Как проверить полевой транзистор мультиметром
В технике и радиолюбительской практике часто применяются полевые транзисторы. Такие устройства отличаются от обычных, биполярных, транзисторов тем, что в них управление выходным сигналом осуществляется управляющим электрическим полем. Особенно часто используются полевые транзисторы с изолированным затвором.
Англоязычное обозначение таких транзисторов – MOSFET, что означает «управляемый полем металло-оксидный полупроводниковый транзистор». В отечественной литературе эти приборы часто называют МДП или МОП транзисторами. В зависимости от технологии изготовления такие транзисторы могут быть n- или p-канальными.
Особенности конструкции, хранения и монтажа
Транзистор n-канального типа состоит из кремниевой подложки с p-проводимостью, n-областей, получаемых путем добавления в подложку примесей, диэлектрика, изолирующего затвор от канала, расположенного между n-областями. К n-областям подсоединяются выводы (исток и сток). Под действием источника питания из истока в сток по транзистору может протекать ток. Величиной этого тока управляет изолированный затвор прибора.
При работе с полевыми транзисторами необходимо учитывать их чувствительность к воздействию электрического поля. Поэтому хранить их надо с закороченными фольгой выводами, а перед пайкой необходимо закоротить выводы проволочкой. Паять полевые транзисторы надо с использованием паяльной станции, которая обеспечивает защиту от статического электричества.
Прежде, чем начать проверку исправности полевого транзистора, необходимо определить его цоколевку. Часто на импортном приборе наносятся метки, определяющие соответствующие выводы транзистора. Буквой G обозначается затвор прибора, буквой S – исток, а буквой D- сток.
Схема проверки полевого транзистора n-канального типа мультиметром
Перед тем, как проверить исправность полевого транзистора, необходимо учитывать, что в современных радиодеталях типа MOSFET между стоком и истоком есть дополнительный диод. Этот элемент обычно присутствует на схеме прибора. Его полярность зависит от типа транзистора.
Порядок проверки исправности n-канального транзистора мультиметром следующий:
- Снять статическое электричество с транзистора.
- Перевести мультиметр в режим проверки диодов.
- Подключить черный провод мультиметра к минусу измерительного прибора, а красный – к плюсу.
- Подключить красный провод к истоку, а черный – к стоку транзистора. Если транзистор исправен, то мультиметр покажет напряжение на переходе 0,5 — 0,7 В.
- Подключить красный провод мультиметра к стоку, а черный – к истоку транзистора. При исправном приборе мультиметр покажет единицу, что означает бесконечность.
- Подключить черный провод к истоку, а красный – к затвору. Таким образом, осуществляется открытие транзистора.
- Черный провод оставляется на истоке, а красный подсоединяется к стоку. При исправном приборе мультиметр покажет напряжение от 0 до 800 мВ.
- При смене полярности щупов мультиметра величина показаний не должна измениться.
- Подключить красный провод к истоку, а черный – к затвору. Произойдет закрытие транзистора.
- При этом транзистор возвратиться в состояние, соответствующее п.п.4 и 5.
По проделанным измерениям можно сделать вывод, что если полевой транзистор открывается и закрывается с помощью постоянного напряжения с мультиметра, то он исправен.
Полевой транзистор имеет большую входную емкость, которая разряжается довольно долго.Это используется при проверке транзистора, когда вначале его открывают напряжением мультиметра (п.6), а затем в течение некоторого времени, пока не разрядилась входная емкость, проводят дополнительные измерения (п.п. 7,8).
Оценка исправности р-канального устройства
Проверка исправности р-канального полевого транзистора производится таким же образом, что и n-канального. Отличие состоит в том, что в п. 3 к минусу мультиметра надо подключить красный провод, а к плюсу мультиметра – черный провод.
Выводы:
- Полевые транзисторы типа MOSFET широко используются в технике и радиолюбительской практике.
- Проверку работоспособности таких транзисторов можно осуществить с помощью мультиметра, следуя определенной методике.
- Проверка p-канального полевого транзистора мультиметром осуществляется таким же образом, что и n-канального транзистора, за исключением того, что следует изменить полярность подключения проводов мультиметра на обратную.
Видео о том, как проверить полевой транзистор
elektrik24.net
Проверка полевого транзистора с помощью мультиметра
Полевые транзисторы (ПТ), благодаря ряду уникальных параметров, в том числе высокому входному сопротивлению, малому сопротивлению в открытом состоянии, находят широкое применение в блоках питания компьютеров, мониторов, телевизоров, видеомагнитофонов и другой радиоэлектронной аппаратуры, постепенно, но неуклонно вытесняя транзисторы биполярные.
1. Меры предосторожности при работе с полевыми транзисторами
Чтобы предотвратить выход из строя транзистора во время проверки, очень важно соблюдать правила безопасности. Полевые транзисторы очень чувствительны к статическому электричеству, поэтому их рекомендуется проверять, предварительно организовав заземление. Для того чтобы снять с себя накопленные статические электрические заряды, необходимо надеть на руку заземляющий антистатический браслет.
