Схема прибора для определения характеристик биполярных транзисторов. Прибор для проверки характеристик биполярных транзисторов: схема и применение

Как работает прибор для измерения параметров биполярных транзисторов. Какие характеристики он позволяет определить. Как собрать такое устройство своими руками. На что обратить внимание при подборе транзисторов для усилителей.

Назначение и возможности прибора для проверки транзисторов

Прибор для проверки транзисторов является важным инструментом для радиолюбителей и специалистов, работающих с электронными схемами. Он позволяет измерить ключевые параметры биполярных транзисторов:

• Коэффициент усиления по току (h21э)
• Напряжение насыщения коллектор-эмиттер
• Напряжение база-эмиттер
• Обратный ток коллектора

Эти характеристики необходимо знать при подборе транзисторов для различных каскадов усилителей, генераторов и других схем. Особенно важно подбирать транзисторы с близкими параметрами для дифференциальных каскадов и выходных ступеней усилителей мощности.

Принцип работы прибора для измерения параметров транзисторов

В основе работы прибора лежит метод измерения тока базы при фиксированном токе эмиттера. Схема обеспечивает стабильный ток эмиттера, а ток базы измеряется мультиметром. Зная эти токи, можно рассчитать коэффициент усиления h21э.

Для измерения на разных токах в схеме предусмотрено переключение токозадающих резисторов. Это позволяет проверять как маломощные, так и мощные транзисторы в характерных для них режимах работы.

Ключевые компоненты схемы прибора

Основными элементами прибора являются:

• Источник стабильного тока на микросхеме TL431
• Транзисторы для усиления тока
• Переключатели режимов измерения
• Токозадающие резисторы
• Гнезда для подключения измеряемого транзистора

Важную роль играет правильный выбор компонентов. Например, для получения точных результатов рекомендуется использовать прецизионные резисторы.

Процесс измерения параметров транзистора

Измерение характеристик транзистора с помощью данного прибора выполняется в следующей последовательности:

1. Подключить мультиметр к гнездам для измерения тока базы
2. Установить переключатели в положение, соответствующее типу транзистора (p-n-p или n-p-n) и требуемому току
3. Подсоединить выводы проверяемого транзистора к соответствующим гнездам прибора
4. Нажать кнопку измерения и зафиксировать показания мультиметра
5. Повторить измерения на других токах

По полученным значениям тока базы рассчитывается коэффициент усиления для разных режимов работы транзистора.

Преимущества самодельного прибора для проверки транзисторов

Самостоятельное изготовление прибора для измерения параметров транзисторов имеет ряд преимуществ:

• Низкая стоимость по сравнению с готовыми приборами
• Возможность адаптации под свои задачи
• Лучшее понимание принципов работы транзисторов
• Развитие навыков конструирования электронных устройств

При этом точность измерений самодельного прибора вполне достаточна для большинства практических задач радиолюбителя.

Рекомендации по сборке прибора для проверки транзисторов

При самостоятельном изготовлении прибора для измерения параметров транзисторов следует обратить внимание на следующие моменты:

• Использовать качественные компоненты, особенно прецизионные резисторы
• Обеспечить надежный монтаж, исключающий паразитные связи
• Предусмотреть радиатор для мощных транзисторов
• Тщательно откалибровать прибор с помощью эталонных транзисторов
• Продумать удобное расположение органов управления

Правильно собранный прибор будет надежным помощником при работе с транзисторными схемами.

Применение прибора для подбора транзисторов

Одно из важнейших применений данного прибора — подбор транзисторов с близкими параметрами для ответственных узлов электронных устройств. Особенно это актуально в следующих случаях:

• Подбор пар для дифференциальных каскадов
• Комплектование выходных каскадов усилителей мощности
• Замена вышедших из строя транзисторов
• Отбраковка транзисторов с отклонениями параметров

Тщательный подбор транзисторов позволяет улучшить характеристики и надежность электронных устройств.

Заключение

Прибор для проверки транзисторов — полезный инструмент в арсенале радиолюбителя. Он позволяет измерять ключевые параметры биполярных транзисторов и подбирать их для различных применений. Самостоятельное изготовление такого прибора развивает навыки конструирования и углубляет понимание работы полупроводниковых приборов.

Прибор для проверки транзисторов | РадиоГазета

Вместо пролога.

При сборке или ремонте усилителей звука довольно часто требуется подобрать идентичные по параметрам пары

биполярных транзисторов. Китайские цифровые тестеры могут измерить коэффициент передачи тока базы (в народе — коэффициент усиления) биполярного транзистора, но маломощного. Для входных дифференциальных или двухтактных каскадов подойдёт. А как быть с мощными выходными?

Для этих целей в измерительной лаборатории радиолюбителя, занимающегося конструированием или ремонтом усилителей, должен быть прибор для проверки транзисторов. Он должен измерять коэффициент усиления на больших токах, близких к рабочим.

Для справки: коэффициент усиления транзистора «по научному» называется коэффициентом передачи тока базы в цепь эмиттера, обозначается h31э. Раньше назывался «бэта» и обозначался как β, поэтому иногда радиолюбители старой школы прибор для проверки транзисторов называют «бетник».

В Интернете и радиолюбительской литературе можно найти огромное количество вариантов схем прибора для проверки транзисторов

. Как довольно простых, так и сложных, рассчитанных на разные режимы или автоматизацию процесса измерений.

Для самостоятельной сборки решено было выбрать схему попроще, чтобы наши читатели без труда могли сделать прибор для проверки транзисторов своими руками. Заметим сразу, что нам как-то чаще приходится иметь дело с усилителями на биполярных транзисторах, поэтому и получившийся в конце концов прибор предназначен для измерения параметров только биполярных транзисторов.

Для справки: раньше главный редактор РадиоГазеты измерения проводил старым дедовским способом: два мультиметра ( в цепь базы и цепь эмиттера) и «многооборотник» для задания тока. Долго, но информативно – можно не просто подобрать транзисторы, но  и снять зависимость h31э от тока коллектора. Довольно быстро пришло осознание бесполезности данного занятия: для наших транзисторов снимать такую зависимость – одно расстройство (настолько они кривые), для импортных – пустая трата времени (все графики есть в даташитах).

Включив паяльник, главный редактор принялся собирать прибор для проверки транзисторов своими руками.

Если ноги плохо пахнут, вспомните, откуда они растут.

Немного погуглив, я нашёл схему прибора для проверки транзисторов, которая растиражирована на довольно приличном количестве сайтов. Простая, портативная… но кроме самого автора её никто не хвалит. Это должно было смутить сразу, но увы.

Итак, исходная схема (с немного упрощенной индикацией и коммутацией):

Увеличение по клику

 

По замыслу автора здесь операционный усилитель совместно с испытуемым транзистором образуют источник стабильного тока. Ток эмиттера в этой схеме постоянный и определяется величиной эмиттерного резистора. Зная этот ток, нам остаётся только измерить ток базы, а затем путём деления одного на другое получить значение h31э. (в авторском варианте шкала измерительной головки сразу градуировалась в значениях h31э).

Два биполярных транзистора на выходе ОУ служат для увеличения нагрузочной способности микросхемы при измерении на больших токах. Диодный мост включён для того, чтобы исключить необходимость перекоммутации амперметра при переключении с «p-n-p» на «n-p-n» транзисторы. Для повышения точности подбора комплементарных пар биполярных транзисторов требуется отобрать стабилитроны (задающие опорное напряжение) с максимально близкими напряжениями стабилизации.

Меня как-то сразу смутило «не совсем корректное» включение операционного усилителя при однополярном питании. Но макетная плата всё стерпит, поэтому схема была собрана и опробована.

Сразу выявились недостатки. Ток через транзистор сильно зависел от напряжения питания, что ни разу не напоминает генератор стабильного тока. Что там умудрился подбирать автор схемы, питая при этом прибор от аккумулятора, остаётся большой загадкой. По мере разряда аккумулятора «образцовый» ток будет уплывать и довольно заметно. Потом пришлось повозиться в «умощнителем» на выходе ОУ иначе схема неустойчиво работала при измерении транзисторов разной мощности. Потребовалось подобрать значение резистора, а потом я перешёл на более «классический» вариант умощнителя. А двухполярное (правильное) питание ОУ решило проблему с плавающим током.

В итоге схема приобрела вид:

Увеличение по клику

 

Но тут выявился ещё один недостаток – если вы перепутаете проводимость биполярного транзистора (включите на приборе «p-n-p», а подключите транзистор «n-p-n»), а при подборе из большого количества транзисторов вы точно рано или поздно забудете переключить прибор, то выходит из строя один из транзисторов «умощнителя» и придётся заниматься ремонтом прибора. Да и к чему нам сложности с двухполярным питанием, операционник, умощнитель и прочее?

Всё гениальное просто!

Я задался целью сделать что-то попроще и понадёжнее. Идея с источником тока мне понравилась, проводя измерения на фиксированном (заранее известном) токе эмиттера, мы можем сократить необходимое количество измерительных приборов (амперметров).
Тут я вспомнил про свою любимую микросхему TL431. Генератор тока на ней строится всего из 4-х деталей: Учитывая не очень большую нагрузочную способность этой микросхемы (а на радиатор её крепить крайне неудобно), для испытания мощных транзисторов при больших токах воспользуемся идеей господина Дарлингтона:

Теперь загвоздка – ни в одном справочнике нет схемы источника тока на TL431 и транзисторе

«p-n-p» структуры. Решить эту проблему помогла идея не менее уважаемого мною господина Шиклаи:

Да, пытливый глаз заметит, что через токозадающий резистор здесь протекают токи обоих транзисторов, что вносит некоторую погрешность в измерения. Но, во-первых, при значениях коэффициента передачи тока базы транзистора Т2 выше 20, погрешность составит менее 5%, что для радиолюбительских целей вполне допустимо (мы не Шаттл к Венере запускаем).

Во-вторых, если мы всё же запускаем Шаттл, и нам требуется высокая точность, эту погрешность легко учесть в расчётах. Ток эмиттера транзистора Т1 практически равен току базы транзистора Т2, а его-то мы и будем измерять. В результате, при расчёте h31э (а это очень удобно выполнять в программе Excel) вместо формулы: h31э=Iэ/Iб  нужно использовать формулу: h31э=Iэ/Iб-1

Для минимизации данной погрешности, а так же для обеспечения нормальной работы микросхемы TL431 в широком диапазоне токов в качестве транзистора Т1 следует отобрать транзистор с максимальным h31э. Так как это маломощный биполярный транзистор, пока не готов наш прибор, можно воспользоваться китайским мультиметром. Мне удалось всего из 5 штук транзисторов КТ3102 найти экземпляр со значением 250.

