такое бета (β)
Бета (β) — это коэффициент усиления прямого тока, которым обладает каждый BJT.Он определяет эффективность конкретного устройства с точки зрения его способности усиливать ток.
Эти значения могут быть найдены в технических паспортах конкретного устройства через минимальные или приблизительные значения фактических (практических) значений.
Это означает, что можно не знать реальное значение прямого усиления BJT до тех пор, пока он не будет испытан на практике в данной схеме. Это может показаться утомительным, если мы не сможем сделать это с помощью простой схемы, как описано ниже:
Обратите внимание, что два транзистора с одинаковым именем (например, BC547) могут иметь разные бета-версии.Следующая схема может получить значение конкретного бета транзистора.
Описание работы
Обращаясь к принципиальной схеме, мы видим, что она состоит из преобразователя напряжения в ток на левой стороне транзистора и преобразователя тока в напряжение на правой стороне. Преобразователь напряжения в ток слева отвечает за управление эмиттерным током транзистора, так же как преобразователь тока в напряжение может управлять базовым током транзистора (BJT).
Последняя конструкция преобразователя легко реализуется с помощью инвертирующего операционного усилителя без входного резистора.
Можно смоделировать, что при питании ток базы протекает через виртуальную землю (точка X), потенциал (напряжение) не зависит от тока, пока выход VB пропорционален этому входному току (Ib) операционный усилитель.
Теперь схема, управляющая током эмиттера, представляет собой схему преобразователя тока в напряжение, которая подает ток на эмиттер транзистора.
База транзистора удерживается при нулевом (0) вольт (когда виртуальная земля питает инвертирующие и неинвертирующие клеммы операционного усилителя) так, чтобы напряжение на эмиттере поддерживалось на уровне -Vbe.
Это гарантирует, что ток эмиттера устанавливается с входным током преобразователя напряжения, а результирующий базовый ток получается путем измерения выходного напряжения преобразователя тока в напряжение.
То есть
= 1 + Ie / Ib. Поскольку Ie = VA / R1 и Ib = VBR2
= 1 + VA / R1 x R2 / VB = 1 + [VA x R2] / [VB x R1]
При R1 = R4 = 1k, R2 = R3 = R5 = 100K, = 1 + [VA x 100K] / [VB x 1K].
Подставив V + = VA, beta (β) транзистора получается по формуле:
β = 1 + 100 V + / VB
Принципиальная схема