При отсутствии браслета достаточно коснуться рукой батареи отопления или любых заземленных предметов, так как электростатические заряды между телами при их разделении распределяются пропорционально массе тел. Поэтому для их «обезвреживания» бывает достаточно прикоснуться даже к любой большой незаземленной металлической поверхности.
При хранении полевых транзисторов, особенно маломощных, их выводы должны быть замкнуты между собой.
2. Определение цоколёвки полевых транзисторов
Полевые транзисторы, выполненные по технологии
Основные типы корпусов полевых транзисторов импортного производства
Корпус типа D²PAK, так же известен как TO-263-3. Встречается в основном на пожилых платах, на современных используется редко.
Корпус типа DPAK, так же известен как TO-252-3. Наиболее часто используется, представляет собой уменьшенный D²PAK.
Корпус типа SO-8.Встречается на материнских платах и видеокартах, чаще на последних. Внутри может скрываться один или два полевых транзистора.
Корпус типа SuperSO-8, он же — TDSON-8. отличается от SO-8 тем, что 4 вывода соединены с подложкой транзистора, что облегчает температурный режим. Характерен для продуктов фирмы Infineon. Легко заменяется на аналог в корпусе SO-8
Корпус типа IPAK так же известен как TO-251-3. По сути — полный аналог DPAK, но с полноценной второй ногой. Такой тип транзисторов очень любит использовать фирма Intel на ряде своих плат.
Для электронных компонентов иностранного производства справочные данные берутся из Даташит (Datasheet — в дословном переводе «бумажка с информацией) — официального документа от производителя электронных компонентов, в котором приводятся описание, параметры, характеристики изделия, типовые схемы и т.д. Datasheet обычно представляет собой файл в формате PDF.
3. Основные характеристики N-канального полевого транзистора
Различных параметров важных, и не очень, у полевых транзисторов много. Мы подойдем к вопросу с прикладной точки зрения и ограничимся рассмотрением необходимых нам практически параметров.
- Vds — Drain to Source Voltage — максимальное напряжение сток-исток.
- Vgs — Gate to Source Voltage — максимальное напряжение затвор-исток.
- Id — Drain Current — максимальный ток стока.
- Vgs(th) — Gate to Source Threshold Voltage — пороговое напряжение затвор-исток при котором начинает открываться переход сток-исток.
- Rds(on) — Drain to Source On Resistance — сопротивление перехода сток-исток в открытом состоянии.
- Q(tot) — Total Gate Charge — полныйзарядзатвора.
Параметр Rds(on) может указываться при разных напряжениях затвор-исток, как правило это 10 и 4.5 вольта, это важная особенность которую нужно обязательно учитывать.
4. Система маркировки полевых транзисторов
Рассмотрим на примере транзистора 20N03. Это означает, что он рассчитан на напряжение (Vds) ~30V и ток (Id) ~20A. Буква N означает, что это N-канальный транзистор. Но из любого правила есть исключения, так, например, фирма Infineon указывает в маркировке Rds, а не максимальный ток.
Примеры:
- IPP15N03L — Infineon OptiMOS N-channel MOSFET Vds=30V Rds=12.6mΩ Id=42A TO220
- IPB15N03L — Infineon OptiMOS N-channel MOSFET Vds=30V Rds=12.6mΩ Id=42A TO263(D²PAK)
- SPI80N03S2L-05 — Infineon OptiMOS N-channel MOSFET Vds=30V Rds=5.2mΩ Id=80A TO262
- NTD40N03R — On Semi Power MOSFET 45 Amps, 25 Volts Rds=12.6mΩ
- STD10PF06 — ST STripFET™ II Power P-channel, MOSFET 60V 0.18Ω 10A IPAK/DPAK
Итак, в случае маркировки XXYZZ мы можем утверждать, что XX — или Rds, или Id Y — тип канала ZZ – Vds.
5. Алгоритм проверки исправности полевого транзистора
Проверку можно проводить стрелочным омметром (предел х100), но более удобно это делать цифровым мультиметром в режиме тестирования P-N переходов . Показываемое мультиметром значение сопротивления на этом пределе численно равно напряжению на P-N переходе в милливольтах.
6. Пример проверки транзистора мультиметром:
У исправного полевого транзистора между всеми его выводами должно быть бесконечное сопротивление. Причем бесконечное сопротивление прибор должен показывать независимо от полярности прикладываемого напряжения (щупов).
В современных мощных полевых транзисторах между стоком и истоком имеется встроенный диод поэтому канал «сток-исток» при проверке ведет себя как обычный диод.
Черным (отрицательным) щупом прикасаемся к подложке — СТОКУ (D), красным (положительным) — к выводу ИСТОКА (S). Мультиметр показывает прямое падение напряжения на внутреннем диоде (500 — 800 мВ). В обратном смещении мультиметр должен показывать бесконечно большое сопротивление, транзистор закрыт.Далее, не снимая черного щупа, касаемся красным щупом вывода ЗАТВОРА (G) и опять возвращаем его на вывод ИСТОКА (S). Мультиметр показывает близкое к нулю значение, причём при любой полярности приложенного напряжения — полевой транзистор открылся прикосновением. На некоторых цифровых мультиметрах возможно значение будет не 0, а 150…170 мВ
Если теперь черным щупом коснуться вывода ЗАТВОРА (G), не отпуская красного щупа, и вернуть его на вывод подложки — СТОКА (D), то полевой транзистор закроется и мультиметр снова будет показывать падение напряжения на диоде. Это верно для большинства N-канальных полевых транзисторов в корпусе DPAK и D²PAK, применяемых на материнских платах и видеокартах.