Так как сегодня в хозяйстве любого радиолюбителя найдётся китайский мультиметр (а то и не один), его-то мы и будем использовать в качестве измерителя базового тока, что позволит нам не городить коммутацию для разных диапазонов базовых токов (у меня мультиметр с автоматическим выбором предела измерений), а заодно исключить из схемы выпрямительный мост – цифровому мультиметру без разницы направление протекающего тока.

Схема имени меня, Шиклаи и Дарлингтона.

Для объединения вышеприведённых схем в одну добавим немного коммутирующих элементов, источник питания и для большей универсальности расширим диапазон эмиттерных токов. В результате получилась вот такая схема прибора для проверки транзисторов:

Увеличение по клику

 

При указанных на схеме номиналах расчетный ток эмиттера обеспечивается уже при +4В питающего напряжения, так что это действительно генератор стабильного тока. Ради эксперимента я пару раз подключал транзисторы не той структуры. Ничего не сгорело! Хотя может быть стоило ток побольше задать?  Скажу честно, испытаний на выносливость этого прибора проведено мало, время покажет, но начало мне нравится.

В принципе, питать прибор можно даже от нестабилизированного источника, так как стабилизация тока в схеме осуществляется в очень широком диапазоне питающих напряжений. Но! Бывают транзисторы (особенно отечественные), у которых коэффициент передачи тока базы сильно зависит от напряжения коллектор-эмиттер. Чтобы устранить погрешности измерений из-за нестабильной сети, в схеме предусмотрен стабилизированный источник питания. Кстати, именно из-за таких «кривых» транзисторов следует проводить измерения минимум при трёх разных значения тока.

Итак, схема прибора для проверки транзисторов получилась очень простой, что позволяет без проблем собрать этот прибор самостоятельно, своими руками. Прибор 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.

Для маломощных биполярных транзисторов выбраны значения тока эмиттера: 2мА, 5мА, 10мА.
Для мощных биполярных транзисторов измерения проводятся при токах эмиттера: 50мА, 100мА, 500мА.
Ни кто не запрещает проверять транзисторы средней мощности при токах 10мА, 50мА, 100мА. В общем, вариантов масса.
Значения эмиттерных токов можно изменить на своё усмотрение путём пересчёта соответствующего токозадающего резистора по формуле:

R= Uо/Iэ ,

где Uо — опорное напряжение TL431  (2,5В), Iэ — требуемый ток эмиттера испытуемого транзистора.

ВНИМАНИЕ: В природе встречаются микросхемы TL431 с опорным напряжением 1,2В (не помню как отличается маркировка). В этом случае значения всех токозадающих резисторов, указанных на схеме, необходимо пересчитать!

Конструкция и детали.

Из-за простоты устройства печатная плата не разрабатывалась, все элементы распаиваются на выводах переключателей и разъёмов. Всю конструкцию можно собрать в корпусе небольшого размера, всё будет зависеть от габаритов применённого трансформатора и переключателей.

При испытании мощных биполярных транзисторов на больших токах (100мА и 500мА) их необходимо закрепить на радиаторе! Если пластинчатый радиатор смонтировать на одной из стенок прибора или сам радиатор использовать в качестве стенки прибора, то это сделает пользование устройством более удобным. Радиатор, который всегда с собой! Это существенно ускорит процесс испытания мощных транзисторов в корпусах ТО220, ТО126, ТОР3, ТО247 и аналогичных.

Микросхему стабилизатора блока питания также необходимо установить на небольшой радиатор. Диодный мост подойдёт любой на ток 1А и выше. В качестве трансформатора можно использовать подходящий малогабаритный, мощностью от 10Вт с напряжением вторичной обмотки 10-14В.

Опционально: в приборе для проверки транзисторов предусмотрены гнёзда для подключения второго мультиметра (включенного в режим измерения постоянного напряжения на предел 2-3В). Подсмотрел эту идею на одном из форумов. Это позволяет измерить Uбэ транзистора (при необходимости вычислить крутизну). Данная функция очень удобна при подборе биполярных транзисторов одной структуры для ПАРАЛЛЕЛЬНОГО включения в одном плече выходного каскада усилителя. Если при одном и том же токе напряжения Uэб отличаются не более чем на 60мВ, то такие транзисторы можно включать параллельно БЕЗ эмиттерных токовыравнивающих резисторов. Теперь вы понимаете, почему усилители фирмы Accuphase, где в выходном каскаде в каждом плече включено параллельно до 16 транзисторов, стоят таких денег?

Перечень используемых элементов:

Резисторы:
R3 — 820 Ом, 0,25Вт,
R4 — 1к2, 0,25Вт,
R5 — 510 Ом, 0,25 Вт,
R6 — 260 Ом, 0,25Вт
R7 — 5,1 Ом, 5Вт (лучше больше),
R8 — 26 Ом, 1 Вт,
R9 — 51 Ом, 0,5Вт,
R10 — 1к8, 0,25 Вт.

Конденсаторы:

С1 — 100nF, 63V,
C2 — 1000uF, 35V,
C3 — 470uF, 25V

Коммутация:

S1 — переключатель типа П2К или галетный на три положения с двумя группами контактов на замыкание,
S2 — переключатель типа П2К, тумблер или галетный с одной группой контактов на переключение,
S3 — переключатель типа П2К или галетный на два положения с четырьмя группами контактов на переключение,
S4 — кнопка без фиксации,
S5 — сетевой выключатель

Активные элементы:

T3 — транзистор типа КТ3102 или любой маломощный n-p-n типа с высоким коэффициентом усиления,
D3 — TL431,
VR1 — интегральный стабилизатор 7812 (КР142ЕН8Б),
LED1 — светодиод зелёного цвета,
BR1 — диодный мост на ток 1А.

Разное:

Tr1 — трансформатор мощностью от 10Вт, с напряжением вторичной обмотки 10-14В,
F1 — предохранитель на 100mA…250mA,
клеммы (подходящие доступные) для подключения измерительных приборов и испытуемого транзистора.

Работа с прибором для проверки транзисторов.

1. Подключаем к прибору мультиметр, включенный в режим измерения тока. Если нет режима «авто», то выбираем предел в соответствии с типом проверяемых транзисторов. Для маломощных  — микроамперы, для мощных биполярных транзисторов — миллиамперы. Если вы не уверены в выборе режима, поставьте сначала миллиамперы, если показания будут низкие, переключите прибор на меньший предел.

2. Если есть необходимость подобрать транзисторы с одинаковым Uбэ, подключаем к соответствующим гнёздам прибора второй мультиметр в режиме измерения напряжения на предел 2-3В.

3. Подключаем прибор к сети и нажимаем кнопку «Вкл» (S5).

4. Переключателем S3 выбираем структуру испытуемого транзистора «p-n-p» или «n-p-n», а переключателем S2 его тип — маломощный или мощный. Переключателем S1 устанавливаем минимальное значение эмиттерного тока.

5. Подключаем к соответствующим гнездам выводы испытуемого транзистора. При этом, если транзистор мощный, его следует закрепить на радиаторе.

6. Нажимаем на 2-3 секунды кнопку S4 «Измерение». Считываем показания мультиметра, заносим их в таблицу.

7. Переключателем S1 устанавливаем следующее значение эмиттерного тока и повторяем пункт 6.

8. По окончании измерений отключаем транзистор от прибора, прибор — от сети. В принципе, парные транзисторы можно отобрать по близким значениям измеренного базового тока. Если требуется рассчитать коэффициент h31э или построить графики, то следует перенести данные в электронную таблицу Excel или аналогичную.

9. Сравниваем полученные данные в таблице и отбираем транзисторы с близкими значениями.

Вместо эпилога.

Немного замечаний по маломощным биполярным транзисторам ( не зря же я для них режимы предусмотрел?).
Почему-то радиолюбители наибольшее внимание при построении усилителей на транзисторах уделяют ( и то в лучшем случае) подбору идентичных экземпляров для оконечного каскада.

Между тем, на входе усилителя чаще всего используют дифференциальные каскады или реже двухтактные. При этом напрочь забывается, что для получения от диф. каскада как и от двухтактного по максимуму всех его замечательных свойств транзисторы в таком каскаде также должны быть подобраны!

Более того, для обеспечения максимально близкого температурного режима корпуса транзисторов дифкаскада лучше склеить между собой (или прижать друг к другу хомутиком), а не разносить по разным сторонам платы. Применение во входном каскаде интегральных транзисторных сборок устраняет эти проблемы, но такие сборки порой стоят дорого или просто не доступны радиолюбителям.

Поэтому подбор маломощных транзисторов входного каскада остаётся актуальной задачей, и предлагаемый прибор для проверки транзисторов может существенно облегчить этот процесс. Тем более, что один из выбранных для измерения режимов — ток  5мА, чаще всего и является током покоя первого каскада. А на каком токе проводит измерения китайский мультиметр???

Удачного творчества!

Главный редактор «РадиоГазеты».

Похожие статьи:

Прибор для проверки любых транзисторов

Это очередная статья, посвященная начинающему радиолюбителю. Проверка работоспособности транзисторов пожалуй самое важно дело, поскольку именно нерабочий транзистор является причиной отказа работы всей схемы. Чаще всего у начинающих любителей электроники возникают проблемы с проверкой полевых транзисторов, а если под рукой нет даже мультиметра, то проверить транзистор на работоспособность очень трудно. Предложенное устройство позволяет за несколько секунд проверить любой транзистор, независимо от типа и проводимости.

Устройство очень простое и состоит из трех компонентов. Основная часть — трансформатор. За основу можно взять любой малогабаритный трансформатор от импульсных блоков питания. Трансформатор состоит из двух обмоток. Первичная обмотка состоит из 24 витков с отводом от середины, провод от 0,2 до 0,8 мм.

Вторичная обмотка состоит из 15 витков провода того же диаметра, что и первичка. Обе обмотки мотаются в одинаковом направлении.