Транзистор выполнил всё, что от него требовалось. Диагноз — исправен.
Для проверки P-канальных полевых транзисторов нужно поменять полярность напряжений открытия-закрытия. Для этого просто меняем щупы мультиметра местами.
Методика проверки исправности полевых транзисторов с достаточной степенью правильности показана в видеоролике от магазина Чип и Дип
Возможно, вам это будет интересно:
meandr.org
Проверка и определение цоколевки MOSFET
MOSFET — проверка и прозвонка
24.10.2013 | Рубрика: Статьи
Проверка и определение цоколевки MOSFET
Как показывает опыт, новички, сталкивающиеся с проверкой элементной базы подручными средствами, без каких-либо проблем справляются с проверкой диодов и биполярных транзисторов, но затрудняются при необходимости проверить столь распространенные сейчас MOSFET-транзисторы (разновидность полевых транзисторов). Я надеюсь, что данный материал поможет освоить этот нехитрый способ проверки полевых транзисторов.
Очень кратко о полевых транзисторах
На данный момент понаделано очень много всяких полевых транзисторов. На рисунке показаны графические обозначения некоторых разновидностей полевых транзисторов.
Типы MOSFET
G-затвор, S-исток, D-сток. Сравнивая полевой транзистор с биполярным, можно сказать, что затвор соответствует базе, исток – эмиттеру, сток полевого транзистора – коллектору биполярного транзистора.
Наиболее распространены n-канальные MOSFET – они используются в цепях питания материнских млат, видеокарт и т.п. У MOSFET имеется встроенный диод:
MOSFET n-канальный (слева) и p-канальный (справа).
Транзисторы лучше рисовать с диодом — чтобы потом было проще в схеме ориентироваться. Этот диод является паразитным и от него не удается избавиться на этапе изготовления транзистора. Вообще при изготовлении MOSFET возникает паразитный биполярный транзистор, а диод – один из его переходов. Правда нужно признать, что по схемотехнике этот диод все равно частенько приходится ставить, поэтому производители транзисторов этот диод шунтируют диодом с лучшими показателями как по быстродействию, так и по падению напряжения. В низковольтные MOSFET обычно встраивают диоды Шоттки. А вообще в идеале этого диода не должно было бы быть.
Типовое включение полевого (MOSFET) транзистора:
MOSFET типовое включение
Напряжение на затворе!У подавляющего большинства полевых транзисторов нельзя на затвор (G) подавать напряжение больше 20В относительно истока (S), а некоторые образцы могут убиться при напряжении выше пяти вольт!
Проверка полевых транзисторов (MOSFET)
И вот, иногда наступает момент, когда необходимо полевой транзистор проверить, прозвонить или определить его цоколевку. Сразу оговоримся, что проверить таким образом можно «logic-level» полевые транзисторы, которые можно встретить в цепях питания на материнских платах и видеокартах. «logic-level» в данном случае означает, что речь идет о приборах, которые управляются, т.е. способны полностью открывать переход D-S, при приложении к затвору относительно небольшого, до 5 вольт, напряжения. На самом деле очень многие MOSFET способны открыться, пусть даже и не полностью, напряжением на затворе до 5В.
В качестве примера возьмем N-канальный MOSFET IRF1010N для его проверки (прозвонки). Известно, что у него такая цоколевка: 1 – затвор (G), 2 – сток (D), 3 – исток (S). Выводы считаются как показано на рисунке ниже.
Распиновка корпуса TO-220
1. Мультиметр выставляем в режим проверки диодов, этот режим очень часто совмещен с прозвонкой. У цифрового мультиметра красный щуп «+», а черный «–», проверить это можно другим мультиметром.
На любом уважающем себя мультиметре есть такая штуковина
Прозвонка диодов, да и вообще полупроводниковых переходов на мультиметре.
2. Щуп «+» на вывод 3, щуп «–» на вывод 2. Получаем на дисплее мультиметра значения 400…700 – это падение напряжения на внутреннем диоде.
3. Щуп «+» на вывод 2, щуп «–» на вывод 3. Получаем на дисплее мультиметра бесконечность. У мультиметров обычно обозначается как 1 в самом старшем разряде. У мультиметров подороже, с индикацией не 1999 а 4000 будет показано значение примерно 2,800 (2,8 вольта).
4. Теперь удерживая щуп «–» на выводе 3 коснуться щупом «+» вывода 1, потом вывода 2. Видим, что теперь щупы стоят так же, как и в п.3, но теперь мультиметр показывает 0…800мВ – у MOSFET открыт канал D-S. Если продолжать удерживать щупы достаточно долго, то станет заметно, что падение напряжения D-S увеличивается, что означает, что канал постепенно закрывается.
5. Удерживая щуп «+» на выводе 2, щупом «–» коснуться вывода 1, затем вернуть его на вывод 3. Как видим, канал опять закрылся и мультиметр показывает бесконечность.