Светодиод подключен к вторичной обмотке через ограничительный резистор 100 ом, мощность резистора не важна, полярность светодиода тоже, поскольку на выходе трансформатора образуется переменное напряжение.
Присутствует также специальная насадка, в которую вставляется транзистор с соблюдением цоколевки. Для биполярных транзисторов прямой проводимости (типа КТ 818, КТ 814, КТ 816 , КТ 3107 и т. п.) база через базовый резистор 100 ом идет на одну из выводов (левый или правый вывод) трансформатора, средняя точка трансформатора (отвод) подключен к плюсу питания, эмиттер транзистора подключается к минусу питания, а коллектор к свободному выводу первичной обмотки трансформатора.

Для биполярных транзисторов обратной проводимости, нужно всего лишь поменять полярность питания. То же самое и с полевыми транзисторами, важно только не перепутать цоколевку транзистора. Если после подачи питание светодиод начинает светится, значит транзистор рабочий, если же нет, значит бросайте в мусор, поскольку прибор обеспечивает 100% точность проверки транзистора. Эти подключения нужно делать всего один раз, во время сборки прибора, насадка позволяет значительным образом сократить время проверки транзистора, нужно всего лишь вставлять транзистор в нее и подать питание.
Устройство по идее является простейшим блокинг — генератором. Питание 3,7 — 6 вольт, отлично подойдет всего один литий — ионный аккумулятор от мобильного телефона, но с аккумулятора заранее нужно выпаять плату, поскольку эта плата отключает питание потребление тока превышает 800 мА, а наша схема может в пиках потреблять такой ток.
Готовое устройство получается достаточно компактным, можно поместить в компактный пластмассовый корпус , например от конфет типа тик- так и у вас будет карманный прибор для проверки транзисторов на все случаи жизни.

Прибор для проверки коэффициента усиления мощных и маломощных транзисторов своими руками

Прибор для проверки коэффициента усиления мощных и маломощных транзисторов своими руками

Хотя сейчас много в продаже различных приборов и мультиметров, измеряющих коэффициент усиления транзисторов, но любителям что-нибудь мастерить и паять можно порекомендовать несколько несложных схем и доработку.

Данный прибор для проверки транзисторов позволяет точно замерять ряд следующих параметров…

• 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.

Принципиальная схема прибора

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.

Виды систем параметров транзисторов

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. Альфа = — 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.

Справка

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.

Испытатель для транзисторов

Данный прибор работает без единой поломки с 1981 года, за период эксплуатации не было ни одного экземпляра транзистора, которого этот прибор не смог проверить.

    Предлагаемый испытатель транзисторов может с достаточной для схем точностью определять величину усиления транзисторов до 1000 единиц. Это позволяет определять коэффициент усиления составных транзисторов. Прибор точно проверяет усиление транзисторов любой мощности без дополнительных коммутаций.

    Прибор позволяет очень быстро проводить следующие измерения:

•   Проверку работоспособности транзистора.
•   Определения коэффициента усиления одиночных транзисторов.
•   Определения коэффициента усиления составных транзисторов.
•   Определения проводимости транзистора.
•   Определения соответствия выводов транзистора.
•   Подбор транзисторов с одинаковым коэффициентом усиления.

    Принцип действия прибора основан на том, что испытываемый транзистор V1 вместе с транзистором V2 образуют несимметричный мультивибратор.

    Параметры мультивибратора подобраны таким образом, что генерация импульсов возможна только тогда, когда суммарное сопротивление резисторов, включенных в цепь базы испытуемого транзистора, численно равно или чуть меньше значения его коэффициента h31э. Если сопротивление в цепи базы транзистора V1 больше его коэффициента передачи по току, генерация не возникает, и звука нет.

    Структуру проверяемых транзисторов устанавливают переключателем S1.

    Переменный резистор R3, должен быть группы «А», с линейной зависимостью характеристики.

    В приборе примененные транзисторы можно заменить на следующие.

    V2 — КТ315, V3 — ГТ404, V4 — ГТ402 или их импортные аналоги.

    Чем больше усиление транзистора, тем дольше будет слышен звук в динамике.

Схема была опубликована в журнале «Radioamatater» Югославия и в журнале «Радио» №10, за 1981 год.

Спасибо за внимание. Удачи!

Автор:Белецкий А. И.

Доработка испытателя транзисторов

Для данного испытателя транзисторов можно сделать две доработки (сайт:domcxem.ru).

Введена проверка полевых транзисторов и унифицированный звуковой сигнализатор.

Доработанная схема испытателя транзисторов.

1) Отдельная фиксируемая кнопка включает в «базу» проверяемого транзистора резистор, сопротивлением 100 КОм, заземленный с другой стороны. Так измеритель может проверять полевые транзисторы с p-n переходом и p или n каналом (КП103 КП303 и им подобные). Также, без переделки, в этом режиме можно проверять МОП транзисторы с изолированным затвором n- и p- типа (IRF540, IRF9540 и т.п.)

2) В коллектор второго транзистора измерительного мультивибратора (выход НЧ сигнала) я включил детектор с удвоением, по обычной схеме нагруженный на базу КТ 315-го. Таким образом, К- Э переход этого ключевого транзистора замыкается, когда в измерительном мультивибраторе возникает генерация (определён коэффициент передачи). Ключевой транзистор, открываясь, заземляет эмиттер ещё одного транзистора, на котором собран простейший генератор с резонатором на трёхвыводном пьезоэлементе – типовая схема генератора вызывного сигнала «китайского» телефона. Фрагмент схемы мультиметра – узел проверки транзисторов – приведён на рисунке, выше.

Такое схемное нагромождение было вызвано желанием использовать тот же вызывной генератор в узле сигнализации перегрузки по току лабораторного блока питания, так как первый, собранный мной, по упомянутой схеме, испытатель параметров транзисторов, был встроен в ЛБП.

Второй измеритель был встроен самодельный в многофункциональный стрелочный мультиметр, где один трёхвыводной пьезоизлучатель использовался как сигнализатор в режиме «пробник» (звуковая проверка короткого замыкания) и испытатель транзисторов.

Теоретически (я не пробовал), этот испытатель можно переделать для проверки мощных транзисторов, уменьшив, например, на порядок сопротивления резисторов в обвязке проверяемого транзистора.

Так же, возможно зафиксировать резистор в базовой цепи (1 или 10 кОм) и изменять сопротивление в коллекторной цепи (для мощных транзисторов).

P.S. Смотрите также: прибор для проверки величин допустимых напряжений и напряжений утечек транзисторов, диодов, конденсаторов и других радиодеталей.

ПОДЕЛИТЕСЬ С ДРУЗЬЯМИ

П О П У Л Я Р Н О Е:

• Серебритель воды.

Серебритель воды предназначен для получения «серебряной» воды в домашних условиях в профилактических и лечебных концентрациях. Прибор состоит из таймера, стабилизатора тока электродов, стабилизатора напряжения питания и опускаемых в сосуд с водой электродов.

Подробнее…

• Простой USB проигрыватель

USB проигрыватель — это по сути дела внешняя USB звуковая карта. Многие используют компьютер для воспроизведения музыки, но качество воспроизведения, особенно встроенных звуковых карт оставляет желать лучшего.

Звуковая карта хорошего качества стоит дорого.

А почему бы не сделать свой USB проигрыватель?

Подробнее…

• Генератор звуковых частот от 1Гц до 65кГц на ATtiny2313

Простой многофункциональный НЧ генератор DDS на микропроцессоре с низким искажением

Этот генератор для аудио устройств с низким искажением генерирует частоту от 1 Гц до выше 65 кГц.

Он может генерировать четыре различных сигналов и уровень выходного сигнала регулируется в диапазоне от нескольких милливольт до 5 вольт.

Генератор собран на недорогом микропроцессоре ATtiny2313 и КМОП микросхеме 4015.

Подробнее…

Популярность: 4 110 просм.

6. Цифровой измеритель параметров транзисторов.

ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ТРАНЗИСТОРОВ

Описываемый прибор позволяет измерять коэффициент передачи тока базы П21э в трех диапазонах с верхними пределами 200, 2000, 20000 при токе коллектора, устанавливаемом дискретно величиной 0,1; 0,3; 1 и т. д. до 300 мА. Кроме того, возможно измерение обратного тока коллектора также на трех диапазонах с верхними пределами 20, 2 и 0,2 мкА, разрешающая способность на низшем -0,1 нА. Определение П21э производится при напряжении коллектор-база около 1,5 В, обратного тока коллекторного перехода — при 5 В.

Принцип измерения П21э проиллюстрирован на рис. 30. Проверяемый транзистор VТx включен по схеме с общей базой. Его эмиттерный ток определяется относительно большим сопротивле

нием токозадающего резистора, установленного в цепь эмиттера (один из резисторов R 15 — R23) и напряжением источника питания. В цепь эмиттера включен также токоизмерительный резистор (R 11-R14). В цепи базы в диагонали диодного моста VD1 установлен резистор, падение напряжения на котором пропорционально току базы (R1 — R6).

Отношение напряжения на резисторе в цепи эмиттера к напряжению на резисторе в цепи базы пропорционально коэффициенту передачи тока в схеме с общим коллектором, он на единицу больше аналогичного коэффициента в схеме с общим эмиттером. Это отношение измеряется АЦП на микросхеме КР572ПВ5. Токоизмерительные резисторы подобраны такого сопротивления, что падение на эмиттерном резисторе составляет около 50 или 150 мВ, на базовом — 25…1500 мВ в зависимости от коэффициента передачи тока базы h31э и диапазона. Диодный мост необходим для того, чтобы можно

было проверять транзисторы различной структуры без переключения входов Uобр АЦП. Кроме того, падение напряжения на диодах моста обеспечивает напряжение коллектор-база на указанном уровне 1,5 В. Напряжение на входе Uвх АЦП может менять знак, поэтому в эмиттерной цепи диодный мост не требуется.

При измерении обратного тока коллекторного перехода Iко между коллектором и эмиттером проверяемого транзистора VTx прикладывается напряжение 5 В с делителя R7R15 (рис. 31). Падение напряжения на токоизмерительных резисторах R11 — R 14 пропорционально измеряемому току. На вход Uобр АЦП в этом режиме подается напряжение 100 мВ. Роль делителя состоит не только в снижении напряжения, подаваемого на транзистор, до 5 В и ограничении тока в случае установки неисправного транзистора, но и в приведении синфазного напряжения на входах Uвx АЦП к половине напряжения питания. Естественно, что в этом режиме можно проверять и обратные токи диодов.