Поясним, что же происходит. С прозвонкой внутреннего диода все понятно. Непонятно почему канал остается либо закрытым, либо открытым? На самом деле все просто. Дело в том, что у мощных MOSFET емкость между затвором и истоком достаточно большая, например у взятого мной транзистора IRF1010N измеренная емкость S-G составляла 3700пФ (3,7нФ). При этом сопротивление S-G составляет сотни ГОм (гигаом) и более. Не забыли – полевые транзисторы управляются электрическим полем, а не током в отличие от биболярных. Поэтому в п.4 касаясь “+” затвора (G) мы его заряжаем относительно истока (S) как обычный конденсатор и управляющее напряжение на затворе может держаться еще достаточно долго.
Помой транзистор!Если хвататься за выводы транзистора руками, особенно жирными и влажными, емкость транзистора будет разряжаться значительно быстрее, т.к. сопротивление будет определяться не диэлектриком у затвора транзистора, а поверхностным сопротивлением. Не смытый флюс также сильно снижает сопротивление. Поэтому рекомендую помыть транзистор, перед проверкой, например, в спирто-бензиновой смеси.
P.S. Спирто-бензиновая смесь при испарении может генерировать статическое электричество, которое, как известно, негативно действует на полевые транзисторы.
Небольшие пояснения о мультиметрах
1. У цифровых мультиметров режим проверки диодов проводится измерением падения напряжения на щупах, при этом по щупам прибор пропускает стабильный ток 1мА. Именно поэтому в данном режиме прибор показывает не сопротивление, а падение напряжения. Для германиевых диодов оно равно 0,3…0,4В, для кремниевых 0,6…0,8В. Но что бы там не измерялось напряжение на щупах прибора редко превышает 3В – это ограничение накладывается схемотехникой мультиметров.
2. В п.4 при измерении падения напряжения открытого канала величина, отображаемая мультиметром может сильно меняться от различных факторов: напряжения на щупах, температуры, тока стабилизации, характеристик самого полевого транзистора.
Тренировка =)
Теперь можно потренироваться в определении цоколевки мощного транзистора. Перед нами транзистор IRF5210 и его цоколевка мне неизвестна.
1. Начну с поиска диода. Попробую все варианты подключения к мультиметру. После каждого измерения корочу ножки транзистора фольгой чтобы обеспечить разряд емкостей транзистора. Возможные варианты показаны в таблице:
Т.е. диод находится между выводами 2 и 3, соответственно затвор (G) находится на выводе 1.
2. Осталось определить, где находятся сток (D) и исток (S) и полярность (n-канал или p-канал) полевого транзистора.
2.1. Если это n-канальный транзистор, то сток (D) – 3 вывод, исток (S) – 2 вывод. Проверяем. Прикладываем «–» щуп мультиметра к выводу 2, «+» к выводу 3 – канал закрыт, так и должно быть – мы же его еще не пытались открыть. Теперь не отнимая щупа «–» от вывода 2 щупом «+» касаемся вывода 1, затем «+» опять прикладываем к выводу 3. Канал не открылся – значит, наше предположение о том, что IRF5210 n-канальный транзистор оказалось неверным.
2.2. Если это p-канальный транзистор, то сток (D) – 2 вывод, исток (S) – 3. Проверяем. Прикладываем «+» щуп мультиметра к выводу 3, «–» к выводу 2 – канал закрыт, так и должно быть – мы же его еще не пытались открыть. Теперь не отнимая щупа «+» от вывода 3 щупом «–» касаемся вывода 1, затем «–» опять прикладываем к выводу 2. Канал открылся – значит, что IRF5210 p-канальный транзистор, вывод 1 – затвор, вывод 2 – сток, вывод 3 – исток.
На самом деле все не так сложно. Буквально пол часа тренировки – и вы сможете без каких-либо проблем проверять MOSFETы и определять их цоколевку!
Метки:: MOSFET, Цоколевка
pro-diod.ru
Схемотехника блоков питания персональных компьютеров. Часть 5.
Выходные выпрямители
Предыдущие статьи цикла «Схемотехника блоков питания персональных компьютеров»:
Здесь мы поговорим о выходных выпрямителях блоков питания персональных компьютеров.
В блоках питания форм-фактора АТ используются четыре вторичных напряжения: +5V, -5V, +12V, -12V рассчитанные на разные токи нагрузки. Выпрямители выполняются только по двухполупериодным схемам со средней точкой, а «мостовые» схемы из-за больших потерь, как правило, не используют. О типах выпрямителей переменного тока можно почитать здесь.
Использование двухполупериодной схемы выпрямления привело к тому, что в выпрямителях +5V и +12V стали применятся сдвоенные диоды с общим катодом.
Сдвоенный диод — это два полупроводниковых диода, выполненных в одном общем корпусе. Один из трёх выводов такого диода является общим. Могут быть объёдинены выводы катодов, анодов, а также анода одного диода и катода другого.
В выпрямителях -5V и -12V обычно используются отдельные, дискретные маломощные диоды, так как потребление по шине питания -5V и -12V мало. В исколючительных случаях в них могут применяться маломощные сдвоенные диоды с общим анодом. На практике же это редкость.