Полная схема измерителя приведена на рис. 32 и 33. Переключатель SA1 служит для выбора тока эмиттера проверяемого транзистора и включения режима измерения обратного тока коллек

тора Iко, переключатель SA2 определяет диапазоны измерений h31э и Iко, положение SA3 определяется структурой транзистора. Конденсаторы С1 и С2 необходимы для устранения генерации, иногда возникающей при проверке высокочастотных транзисторов, С3 устраняет сетевые наводки при измерении обратного тока коллекторного перехода. Включение микросхемы КР572ПВ5 и индикатора ИЖЦ5-4/8 достаточно стандартное, отличие лишь в том, что входы Uвх и Uобр не связаны с общим проводом аналоговых цепей (вывод 32 микросхемы). Частота тактового генератора — 40 кГц.

Почти все элементы измерителя (в том числе и переключатели SA1 — SA3) смонтированы на печатной плате размерами 65 х 130 мм (рис. 34,а, сторона установки микросхем, рис. 34,6, сторона установки переключателей и конденсаторов С6 — С8). Резисторы, показанные на рис. 32, в основном распаяны на выводах переключателей SA1 и SA2.

Резисторы R1 — R6, R8 — R 14 следует подобрать с точностью не хуже 1%. В описываемой конструкции в основном использовались резисторы типа С2-29В мощностью 0,125 Вт. Резисторы R7, R15 -R23 использованы типа МЛТ с допуском 5%, Подстроечный резистор R50 — СПЗ-19а.

Токоизмерительные резисторы Rl-R6nRll-R14He обязательно должны быть точно тех сопротивлений, которые указаны на схеме рис. 32. Например, они могут быть кратны 47 или 56, но обязательно все.

Конденсаторы С6 — С8 использованы типа К73-17 на рабочее напряжение 160 В. Возможно применение и других конденсаторов, обозначение которых начинается с К71 или К73, например К73-9, К73-11, К73-16. Полярные конденсаторы типа К53-4 (С4, С 12), остальные КМ-5 или КМ-6.

Переключатель SA1 типа ПГ7-35-16П5Н, SA2- ПГ2-11-6П6Н, SA3 — ПГ2-13-4ПЗН. На принципиальной схеме дана нумерация контактов, приведенная на переключателях.

Микросхему К561ЛП2 можно заменить на КР1561ЛП14, а при изменении рисунка печатной платы — на 564ЛП2.

Все элементы измерителя, включая блок питания на основе трансформатора ТПП220-127/220-50, все шесть вторичных обмоток которого соединены последовательно, установлены в пластмассовую коробку размерами 70 х 95 х 150 мм.

Настройку прибора следует начать с установки частоты тактового генератора АЦП, равной 40 кГц, подбором резистора R57. Для этого осциллографом, синхронизированным от сети, контролируют часто-

ту импульсов на выходе F микросхемыDD2 (вывод 21). Изображение импульсов на экране должно быть практически неподвижным, при этом их частота составляет 50 Гц.

Необходимо также откалибровать измеритель тока. Проще всего установить на движке подстроечного резистора R51 относительно общего провода напряжение 100 мВ, контролируя его точным вольтметром с входным сопротивлением не менее 1 МОм.

Для примера на рис. 35 приведены снятые этим прибором зависимости коэффициента передачи тока базы h31э от тока коллектора случайно взятых образцов различных транзисторов, в том числе и для двух типов транзисторов со статической индукцией (КП948А и КП959А). Два составных транзистора различной структуры КТ972А и КТ973А оказались практически неотличимыми по своим зависимостям h31э от тока коллектора.

Измеренные обратные токи коллектора для кремниевых маломощных транзисторов составляли 0,1…0,3 нА, для мощных — 1…10 нА. Для транзисторов серий КТ315 и КТ361 обнаружен заметный

фотоэффект, приводящий к увеличению обратного тока до 10 нА при освещении транзистора рассеянным светом настольной лампы.

При использовании прибора следует помнить, что показания h31э менее 5% от предельного значения недостоверны, поскольку напряжение на выходе интегратора АЦП при этом выходит за пределы линейного участка. При обрыве коллекторного перехода транзистора ток базы равен току эмиттера, и на пределах 100 и 300 мА могут выйти из строя токоизмерительные резисторы. Избежать этого можно увеличением их мощности рассеяния до 0,5 и 1 Вт соответственно. Можно также принять за правило проверку мощных транзисторов начинать при токе коллектора не более 50 мА, переходя при их исправности к большим значениям тока.

Входы Uобор микросхемы КР572ПВ5 (выводы 35, 36) следует защитить, как указано в конце первого раздела этой главы.

 

Как проверить мультиметром транзистор: цифровые приборы

---

Как проверить мультиметром транзистор — перед началом ремонта электронного прибора или сборки схемы стоит убедиться в исправности всех элементов, которые будут устанавливаться в схему.

Если используются новые детали, необходимо убедиться в их работоспособности. Транзистор является одним из главных составляющих элементов многих электросхем, поэтому его следует прозвонить в первую очередь. Как проверить мультиметром транзистор подробно расскажет данная статья.

Электронные компоненты: как проверить мультиметром транзистор

Главным компонентом в любой электросхеме является транзистор, который под влиянием внешнего сигнала управляет током в электрической цепи. Транзисторы делятся на два вида: полевые и биполярные.

Биполярный транзистор имеет три вывода: база, эмиттер и коллектор. На базу подается ток небольшой величины, который вызывает изменение в зоне эмиттер-коллектор сопротивления, что приводит к изменению протекающего тока. Ток протекает в одном направлении, которое определяется типом перехода и соответствует полярности подключения.

Транзистор данного типа оснащен двумя p-n переходами. Когда в крайней области прибора преобладает электронная проводимость (n), а в средней — дырочная (p), то транзистор называется n-p-n (обратная проводимость). Если наоборот, тогда прибор именуется транзистором типа p-n-p (прямая проводимость).

Полевые транзисторы имеют характерные отличия от биполярных. Они оснащены двумя рабочими выводами — истоком и стоком и одним управляющим (затвором). В данном случае на затвор воздействует напряжение, а не ток, что характерно для биполярного типа. Электрический ток проходит между истоком и стоком с определенной интенсивностью, которая зависит от сигнала. Этот сигнал формируется между затвором и истоком или затвором и стоком. Транзистор такого типа может быть с управляющим p-n переходом или с изолированным затвором. В первом случае рабочие выводы подключаются к полупроводниковой пластине, которая может быть p- или n-типа.

Принцип работы полевого транзистора

Главной особенностью полевых транзисторов является то, что их управление обеспечивается не при помощи тока, а напряжения. Минимальное использование электроэнергии позволяет его применять в радиодеталях с тихими и компактными источниками питания. Такие устройства могут иметь разную полярность.

Как проверить мультиметром транзистор

Многие современные тестеры оснащены специализированными коннекторами, которые используются для проверки работоспособности радиодеталей, в том числе и транзисторов.

Чтобы определить рабочее состояние полупроводникового прибора, необходимо протестировать каждый его элемент. Биполярный транзистор имеет два р-n перехода в виде диодов (полупроводников), которые встречно подключены к базе. Отсюда один полупроводник образовывается выводами коллектора и базы, а другой эмиттера и базы.

Используя транзистор для сборки монтажной платы необходимо четко знать назначение каждого вывода. Неправильное размещение элемента может привести к его перегоранию. При помощи тестера можно узнать назначение каждого вывода.

Чтобы определить состояние транзистора, необходимо протестировать каждый его элемент

Важно! Данная процедура возможна лишь для исправного транзистора.

Для этого прибор переводится в режим измерения сопротивления на максимальный предел. Красным щупом следует коснуться левого контакта и измерить сопротивление на правом и среднем выводах. Например, на дисплее отобразились значения 1 и 817 Ом.

Затем красный щуп следует перенести на середину, и с помощью черного измерить сопротивления на правом и левом выводах. Здесь результат может быть: бесконечность и 806 Ом. Красный щуп перевести на правый контакт и произвести замеры оставшейся комбинации. Здесь в обоих случаях на дисплее отобразится значение 1 Ом.

Делая вывод из всех замеров, база располагается на правом выводе. Теперь для определения других выводов необходимо черный щуп установить на базу. На одном выводе показалось значение 817 Ом – это эмиттерный переход, другой соответствует 806 Ом, коллекторный переход.

Схема проверки транзисторов с помощью мультиметра

Важно! Сопротивление эмиттерного перехода всегда будет больше, чем коллекторного.

Как прозвонить мультиметром транзистор

Чтобы убедиться в исправном состоянии устройства достаточно узнать прямое и обратное сопротивление его полупроводников. Для этого тестер переводится в режим измерения сопротивления и устанавливается на предел 2000. Далее следует прозвонить каждую пару контактов в обоих направлениях. Так выполняется шесть измерений:

• соединение «база-коллектор» должно проводить электрический ток в одном направлении;
• соединение «база-эмиттер» проводит электрический ток в одном направлении;
• соединение «эмиттер-коллектор» не проводит электрический ток в любом направлении.

Как прозванивать мультиметром транзисторы, проводимость которых p-n-p (стрелка эмиттерного перехода направлена к базе)? Для этого необходимо черным щупом прикоснуться к базе, а красным поочередно касаться эмиттерного и коллекторного переходов. Если они исправны, то на экране тестера будет отображаться прямое сопротивление 500-1200 Ом.

Точки проверки транзистора p-n-p

Для проверки обратного сопротивления красным щупом следует прикоснуться к базе, а черным поочередно к выводам эмиттера и коллектора. Теперь прибор должен показать на обоих переходах большое значение сопротивления, отобразив на экране «1». Значит, оба перехода исправны, а транзистор не поврежден.

Такая методика позволяет решить вопрос: как проверить мультиметром транзистор, не выпаивая его из платы. Это возможно благодаря тому, что переходы устройства не зашунтированы низкоомными резисторами. Однако, если в ходе замеров тестер будет показывать слишком маленькие значения прямого и обратного сопротивления эммитерного и коллекторного переходов, транзистор придется выпаять из схемы.

Перед тем как проверить мультиметром n-p-n транзистор (стрелка эмиттерного перехода направлена от базы), красный щуп тестера для определения прямого сопротивления подключается к базе. Работоспособность устройства проверяется таким же методом, что и транзистор с проводимостью p-n-p.

О неисправности транзистора свидетельствует обрыв одного из переходов, где обнаружено большое значение прямого или обратного сопротивления. Если это значение равно 0, переход находится в обрыве и транзистор неисправен.

Принцип работы биполярного транзистора

Такая методика подходит исключительно для биполярных транзисторов. Поэтому перед проверкой необходимо убедиться, не относиться ли он к составному или полевому устройству. Далее необходимо проверить между эмиттером и коллектором сопротивление. Замыканий здесь быть не должно.

Если для сборки электрической схемы необходимо использовать транзистор, имеющий приближенный по величине тока коэффициент усиления, с помощью тестера можно определить необходимый элемент. Для этого тестер переводится в режим hFE. Транзистор подключается в соответствующий для конкретного типа устройства разъем, расположенный на приборе. На экране мультиметра должна отобразиться величина параметра h31.

Как проверить мультиметром тиристор? Он оснащен тремя p-n переходами, чем отличается от биполярного транзистора. Здесь структуры чередуются между собой на манер зебры. Главных отличием его от транзистора является то, что режим после попадания управляющего импульса остается неизменным. Тиристор будет оставаться открытым до того момента, пока ток в нем не упадет до определенного значения, которое называется током удержания. Использование тиристора позволяет собирать более экономичные электросхемы.

Схема проверки тиристора мультиметром

Мультиметр выставляется на шкалу измерения сопротивления в диапазон 2000 Ом. Для открытия тиристора черный щуп присоединяется к катоду, а красный к аноду. Следует помнить, что тиристор может открываться положительным и отрицательным импульсом. Поэтому в обоих случаях сопротивление устройства будет меньше 1. Тиристор остается открытым, если ток управляющего сигнала превышает порог удержания. Если ток меньше, то ключ закроется.

Проверка транзистора IGBT

Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) является трехэлектродным силовым полупроводниковым прибором, в котором по принципу каскадного включения соединены два транзистора в одной структуре: полевой и биполярный. Первый образует канал управления, а второй – силовой канал.

Чтобы проверить транзистор, мультиметр необходимо перевести в режим проверки полупроводников. После этого при помощи щупов измерить сопротивление между эмиттером и затвором в прямом и обратном направлении для выявления замыкания.

IGBT-транзисторы с напряжением коллектор-эмиттер

Теперь красный провод прибора соединить с эмиттером, а черным коснуться кратковременно затвора. Произойдет заряд затвора отрицательным напряжением, что позволит транзистору оставаться закрытым.

Важно! Если транзистор оснащен встроенным встречно-параллельным диодом, который анодом подключен к эмиттеру транзистора, а катодом к коллектору, то его необходимо прозвонить соответствующим образом.

Теперь необходимо убедиться в функциональности транзистора. Сначала стоит зарядить положительным напряжением входную емкость затвор-эмиттер. С этой целью одновременно и кратковременно красным щупом следует прикоснуться к затвору, а черным к эмиттеру. Теперь необходимо проверить переход коллектор-эмиттер, подключив черный щуп к эмиттеру, а красный к коллектору. На экране мультиметра должно отобразиться незначительное падение напряжения в 0,5-1,5 В. Эта величина на протяжении нескольких секунд должна оставаться стабильной. Это свидетельствует о том, что во входной емкости транзистора утечки нет.

Проверка транзистора мультиметром без выпаивания из микросхемы

Полезный совет! Если напряжения мультиметра недостаточно для открытия IGBT транзистора, тогда для заряда его входной емкости можно использовать источник постоянного напряжения в 9-15 В.

Как проверить мультиметром полевой транзистор

Полевые транзисторы проявляют высокую чувствительность к статическому электричеству, поэтому предварительно требуется организация заземления.

Перед тем как приступить к проверке полевого транзистора, следует определить его цоколевку. На импортных приборах обычно наносятся метки, которые определяют выводы устройства. Буквой S обозначается исток прибора, буква D соответствует стоку, а буква G – затвор. Если цоколевка отсутствует, тогда необходимо воспользоваться документацией к прибору.

Перед проверкой исправного состояния транзистора, стоит учесть, что современные радиодетали типа MOSFET имеют дополнительный диод, расположенный между истоком и стоком, который обязательно нанесен на схему прибора. Полярность диода полностью зависит от вида транзистора.

Полезный совет! Обезопасить себя от накопления статических зарядов можно при помощи антистатического заземляющего браслета, который надевается на руку, или прикоснуться рукой к батарее.

Устройство полевого транзистора с N-каналом

Основная задача, как проверить мультиметром полевой транзистор, не выпаивая его из платы, состоит из следующих действий:

1. Необходимо снять с транзистора статическое электричество.
2. Переключить измерительный прибор в режим проверки полупроводников.
3. Подключить красный щуп к разъему прибора «+», а черный «-».
4. Коснуться красным проводом истока, а черным стока транзистора. Если устройство находится в рабочем состоянии на дисплее измерительного прибора отобразиться напряжение 0,5-0,7 В.
5. Черный щуп подключить к истоку транзистора, а красный к стоку. На экране должна отобразиться бесконечность, что свидетельствует об исправном состоянии прибора.
6. Открыть транзистор, подключив красный щуп к затвору, а черный – к истоку.
7. Не меняя положение черного провода, присоединить красный щуп к стоку. Если транзистор исправен, тогда тестер покажет напряжение в диапазоне 0-800 мВ.
8. Изменив полярность проводов, показания напряжения должны остаться неизменными.
9. Выполнить закрытие транзистора, подключив черный щуп к затвору, а красный – к истоку транзистора.

Пошаговая проверка полевого транзистора мультиметром

Говорить об исправном состоянии транзистора можно исходя из того, как он при помощи постоянного напряжения с тестера имеет возможность открываться и закрываться. В связи с тем, что полевой транзистор обладает большой входной емкостью, для ее разрядки потребуется некоторое время. Эта характеристика имеет значение, когда транзистор вначале открывается с помощью создаваемого тестером напряжения (см. п. 6), и на протяжении небольшого количества времени проводятся измерения (см. п.7 и 8).

Проверка мультиметром рабочего состояния р-канального полевого транзистора осуществляется таким же методом, как и n-канального. Только начинать измерения следует, подключив красный щуп к минусу, а черный – к плюсу, т. е. изменить полярность присоединения проводов тестера на обратную.

Исправность любого транзистора, независимо от типа устройства, можно проверить с помощью простого мультиметра. Для этого следует четко знать тип элемента и определить маркировку его выводов. Далее, в режиме прозвонки диодов или измерения сопротивления узнать прямое и обратное сопротивление его переходов. Исходя из полученных результатов, судить об исправном состоянии транзистора.

Проверка транзисторов: видео инструкция

Источник: remoo.ru

Как проверить тарнзистор — тестирование биполярных, полевых, цифровых, однопереходных транзисторов