Вот фото показаны выпрямительные диоды, которые демонтированы с печатной платы вместе с радиатором. Как видим диоды крепятся к радиатору через изоляционную прокладку.
Самый «здоровый» сдвоенный диод, расположенный в центре (SBL3040PT) используется в выпрямителе +5V. Диод SBL3040PT — это сдвоенный диод Шоттки. Он рассчитан на прямой ток до 15 ампер (один диод) и обратное напряжение до 40 вольт.
Рядом установлен диод F12C20C. Он используется в выпрямителе +12V. Этот диод выдерживает прямой ток до 6 ампер (один диод) и обратное напряжение до 200 вольт. В отличие от SBL3040PT, диод F12C20C — это обычный (не Шоттки) быстродействующий выпрямительный диод с общим катодом.
Также на радиаторе закреплён полевой MOSFET-транзистор 40N03P. Внешне он очень похож на сдвоенный диод. Этот транзистор используется в импульсных блоках питания формата ATX.
Основная особенность всех вторичных источников в импульсных блоках питания это сглаживающие фильтры, которые начинаются с дросселей, а уже потом стоят конденсаторы.
Только в фильтрах, начинающихся с дросселя, напряжение на выходе зависит и от амплитуды и от скважности поступающих на вход импульсов. Поэтому изменяя скважность легко регулировать выходное напряжение.
Скважность — внесистемная единица выражающая отношение длительности импульса к периоду повторения. Процесс изменения скважности называется ШИМ – широтно-импульсная модуляция. (англ. PWM – Pulse Width Modulation).
Далее обратимся к схеме. На рисунке изображена схема выходных выпрямителей импульсного блока типания ПК. Трансформатор T2 — это высокочастотный понижающий силовой трансформатор, речь о котором уже заходила во второй части. У него имеется несколько вторичных обмоток с которых снимается пониженное переменное напряжение.
На схеме можно заметить, что в цепях всех выпрямителей присутствует дроссель с обозначением L1.1, L1.2, L1.3, L1.4. Если обратится к схеме, то можно подумать, что это отдельные дроссели. Но на самом деле это четыре дросселя, наматанных на одном общем кольцевом магнитопроводе. Обмотки дросселей электрически не связаны, но вот магнитное поле у них общее. И это неспроста.
За счёт такого приёма обеспечивается так называемая групповая стабилизация выходных напряжений. За счёт общего магнитного поля в дросселе L1 удаётся стабилизировать сразу все выходные напряжения. Если дроссель L1 выпаять из схемы и замерить выходные напряжения, то можно убедиться в том, что они начинают заметно «гулять». Вот так выглядит дроссель L1 с общим колцевым магнитопроводом на печатной плате.
Или вот так.
Далее в фильтрах стоят электролитические конденсаторы С4 — С8 ёмкостью от 330 мкф до 2200 мкф. Рабочее напряжение электролитов, как правило, зависит от того, в каком из выпрямителей установлен конденсатор (в +5V и -5V — на 10…16 вольт, а в +12V и -12V — на 16…25 вольт). Резисторы R4 — R7 создают небольшую начальную нагрузку для правильной работы выпрямителя с индуктивным фильтром. Они же служат для разряда электролитических конденсаторов после выключения импульсного блока питания.
Как уже отмечалось, в качестве диодов вторичных источников часто используют диоды Шоттки. Они обладают малым падением напряжения в прямом направлении и быстрым временем восстановления, но низкое обратное напряжение не позволяют использовать положительные качества этих диодов в полном объёме. Поскольку схемы вторичных источников питания сложности не представляют, ремонт сводится к замене электролитических конденсаторов и диодов выпрямителей.
Есть определённые сложности, связанные с диагностикой диодов Шоттки. У них есть очень нехорошее явление, как «утечка». Если проверить диод, то он окажется исправным, но после некоторого времени нормальной работы, вследствие разогрева он начинает «плыть». При малейшем подозрении на исправность такого диода не стоит зря тратить время, а есть смысл просто заменить его на заведомо исправный.
Вообще с ремонтом компьютерных блоков питания связаны некоторые трудности. Отдельные фирмы просто не хотят допустить постороннего внутрь своей техники. Есть блоки, завёрнутые на специальные болты, которые не отвернуть без особого инструмента, а корпуса отдельных типов блоков питания просто наглухо заклёпаны и мастеру приходится эти заклёпки просто высверливать.
Производители как бы намекают: не надо ремонтировать блок питания. Купите и поставьте новый блок.
Продолжение следует…
Назад
Главная » Мастерская » Текущая страница
go-radio.ru
Как проверить полевой МОП (Mosfet) — транзистор цифровым мультиметром — Интернет-журнал «Электрон» Выпуск №5
В этой статье я расскажу вам, как проверить полевой транзистор с изолированным затвором, то есть МОП-транзистор. Это вторая часть статьи по проверки полевых транзисторов. В первой части я рассказывал, как проверить транзистор с управляющим p-n переходом.
Да, полевые транзисторы с управляющим p-n переходом уходят в прошлое, а сейчас в современных схемах применяются более совершенные полевые транзисторы с изолированным затвором. Тогда предлагаю научиться их проверять.