Прежде чем рассмотреть способы как проверить исправность транзисторов необходимо знать, как проверять исправность p-n перехода или как правильно тестировать диоды. Именно с этого мы и начнем… Тестирование полупроводниковых диодов При тестировании диодов с помощью стрелочных ампервольтомметрами следует использовать нижние пределы измерений. При проверке исправного диода сопротивление в прямом направлении составит несколько сотен Ом, в обратном направлении — бесконечно большое сопротивление. При неисправности диода стрелочный (аналоговый) ампервольтомметр покажет в обоих направлениях сопротивление близкое к 0 (при пробое диода) или бесконечно большое сопротивление при разрыве цепи. Сопротивление переходов в прямом и обратном направлениях для германиевых и кремниевых диодов различно. Проверка диодов с помощью цифровых мультиметров производится в режиме их тестирования. При этом, если диод исправен, на дисплее отображается напряжение на р-n переходе при измерении в прямом направлении или разрыв при измерении в обратном направлении. Величина прямого напряжения на переходе для кремниевых диодов составляет 0,5…0,8 В, для германиевых — 0,2…0,4 В. При проверке диода с помощью цифровых мультиметров в режиме измерения сопротивления при проверке исправного диода обычно наблюдается разрыв как в прямом, так и в обратном направлении из-за того, что напряжение на клеммах мультиметра недостаточно для того, чтобы переход открылся. Как проверить исправность транзистора Для наиболее распространенных биполярных транзисторов их проверка аналогична тестированию диодов, так как саму структуру транзистора р-n-р или n-р-n можно представить как два диода (см. рисунок выше), с соединенными вместе выводами катода, либо анода, представляющими собой вывод базы транзистора. При тестировании транзистора прямое напряжение на переходе исправного транзистора составит 0,45…0,9 В. Говоря проще, при проверке омметром переходов база-эмиттер, база-коллектор исправный транзистор в прямом направлении имеет маленькое сопротивление и большое сопротивление перехода в обратном направлении. Дополнительно следует проверять сопротивление (падение напряжения) между коллектором и эмиттером, которое для исправного транзистора должно быть очень большое, за исключением описанных ниже случаев. Однако есть свои особенности и при проверке транзисторов. На них мы и остановимся подробнее. Одной из особенностей является наличие у некоторых типов мощных транзисторов встроенного демпферного диода, который включен между коллектором и эмиттером, а также резистора номиналом около 50 Ом между базой и эмиттером. Это характерно в первую очередь для транзисторов выходных каскадов строчной развертки. Из-за этих дополнительных элементов нарушается обычная картина тестирования. При проверке таких транзисторов следует сравнивать проверяемые параметры с такими же параметрами заведомо исправного однотипного транзистора. При проверке цифровым мультиметром транзисторов с резистором в цепи база-эмиттер напряжение на переходе база-эмиттер будет близким или равным 0 В. Другими «необычными» транзисторами являются составные, включенные по схеме Дарлингтона. Внешне они выглядят как обычные, но в одном корпусе имеется два транзистора, соединенные по схеме, изображенной на рис. 2. От обычных их отличает высокий коэффициент усиления — более 1000. Тестирование таких транзисторов особенностями не отличается, за исключением того, что прямое напряжение перехода база-эмиттер составляет 1,2…1,4 В. Следует отметить, что некоторые типы цифровых мультиметров в режиме тестирования имеют на клеммах напряжение меньшее 1,2 В, что недостаточно для открывания р-n перехода, и в этом случае прибор показывает разрыв. Тестирование однопереходных и программируемых однопереходных транзисторов Однопереходный транзистор (ОПТ) отличается наличием на его вольт-амперной характеристике участка, с отрицательным сопротивлением. Наличие такого участка говорит о том, что такой полупроводниковый прибор может использоваться для генерирования колебаний (ОПТ, туннельные диоды и др.). Однопереходный транзистор используется в генераторных и переключательных схемах. Для начала разберем, чем отличается однопереходный транзистор от программируемого однопереходного транзистора. Это несложно: общим для них является трехслойная структура (как у любого транзистора) с 2мя р-n переходами; однопереходный транзистор имеет выводы, называемые база 1 (Б1), база 2 (Б2), эмиттер. Он переходит в состояние проводимости, когда напряжение на эмиттере превышает значение критического напряжения переключения, и находится в этом состоянии до тех пор, пока ток эмиттера не снизится до некоторого значения, называемого током запирания. Все это очень напоминает работу тиристора; программируемый однопереходный транзистор имеет выводы, называемые анод (А), катод (К) и управляющий электрод (УЭ). По принципу работы он ближе к тиристору. Переключение его происходит тогда, когда напряжение на управляющем электроде превышает напряжение на аноде (на величину примерно 0,6 В — прямое напряжение р-n перехода). Таким образом, изменяя с помощью делителя напряжение на аноде, можно изменять напряжение переключения такого прибора т.е. «программировать» его. Чтобы проверить исправность однопереходного и программируемого однопереходного транзистора следует измерить омметром сопротивление между выводами Б1 и Б2 или А и К для проверки на пробой. Но наиболее точные результаты можно получить, собрав схему для проверки однопереходных и программируемых однопереходных транзисторов (см. схему ниже — для ОПТ — рис. слева, для программируемого ОПТ — рис. справа). Рис. 3 Проверка цифровых транзисторов Рис. 4 Упрощенная схема цифрового транзистора слева, Справа — схема тестирования. Стрелка означает «+» измерительного прибора Другими необычными транзисторами являются цифровые (транзисторы с внутренними цепями смещения). На рис 4. выше изображена схема такого цифрового транзистора. Номиналы резисторов R1 и R2 одинаковы и могут составлять либо 10 кОм, либо 22 кОм, либо 47 кОм, или же иметь смешанные номиналы. Цифровой транзистор внешне не отличается от обычного, но результаты его «прозвонки» могут поставить в тупик даже опытного мастера. Для многих они как были «непонятными», так таковыми и остались. В некоторых статьях можно встретить утверждение — «тестирование цифровых транзисторов затруднено… Лучший вариант — замена на заведомо исправный транзистор». Бесспорно, это самый надежный способ проверки. Попробуем разобраться, так ли это на самом деле. Давайте разберемся, как правильно протестировать цифровой транзистор и какие выводы сделать из результатов измерений. Для начала обратимся к внутренней структуре транзистора, изображенной на рис.4, где переходы база-эмиттер и база-коллектор для наглядности изображены в виде двух включенных встречно диодов. Резисторы R1 и R2 могут быть как одного номинала, так и могут отличаться и составлять либо 10 кОм, либо 22 кОм, либо 47 кОм, или же иметь смешанные номиналы. Пусть сопротивление резистора R1 будет 10 кОм, a R2 — 22 кОм. Сопротивление открытого кремниевого перехода примем равным 100 Ом. В частности, эту величину показывает стрелочный авометр Ц4315 при измерении сопротивления на пределе х1. В прямом направлении цепь база-коллектор рассматриваемого транзистора состоит из последовательно соединенных резистора R1 и сопротивления собственно перехода база-коллектор (VD1 на рис. 1). Сопротивлением перехода, так как оно значительно меньше сопротивления резистора R1, можно пренебречь, и этот замер даст величину, приблизительно равную значению сопротивления резистора R1, которое в нашем примере равно 10 кОм. В обратном направлении переход остается закрытым, и ток через этот резистор не течет. Стрелка авометра должна показать «бесконечность». Цепь база-эмиттер представляет собой смешанное соединение резисторов R1, R2 и сопротивления собственно перехода база-эмиттер (VD2 на рис. 4 слева). Резистор R2 включен параллельно этому переходу и практически не изменяет его сопротивления. Следовательно, в прямом направлении, когда переход открыт, ампервольтомметр вновь покажет величину сопротивления, приблизительно равную значению сопротивления базового резистора R1. При изменении полярности тестера переход база-эмиттер остается закрытым, и ток протекает через последовательно соединенные резисторы R1 и R2. В этом случае тестер покажет сумму этих сопротивлений. В нашем примере она составит приблизительно 32 кОм. Как видите, в прямом направлении цифровой транзистор тестируется так же, как и обычный биполярный транзистор, с той лишь разницей, что стрелка прибора показывает значение сопротивления базового резистора. А по разности измеренных сопротивлений в прямом и обратном направлениях можно определить величину сопротивления резистора R2. Теперь рассмотрим тестирование цепи эмиттер-коллектор. Эта цепь представляет собой два встречно включенных диода, и при любой полярности тестера его стрелка должна была бы показать «бесконечность». Однако, это утверждение справедливо только для обычного кремниевого транзистора. В рассматриваемом случае из-за того, что переход база-эмиттер (VD2) оказывается зашунтированным резистором R2, появляется возможность открыть переход база-коллектор при соответствующей полярности измерительного прибора. Измеренное при этом сопротивление транзисторов имеет некоторый разброс, но для предварительной оценки можно ориентироваться на значение примерно в 10 раз меньшее сопротивления резистора R1. При смене полярности тестера сопротивление перехода база-коллектор должно быть бесконечно большим. На рис. 4 справа подведен итог вышесказанному, которым удобно пользоваться в повседневной практике. Для транзистора прямой проводимости стрелка будет означать «-» измерительного прибора. В качестве измерительного прибора необходимо использовать стрелочные (аналоговые) АВОметры с током отклонения головки около 50 мкА (20 кОм/В). Следует отметить, что вышеизложенное носит несколько идеализированный характер, и на практике, могут быть ситуации, требующие логического осмысления результатов измерений. Особенно в случаях, если цифровой транзистор окажется дефектным. Как проверить полевой МОП-транзистор Существует несколько разных способов проверки полевых МОП-транзисторов. Например такой: Проверить сопротивление между затвором — истоком (3-И) и затвором — стоком (3-С). Оно должно быть бесконечно большим. Соединить затвор с истоком. В этом, случае переход исток — сток (И-С) должен прозваниваться как диод (исключение для МОП-транзисторов, имеющих встроенную защиту от пробоя — стабилитрон с определенным напряжением открывания). Самой распространенной и характерной неисправностью полевых МОП-транзисторов является короткое замыкание между затвором — истоком и затвором — стоком. Другим способом является использование двух омметров. Первый включается для измерения между истоком и стоком, второй — между истоком и затвором. Второй омметр должен иметь высокое входное сопротивление — около 20 МОм и напряжение на выводах не менее 5 В. При подключении второго омметра в прямой полярности транзистор откроется (первый омметр покажет сопротивление близкое к нулю), при изменении полярности на противоположную транзистор закроется. Недостаток этого способа — требования к напряжению на выводах — второго омметра. Естественно, цифровые мультиметры для этих целей не подходит. Это ограничивает применение такого способа проверки. Еще один способ похож на второй. Сначала кратковременно соединяют между собой выводы затвора и истока для того, чтобы снять имеющийся на затворе заряд. Далее к выводам истока-стока подключают омметр. Берут батарейку напряжением 9 В и кратковременно подключают ее плюсом к затвору, а минусом — к истоку. Транзистор откроется и будет открыт некоторое время после отключения батарейки за счет сохранения заряда. Большинство полевых МОП-транзисторов открывается при напряжении затвор-исток около 2 В. При тестировании полевых МОП-транзисторов следует соблюдать особую осторожность, чтобы не вывести его из строя транзистор статическим электричеством. Как определить структуру и расположения выводов транзисторов, тип которых неизвестен При определении структуры транзистора, тип которого неизвестен, следует путем перебора шести вариантов — определить вывод базы, а затем измерить прямое напряжение на переходах. Прямое напряжение на переходе база-эмиттер всегда на несколько милливольт выше прямого напряжения на переходе база-коллектор (при пользовании стрелочного мультиметра сопротивление перехода база-эмиттер в прямом направлении несколько выше сопротивления перехода база-коллектор). Это связано с технологией производства транзисторов, и правило применимо к обыкновенным биполярным транзисторам, за исключением некоторых типов мощных транзисторов, имеющих встроенный демпферный диод. Полярность щупа мультиметра, подключенного при измерениях на переходах в прямом направлении к базе транзистора укажет на тип транзистора: если это «+» — транзистор структуры n-p-n, если «-» — структуры р-n-р.

28. Малосигнальные h-параметры биполярных транзисторов.

Система h-параметров

Система h-параметров используется как комбинированная система из двух предыдущих, причем из соображений удобства измерения параметров биполярного транзистора выбирается режим короткого замыкания на выходе (U₂ = 0) и режим холостого хода на входе (I₁ = 0). Поэтому для системы h-параметров в качестве входных параметров задаются ток I₁ и напряжение U₂, а в качестве выходных параметров рассчитываются ток I₂ и напряжение U₁, при этом система, описывающая связь входных I₁, U₂ и выходных I₂, U₁ параметров, выглядит следующим образом:

Значения коэффициентов в уравнении для h-параметров имеют следующий вид:

— входное сопротивление при коротком замыкании на выходе;	— выходная проводимость при холостом ходе во входной цепи;
— коэффициент обратной связи при холостом ходе во входной цепи;	— коэффициент передачи тока при коротком замыкании на выходе.

Эквивалентная схема четырехполюсника с h-параметрами приведена на рисунке 5.24а, б. Из этой схемы легко увидеть, что режим короткого замыкания на выходе или холостого хода на входе позволяет измерить тот или иной h-параметр.

Рис. 5.24. Эквивалентная схема четырехполюсника: а) биполярный транзистор в схеме с общей базой; б) биполярный транзистор в схеме с общим эмиттером

Рассмотрим связь h-параметров биполярного транзистора в схеме с общей базой с дифференциальными параметрами. Для этого воспользуемся эквивалентной схемой биполярного транзистора на низких частотах, показанной на рисунке 5.24а, а также выражениями для вольт-амперных характеристик транзистора в активном режиме. Получаем:

Для биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером (рис. 5.24б) выражения, описывающие связь h-параметров с дифференциальными параметрами, будут иметь следующий вид:

Для различных схем включения биполярного транзистора (схема с общей базой, общим эмиттером и общим коллектором) h-параметры связаны друг с другом. В таблице 2 приведены эти связи, позволяющие рассчитывать h-параметры для схемы включения с общей базой, если известны эти параметры для схемы с общим эмиттером.

Таблица 2. Связи между h параметрами

Дифференциальные параметры биполярных транзисторов зависят от режимов их работы. Для схемы с общим эмиттером наибольшее влияние испытывает коэффициент усиления эмиттерного тока h_21э в зависимости от тока эмиттера. На рисунке 5.25 приведена эта зависимость для транзисторов КТ215 различных типономиналов. В области малых токов (микромощный режим) коэффициент усиления уменьшается вследствие влияния рекомбинационной компоненты в эмиттерном переходе, а в области больших токов (режим высокого уровня инжекции) — коэффициент усиления уменьшается вследствие уменьшения коэффициента диффузии.

29.Графический расчет усилительного каскада оэ на биполярном транзисторе.

Б

Услительный каскад с общ. Эмиттером (ОЭ)

удем считать, что источник сигнала по отношению к транзистору является генератором токаi_Г  I_Гm sin  t, где I_Гm=E_Гm/R_Г. Тогда полный входной ток транзистора можно считать известным . (3.43)

Сопротивление нагрузки будем считать большим R_Н >> R_К.

Для описания работы транзистора воспользуемся семейством выходных характеристик (рис. 3.31) i_К=f(i_Б,u_КЭ). Учитывая, что характеристика резистора R_К подчиняется закону Ома, получим:

,

где ( E_К — u_КЭ) — падение напряжения на резисторе R_К. Это уравнение называется уравнением нагрузочной линии. Ее график имеет вид прямой линии, проходящей через точку E_К на оси абсцисс и через точку E_К /R_К, на оси ординат. Чем меньше R_К, тем более круто проходит нагрузочная линия. Поскольку через транзистор и R_К протекает один и тот же ток i_К, то его величина и напряжение u_КЭ могут быть найдены путем решения системы уравнений:

. (3.44)

Эта система уравнений может быть решена графически, путем нахождения точек пересечения нагрузочной линии с графиками выходных характеристик транзистора. Для определения параметров режима по постоянному току примем e_Г =0. Тогда значения постоянной составляющей тока коллектора I_К (0) и напряжения U_КЭ (0) определяются пересечением нагрузочной линии и статической характеристики транзистора, снятой при i_Б =I_Б (0), — см. рис. 3.31, точка А.

При подаче на вход каскада напряжения e_Г ток базы будет изменяться относительно I_Б (0) по синусоидальному закону с амплитудой

и рабочая точка будет перемещаться по нагрузочной линии между точками B и C. Соответственно будет изменяться ток коллектора с амплитудой I_Кm около значения I_К (0) и напряжение на коллекторе с амплитудой U_Кm около значения U_КЭ (0). При этом ток коллектора i_К будет находиться в фазе с током базы i_Б, а выходное напряжение u_КЭ в противо-фазе. ( Увеличению тока базы соответствует увеличение тока коллектора и уменьшение напряжения на коллекторе. См. рис. 3.31). Для определения входного напряжения u_БЭ необходимо воспользоваться входной характеристикой транзистора i=f(u_БЭ) при u_КЭ=U_К(0) рис.3.32. (Строго говоря, при больших U_Кm может потребоваться семейство входных характеристик, снятых при различных u_КЭ, но , как правило, влиянием u_КЭ на входной ток можно пренебречь). Постоянному току I_Б(0) соответствует постоянное напряжение U_Б(0). При изменении тока базы с амплитудой I_Бm входное напряжение изменяется с амплитудой U_Бm. Обратим внимание на то, что выходное напряжение в данном каскаде (ОЭ) противофазно входному. Графические расчеты могут выполняться и без учета введенных ранее ограничений.

Основными параметрами усилительного каскада являются:

— коэффициент усиления по напряжению;

— коэффициент усиления по току;

— коэффициент усиления по мощности;

— входное сопротивление;

— выходное сопротивление,

  г д е — выходное напряжение приR_Н 

— выходной ток при R_Н = 0;

-коэффициент полезного действия.

интегральная схема | Типы, использование и функции

Интегральная схема (ИС) , также называемая микроэлектронной схемой , микрочипом или микросхемой , сборка электронных компонентов, выполненная как единый блок, в котором миниатюрные активные устройства (например, транзисторы и диоды) и пассивные устройства (например, конденсаторы и резисторы) и их межсоединения построены на тонкой подложке из полупроводникового материала (обычно кремния).Таким образом, полученная схема представляет собой небольшую монолитную «микросхему», размер которой может составлять всего несколько квадратных сантиметров или всего несколько квадратных миллиметров. Отдельные компоненты схемы обычно имеют микроскопические размеры.

интегральная схема Типичная интегральная схема, изображенная на ногте. Чарльз Фалько / Фотоисследователи

Британская викторина

Гаджеты и технологии: факт или вымысел?

В цифровых фотоаппаратах используется пленка.

Интегральные схемы появились в результате изобретения транзистора в 1947 году Уильямом Б. Шокли и его командой из Bell Laboratories американской телефонной и телеграфной компании. Команда Шокли (включая Джона Бардина и Уолтера Х. Браттейна) обнаружила, что при определенных обстоятельствах электроны будут формировать барьер на поверхности определенных кристаллов, и они научились управлять потоком электричества через кристалл, манипулируя этим барьером.Управление потоком электронов через кристалл позволило команде создать устройство, которое могло бы выполнять определенные электрические операции, такие как усиление сигнала, которые ранее выполнялись с помощью электронных ламп. Они назвали это устройство транзистором от комбинации слов transfer и resistor . Изучение методов создания электронных устройств с использованием твердых материалов стало известно как твердотельная электроника. Твердотельные устройства оказались намного прочнее, с ними проще работать, они более надежны, намного меньше и дешевле электронных ламп.Используя те же принципы и материалы, инженеры вскоре научились создавать другие электрические компоненты, такие как резисторы и конденсаторы. Теперь, когда электрические устройства можно было сделать такими маленькими, самой большой частью цепи была неудобная проводка между устройствами.

транзистор Первый транзистор, изобретенный американскими физиками Джоном Бардином, Уолтером Х. Браттейном и Уильямом Б. Шокли. © Windell Oskay, www.evilmadscientist.com (CC BY 2.0)

В 1958 году Джек Килби из Texas Instruments, Inc.и Роберт Нойс из Fairchild Semiconductor Corporation независимо друг от друга придумали способ дальнейшего уменьшения размера схемы. Они прокладывали очень тонкие дорожки из металла (обычно алюминия или меди) непосредственно на том же куске материала, что и их устройства. Эти маленькие дорожки действовали как провода. С помощью этой техники вся схема может быть «интегрирована» на едином куске твердого материала и таким образом создана интегральная схема (ИС). ИС могут содержать сотни тысяч отдельных транзисторов на едином куске материала размером с горошину.Работать с таким количеством электронных ламп было бы нереально неудобно и дорого. Изобретение интегральной схемы сделало возможными технологии информационного века. В настоящее время ИС широко используются во всех сферах жизни, от автомобилей до тостеров и аттракционов.

Базовые типы ИС

Аналоговые или линейные схемы обычно используют только несколько компонентов и, таким образом, являются одними из самых простых типов ИС. Как правило, аналоговые схемы подключаются к устройствам, которые собирают сигналы из окружающей среды или отправляют сигналы обратно в окружающую среду.Например, микрофон преобразует колеблющиеся вокальные звуки в электрический сигнал переменного напряжения. Затем аналоговая схема модифицирует сигнал некоторым полезным способом — например, усиливает его или фильтрует нежелательный шум. Такой сигнал затем может быть возвращен в громкоговоритель, который будет воспроизводить тона, первоначально уловленные микрофоном. Другое типичное использование аналоговой схемы — управление каким-либо устройством в ответ на постоянные изменения в окружающей среде. Например, датчик температуры посылает изменяющийся сигнал на термостат, который можно запрограммировать на включение и выключение кондиционера, обогревателя или духовки, как только сигнал достигнет определенного значения.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской. Подпишитесь сегодня

Цифровая схема, с другой стороны, рассчитана на то, чтобы принимать только напряжения определенных заданных значений. Схема, которая использует только два состояния, называется двоичной схемой. При проектировании схемы с двоичными величинами «включено» и «выключено», представляющими 1 и 0 (то есть истина и ложь), используется логика булевой алгебры. (Арифметика также выполняется в двоичной системе счисления с использованием булевой алгебры.Эти базовые элементы объединены в конструкции ИС для цифровых компьютеров и связанных устройств для выполнения желаемых функций.

логическая схема Различные комбинации логических схем. Encyclopdia Britannica, Inc. .

PPT — Глава 5 Биполярные переходные транзисторы Презентация PowerPoint, скачать бесплатно

Глава 5 Биполярные переходные транзисторы Проектирование микроэлектронных схем Ричард К. Джагер Трэвис Н. Блэлок Проектирование микроэлектронных схем McGraw-Hill Глава 5-1

Глава

• Изучить физическую структуру биполярного транзистора • Понять действие биполярного транзистора и важность транспортировки носителей через базовую область • Изучить характеристики клемм BJT.• Изучите различия между транзисторами npn и pnp. • Разработайте транспортную модель биполярного устройства. • Определите четыре рабочих региона BJT. • Изучите упрощения модели для каждого рабочего региона. • Понять происхождение и моделирование раннего эффекта. • Присутствует модель SPICE для биполярного транзистора. • Приведите примеры наихудшего случая и анализа цепей смещения методом Монте-Карло. Конструкция микроэлектронной схемы McGraw-Hill Глава 5 — 2

Биполярный транзистор: физическая структура • Состоит из 3 чередующихся слоев полупроводника n- и p-типа, называемых эмиттером (E), базой (B) и коллектором (C) .• Большая часть тока входит в коллектор, пересекает базовую область и выходит через эмиттер. Небольшой ток также входит в клемму базы, пересекает переход база-эмиттер и выходит через эмиттер. • Транспорт носителей в активной области базы непосредственно под сильно легированным (n +) эмиттером доминирует над i-v характеристиками БЮТ. Конструкция микроэлектронной схемы McGraw-Hill Глава 5 — 3