Но для того, что бы понять, как проверить полевой транзистор, давайте я вам в двух словах расскажу, как он устроен.
Полевой транзистор с изолированным затвором мы знаем под более привычным названием МОП -транзистор (метал -окисел-полупроводник), МДП -транзистор(метал -диэлектрик-полупроводник), либо в английском варианте MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor)
Эти аббревиатуры вытекают из структуры построения транзистора. А именно.
Структура полевого MOSFET транзистора.
Для создания МОП-транзистора берется подложка, выполненная из p-полупроводника, где основными носителями заряда являются положительные заряды, так называемые дырки. На рисунке вы видите, что вокруг ядра атома кремния вращаются электроны, обозначенные белыми шариками.
Когда электрон покидает атом, в этом месте образуется «дырка» и атом приобретает положительный заряд, то есть становиться положительным ионом. Дырки на модели обозначены, как зеленые шарики.
На p-подложке создаются две высоколегированные n-области, то есть области с большим количеством свободных электронов. На рисунке эти свободные электроны обозначены красными шариками.
Свободные электроны свободно перемещаются по n-области. Именно они впоследствии и будут участвовать в создании тока через МДП-тназистор.
Пространство между двумя n-областями, называемое каналом покрывается диэлектриком, обычно это диоксид кремния.
Над диэлектрическим слоем располагают металлический слой. N-области и металлический слой соединяют с выводами будущего транзистора.
Выводы транзистора называются исток, затвор и сток.
Ток в МОП-транзисторе течет от истока через канал к стоку. Для управления этим током служит изолированный затвор.
Однако если подключить напряжение между истоком и стоком, при отсутствии напряжения на затворе ток через транзистор не потечет, потому что на его пути будет барьер из p-полупроводника.
Если подать на затвор положительное напряжение, относительно истока, то возникающее электрическое поле будет к области под затвором притягивать электроны и выталкивать дырки.
По достижению определенной концентрации электронов под затвором, между истоком и стоком создается тонкий n-канал, по которому потечет ток от истока к стоку.
Следует сказать, что ток через транзистор можно увеличить, если подать больший потенциал напряжения на затвор. При этом канал становиться шире, что приводит к увеличению тока между истоком и стоком.
МДП-транзистор с каналом p-типа имеет аналогичную структуру, однако подложка в таком транзисторе выполнена из полупроводника n-типа, а области истока и стока из высоколегированного полупроводника p-типа.
В таком полевом транзисторе основными носителями заряда являются положительные ионы (дырки). Для того, что бы открыть канал в полевом транзисторе с каналом p-типа необходимо на затвор подать отрицательный потенциал.
Проверка полевого MOSFET транзистора цифровым мультиметром
Для примера возьмем полевой МОП-транзистор с каналом n-типа IRF 640. Условно-графическое обозначение такого транзистора и его цоколевку вы видите на следующем рисунке.
Перед началом проверки транзистора замкните все его выводы между собой, что бы снять возможный заряд с транзистора.
Проверка встроенного диода
Для начал следует подготовить мультимер и перевести его в режим проверки диодов. Для этого переключатель режимов/пределов установите в положение с изображением диода.
В этом режиме мультиметр при подключении диода в прямом направлении (плюс прибора на анод, минус прибора на катод) показывает падение напряжения на p-n переходе диода. При включении диода в обратном направлении мультиметр показывает «1».
Итак, подключаем щупы мультиметра, как было сказано выше, в прямом включении диода. Таким образом, красный шум (+) подключаем на исток, а черный (-) на сток.
Мультиметр должен показать падение напряжение на переходе порядка 0,5-0,7.
Меняем полярность подключения встроенного диода, при этом мультиметр, при исправности диода покажет «1».
Проверка работы полевого МОП транзистора
Проверяемый нами МОП-транзистор имеет канал n-типа, поэтому, что бы канал стал электропроводен необходимо на затвор транзистора относительно истока либо стока подать положительный потенциал. При этом электроны из подложки переместятся в канал, а дырки будут вытолкнуты из канала. В результате канал между истоком и стоком станет электропроводен и через транзистор потечет ток.
Для открытия транзистора будет достаточно напряжения на щупах мультиметра в режиме прозвонки диодов.
Поэтому черный (отрицательный) щуп мультиметра подключаем на исток (или сток), а красным касаемся затвора.
Если транзистор исправен, то канал исток-сток станет электропроводным, то есть транзистор откроется.
Теперь если прозвонить канал исток-сток, то мультиметр покажет какое-то значение падение напряжения на канале, в виду того, что через транзистор потечет ток.
Таким образом черный щуп транзистора ставим на исток, а красный на сток и мультиметр покажет падение напряжение на канале.
Если поменять полярность щупов, то показания мультиметра будут примерно одинаковыми.
Что бы закрыть транзистор достаточно относительно истока на затвор подать отрицательный потенциал.
Следовательно, подключаем положительный (красный) щуп мультиметра на исток, а черным касаемся затвор.
При этом исправный транзистор закроется. И если после этого прозвонить канал исток-сток, то мультиметр покажет лишь падение напряжения на встроенном диоде.
Если транзистор управляется напряжением с мультиметра (то есть открывается и закрывается), значит можно сделать вывод, что транзистор исправен.
Проверка полевого МОП – транзистора с каналом p-типа осуществляется подобным образом. За тем исключением, что во всех пунктах проверки полярность подключения щупов меняется на противоположную.
Более подробно и просто всю методику проверки полевого транзистора я изложил в следующем видеоуроке:
www.sxemotehnika.ru
Управление мощной нагрузкой постоянного тока. Часть 3.
Кроме транзисторов и сборок Дарлингтона есть еще один хороший способ рулить мощной постоянной нагрузкой — полевые МОП транзисторы.
Полевой транзистор работает подобно обычному транзистору — слабым сигналом на затворе управляем мощным потоком через канал. Но, в отличии от биполярных транзисторов, тут управление идет не током, а напряжением.
МОП (по буржуйски MOSFET) расшифровывается как Метал-Оксид-Полупроводник из этого сокращения становится понятна структура этого транзистора.
Если на пальцах, то в нем есть полупроводниковый канал который служит как бы одной обкладкой конденсатора и вторая обкладка — металлический электрод, расположенный через тонкий слой оксида кремния, который является диэлектриком. Когда на затвор подают напряжение, то этот конденсатор заряжается, а электрическое поле затвора подтягивает к каналу заряды, в результате чего в канале возникают подвижные заряды, способные образовать электрический ток и сопротивление сток — исток резко падает. Чем выше напряжение, тем больше зарядов и ниже сопротивление, в итоге, сопротивление может снизиться до мизерных значений — сотые доли ома, а если поднимать напряжение дальше, то произойдет пробой слоя оксида и транзистору хана.
Достоинство такого транзистора, по сравнению с биполярным очевидно — на затвор надо подавать напряжение, но так как там диэлектрик, то ток будет нулевым, а значит требуемая мощность на управление этим транзистором будет мизерной, по факту он потребляет только в момент переключения, когда идет заряд и разряд конденсатора.
Недостаток же вытекает из его емкостного свойства — наличие емкости на затворе требует большого зарядного тока при открытии. В теории, равного бесконечности на бесконечно малом промежутки времени. А если ток ограничить резистором, то конденсатор будет заряжаться медленно — от постоянной времени RC цепи никуда не денешься.
МОП Транзисторы бывают P и N канальные. Принцип у них один и тот же, разница лишь в полярности носителей тока в канале. Соответственно в разном направлении управляющего напряжения и включения в цепь. Очень часто транзисторы делают в виде комплиментарных пар. То есть есть две модели с совершенно одиннаковыми характеристиками, но одна из них N, а другая P канальные. Маркировка у них, как правило, отличается на одну цифру.
Нагрузка включается в цепь стока. Вообще, в теории, полевому транзистору совершенно без разницы что считать у него истоком, а что стоком — разницы между ними нет. Но на практике есть, дело в том, что для улучшения характеристик исток и сток делают разной величины и конструкции плюс ко всему, в мощных полевиках часто есть обратный диод (его еще называют паразитным, т.к. он образуется сам собой в силу особенности техпроцесса производства).
У меня самыми ходовыми МОП транзисторами являются IRF630 (n канальный) и IRF9630 (p канальный) в свое время я намутил их с полтора десятка каждого вида. Обладая не сильно габаритным корпусом TO-92 этот транзистор может лихо протащить через себя до 9А. Сопротивление в открытом состоянии у него всего 0.35 Ома.
Впрочем, это довольно старый транзистор, сейчас уже есть вещи и покруче, например IRF7314, способный протащить те же 9А, но при этом он умещается в корпус SO8 — размером с тетрадную клеточку.
Одной из проблем состыковки MOSFET транзистора и микроконтроллера (или цифровой схемы) является то, что для полноценного открытия до полного насыщения этому транзистору надо вкатить на затвор довольно больше напряжение. Обычно это около 10 вольт, а МК может выдать максимум 5.
Тут вариантов три:
- На более мелких транзисторах сорудить цепочку, подающую питалово с высоковольтной цепи на затвор, чтобы прокачать его высоким напряжением
- применить специальную микросхему драйвер, которая сама сформирует нужный управляющий сигнал и выровняет уровни между контроллером и транзистором. Типичные примеры драйверов это, например, IR2117.
Надо только не забывать, что есть драйверы верхнего и нижнего плеча (или совмещенные, полумостовые). Выбор драйвера зависит от схемы включения нагрузки и комутирующего транзистора. Если обратишь внимание, то увидишь что с драйвером и в верхнем и нижнем плече используются N канальные транзисторы. Просто у них лучше характеристики чем у P канальных. Но тут возникает другая проблема. Для того, чтобы открыть N канальный транзистор в верхнем плече надо ему на затвор подать напряжение выше напряжения стока, а это, по сути дела, выше напряжения питания. Для этого в драйвере верхнего плеча используется накачка напряжения. Чем собственно и отличается драйвер нижнего плеча от драйвера верхнего плеча.
- Применить транзистор с малым отпирающим напряжением. Например из серии IRL630A или им подобные. У них открывающие напряжения привязаны к логическим уровням. У них правда есть один недостаток — их порой сложно достать. Если обычные мощные полевики уже не являются проблемой, то управляемые логическим уровнем бывают далеко не всегда.
Выбор транзистора тоже не очень сложен, особенно если не заморачиваться на предельные режимы. В первую очередь тебя должно волновать значение тока стока — I Drain или ID выбираешь транзистор по максимальному току для твоей нагрузки, лучше с запасом процентов так на 10. Следующий важный для тебя параметр это VGS — напряжение насыщения Исток-Затвор или, проще говоря, управляющее напряжение. Иногда его пишут, но чаще приходится выглядывать из графиков. Ищешь график выходной характеристики Зависимость ID от VDS при разных значениях VGS. И прикидыываешь какой у тебя будет режим.
Вот, например, надо тебе запитать двигатель на 12 вольт, с током 8А. На драйвер пожмотился и имеешь только 5 вольтовый управляющий сигнал. Первое что пришло на ум после этой статьи — IRF630. По току подходит с запасом 9А против требуемых 8. Но глянем на выходную характеристику:
Видишь, на 5 вольтах на затворе и токе в 8А падение напряжения на транзисторе составит около 4.5В По закону Ома тогда выходит, что сопротивление этого транзистора в данный момент 4.5/8=0.56Ом. А теперь посчитаем потери мощности — твой движок жрет 5А. P=I*U или, если применить тот же закон Ома, P=I2R. При 8 амперах и 0.56Оме потери составят 35Вт. Больно дофига, не кажется? Вот и мне тоже кажется что слишком. Посмотрим тогда на IRL630.
При 8 амперах и 5 вольтах на Gate напряжение на транзисторе составит около 3 вольт. Что даст нам 0.37Ом и 23Вт потерь, что заметно меньше.
Если собираешься загнать на этот ключ ШИМ, то надо поинтересоваться временем открытия и закрытия транзистора, выбрать наибольшее и относительно времени посчитать предельную частоту на которую он способен. Зовется эта величина Switch Delay или ton,toff, в общем, как то так. Ну, а частота это 1/t. Также не лишней будет посмотреть на емкость затвора Ciss исходя из нее, а также ограничительного резистора в затворной цепи, можно рассчитать постоянную времени заряда затворной RC цепи и прикинуть быстродействие. Если постоянная времени будет больше чем период ШИМ, то транзистор будет не открыватся/закрываться, а повиснет в некотором промежуточном состоянии, так как напряжение на его затворе будет проинтегрировано этой RC цепью в постоянное напряжение.
При обращении с этими транзисторами учитывай тот факт, что статического электричества они боятся не просто сильно, а ОЧЕНЬ СИЛЬНО. Пробить затвор статическим зарядом более чем реально. Так что как купил, сразу же в фольгу и не доставай пока не будешь запаивать. Предварительно заземлись за батарею и надень шапочку из фольги :).
А в процессе проектирования схемы запомни еще одно простое правило — ни в коем случае нельзя оставлять висеть затвор полевика просто так — иначе он нажрет помех из воздуха и сам откроется. Поэтому обязательно надо поставить резистор килоом на 10 от Gate до GND для N канального или на +V для P канального, чтобы паразитный заряд стекал. Вот вроде бы все, в следующий раз накатаю про мостовые схемы для управления движков.
easyelectronics.ru
| В данном материале предоставляется справочная информация по зарубежным полевым транзисторам большой мощности. В таблице указаны только основные параметры — предельное напряжение стока, ток, рассеиваемая мощность и сопротивление открытого перехода сток-исток. Для более подробной информации, скопируйте название транзистора в поле ДАТАШИТ — справа сверху страницы и скачайте PDF файл с описанием. Полевые транзисторы мощные часто применяются в стабилизаторах напряжения и тока, выходных каскадах усилителей мощности, ключах зарядных устройств и преобразователей. МОЩНЫЕ ИМПОРТНЫЕ ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ
ОБОЗНАЧЕНИЕ ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ
Проверку полевого транзистора на исправность можно проводить мультиметром в режиме тестирования P-N переходов диодов. Показываемое мультиметром значение сопротивления на этом пределе численно равно прямому напряжению на P-N переходе в милливольтах. У исправного транзистора между всеми его выводами должно быть бесконечное сопротивление. Но в некоторых современных мощных полевых транзисторах между стоком и истоком имеется встроенный диод поэтому бывает, что канал «сток-исток» при проверке ведет себя как обычный диод. Черным (отрицательным) щупом прикасаемся к стоку (D), красным (положительным) — к истоку (S). Мультиметр показывает прямое падение напряжения на внутреннем диоде (500 — 800 мВ). В обратном смещении мультиметр должен показывать бесконечно большое сопротивление, транзистор закрыт. Далее, не снимая черного щупа, касаемся красным щупом затвора (G) и опять возвращаем его на исток (S). Мультиметр показывает 0 мВ, причём при любой полярности приложенного напряжения — полевой транзистор открылся прикосновением. Если теперь черным щупом коснуться затвора (G), не отпуская красного щупа, и вернуть его на сток (D), то полевой транзистор закроется и мультиметр снова будет показывать падение напряжения на диоде. Это верно для большинства N-канальных полевых транзисторов. |
elwo.ru