Транспортная модель для npn-транзистора • Напряжение база-эмиттер vBE и напряжение база-коллектор vBC определяют токи в транзисторе и считаются положительными при прямом смещении. соответствующие pn переходы.• Ток на клеммах — это ток коллектора (iC), ток базы (iB) и ток эмиттера (iE). • Основное различие между BJT и FET заключается в том, что iB имеет значение, когда iG = 0. • Узкая ширина области основания вызывает соединение между двумя взаимно-обратными pn-переходами. • Эмиттер вводит электроны в базовую область, почти все они проходят через узкую базу и удаляются коллектором. Конструкция микроэлектронной схемы McGraw-Hill Глава 5 — 4

npn-транзистор: прямые характеристики Базовый ток задается прямым общим — усиление тока эмиттера. Ток эмиттера определяется как Прямой транспортный ток, IS — ток насыщения — это прямое усиление тока общей базы. В этой прямой активной рабочей области VT = kT / q = 0.025 В при комнатной температуре Конструкция микроэлектронной схемы McGraw-Hill Глава 5 — 5

npn-транзистор: обратные характеристики — обратное усиление по току с общим эмиттером Базовые токи в прямом и обратном режимах различаются из-за асимметричных уровней легирования в эмиттере и коллекторские регионы. Ток эмиттера определяется как Обратный транспортный ток равен обратному усилению тока с общей базой. Базовый ток задается Microelectronic Circuit Design McGraw-Hill Глава 5-6.

npn-транзистор: Полные уравнения транспортной модели для любого смещения Первый член в Выражения для тока эмиттера и коллектора дают ток, полностью переносимый через базовую область.Между напряжениями база-эмиттер и база-коллектор существует симметрия при установлении доминирующего тока в биполярном транзисторе. Проектирование микроэлектронных схем McGraw-Hill Глава 5 — 7

Расчеты транспортной модели: Пример Оценка выражений для оконечных токов, • Задача: Найдите оконечные напряжения и токи. • Приведенные данные: VBB = 0,75 В, VCC = 5,0 В, IS = 10–16 A, bF = 50, bR = 1 • Допущения: работа при комнатной температуре, VT = 25,0 мВ. • Анализ: VBE = 0.75 В, VBC = VBB — VCC = 0,75 В-5,00 В = -4,25 В Конструкция микроэлектронной схемы McGraw-Hill Глава 5-8

Транзистор pnp: структура • Напряжения vEB и vCB положительные, когда они смещают свои соответствующие pn переходы. • Клеммы выходного транзистора тока коллектора и тока базы, а ток эмиттера входит в устройство. Проектирование микроэлектронной схемы McGraw-Hill, Глава 5 — 9

Транзистор pnp: прямые характеристики Базовый ток определяется выражением Эмиттерный ток равен прямым транспортным током. Конструкция микроэлектронной схемы McGraw-Hill Chap 5-10

pnp-транзистор: обратные характеристики Базовый ток определяется значением эмиттерного тока, обратным транспортным током является Microelectronic Circuit Design McGraw-Hill Chap 5-11

pnp-транзистор: полное уравнение транспортной модели для любого смещения Первый член в обоих Выражения тока эмиттера и коллектора дают ток, полностью переносимый через базовую область.Между напряжениями база-эмиттер и база-коллектор существует симметрия при установлении доминирующего тока в биполярном транзисторе. Проектирование микроэлектронных схем McGraw-Hill Глава 5 — 12

Представления схем для транспортных моделей В npn-транзисторе (выражения аналогичны pnp-транзисторам) полный ток, проходящий через базу, моделируется источником тока, который определяется следующим образом: Диодные токи соответствуют напрямую к двум компонентам базового тока. Проектирование микроэлектронных схем McGraw-Hill, глава 5 — 13

Рабочие области биполярных транзисторов Двоичные логические состояния Проектирование микроэлектронных схем McGraw-Hill, глава 5 — 14

iv Характеристики биполярного выходного транзистора : общий эмиттер Характеристики При iB = 0 транзистор отсечен.Если iB> 0, iC также увеличивается. Для vCE> vBE транзистор npn находится в прямой активной области, iC = bFiB не зависит от vCE. При vCE

i-v Характеристики биполярного транзистора: Выходные характеристики с общей базой Для vCB> 0, npn-транзистор находится в прямой активной области, iC = iE не зависит от vCE.При vCB <0 диод база-коллектор становится смещенным в прямом направлении, а iC экспоненциально растет (в отрицательном направлении) по мере того, как диод база-коллектор начинает проводить. Конструкция микроэлектронной схемы McGraw-Hill Глава 5 - 16

i-v Характеристики биполярного транзистора: передаточная характеристика с общим эмиттером Определяет соотношение между током коллектора и напряжением база-эмиттер транзистора. Практически идентична передаточной характеристике диода с pn переходом Установка vBC = 0 в выражении для тока коллектора дает выражение для тока коллектора имеет ту же форму, что и уравнение диода Конструкция микроэлектронной схемы McGraw-Hill Глава 5 — 17

Упрощенная отсечка Модель региона Если предположить, что где -4kT / q = -0.1 В, тогда уравнения тока на клеммах транспортной модели упрощаются до В области отсечки оба перехода имеют обратное смещение, транзистор находится в выключенном состоянии vBE <0, vBC <0 Конструкция микроэлектронной схемы McGraw-Hill Глава 5 - 18

Упрощенная модель области отсечки (пример) • Проблема: оцените токи на клеммах с помощью упрощенной транспортной модели • Данные данные: IS = 10-16 A, aF = 0,95, aR = 0,25, VBE = 0 В, VBC = -5 В • Допущения: Допущения упрощенной транспортной модели • Анализ: Исходя из заданных напряжений, мы знаем, что транзистор находится в состоянии отсечки.Для практических целей все три тока по существу равны нулю. Конструкция микроэлектронной схемы МакГроу-Хилл Глава 5 — 19

Упрощенная прямая активная область Модель В прямой активной области переход эмиттер-база смещен в прямом направлении, а переход коллектор-база имеет обратное смещение. vBE> 0, vBC <0 Если мы предположим, что уравнения тока на терминале транспортной модели упрощаются до BJT, часто считается устройством, управляемым током, хотя фундаментальное поведение в прямом направлении предполагает источник тока, управляемый напряжением.Проектирование микроэлектронных схем McGraw-Hill Глава 5 - 20

Упрощенная модель прямой активной области (пример 1) • Проблема: оценить токи на клеммах и напряжение база-эмиттер • Данные данные: IS = 10-16 A, aF = 0,95, VBC = VB — VC = -5 В, IE = 100 мА • Допущения: предположения упрощенной транспортной модели, работа при комнатной температуре, VT = 25,0 мВ • Анализ: диод база-эмиттер с прямым смещением источника тока, VBE> 0, • VBC <0, мы знаем, что транзистор находится в прямой активной области.Проектирование микроэлектронных схем McGraw-Hill Глава 5 - 21

Упрощенная модель прямой активной области (пример 2) • Задача: оценить токи на клеммах, напряжение база-эмиттер и база-коллектор. • Приведенные данные: IS = 10-16 A, aF = 0,95, VC = +5 В, IB = 100 мА • Допущения: предположения упрощенной транспортной модели, работа при комнатной температуре, VT = 25,0 мВ • Анализ: источник тока вызывает базовый ток для прямого смещения диода база-эмиттер, VBE> 0, VBC <0, мы знаем, что транзистор находится в прямой активной области работы.Конструкция микроэлектронной схемы McGraw-Hill Глава 5 - 22

Упрощенная модель схемы для прямой активной области • Ток в диоде база-эмиттер усиливается коэффициентом усиления тока общего эмиттера bF и появляется на коллекторе; базовый и коллекторный токи экспоненциально связаны с напряжением база-эмиттер. • Диод база-эмиттер заменен моделью с постоянным падением напряжения (VBE = 0,7 В), поскольку он смещен в прямом направлении в активной области. • Напряжения постоянного тока базы и эмиттера отличаются на 0.Падение напряжения на диоде 7 В в прямой активной области. Разработка микроэлектронных схем McGraw-Hill Глава 5 — 23

Упрощенная модель прямой активной области (пример 3) • Проблема: найти точку Q • Данные данные: bF = 50, bR = 1 VBC = VB — VC = -9 В • Допущения: рабочая область в прямом направлении, VBE = 0,7 В • Анализ: Проектирование микроэлектронных схем McGraw-Hill, глава 5 — 24

Модель упрощенной области с обратной активной областью, в области с обратной активностью, основание- коллекторный диод смещен в прямом направлении, а диод база-эмиттер — в обратном направлении.Упрощенные уравнения: Проектирование микроэлектронных схем McGraw-Hill Глава 5 — 25

Модель упрощенной обратно-активной области • Проблема: найти Q-точку • Заданные данные: bF = 50, bR = 1 VBE = VB — VE = -9 В. Комбинация R и источника напряжения смещает в прямом направлении переход база-коллектор. • Допущения: обратная активная область работы, VBC = 0,7 В • Анализ: проектирование микроэлектронной схемы McGraw-Hill, глава 5 — 26

Модель упрощенной области насыщения • В области насыщения оба перехода имеют прямое смещение и транзистор работает с небольшим напряжением между коллектором и эмиттером.vCESAT — это напряжение насыщения для npn BJT. Упрощенная модель Никаких упрощенных выражений для оконечных токов, кроме iC + iB = iE, не существует. Проектирование микроэлектронных схем McGraw-Hill Глава 5 — 27

Неидеальное поведение биполярного транзистора: напряжение пробоя перехода • Если обратное напряжение на одном из двух pn-переходов транзистора слишком велико, соответствующий диод выйдет из строя. • Эмиттер — это наиболее легированная область, а коллектор — наиболее легированная область.• Из-за различий в легировании диод база-эмиттер имеет относительно низкое напряжение пробоя (от 3 до 10 В). Диод коллектор-база может быть спроектирован так, чтобы пробиваться при гораздо больших напряжениях. • Транзисторы следует выбирать в соответствии с возможными обратными напряжениями в цепи. Проектирование микроэлектронных схем МакГроу-Хилл Глава 5 — 28

Неидеальное поведение БЮТ: перенос неосновных носителей в основной области nbo — это равновесная концентрация электронов в базовой области p-типа. • Ток БЮТ, в котором преобладает диффузия неосновных носителей (электронов в npn-транзисторах и дырок в pnp-транзисторах) через базовую область.• Ток базы состоит из инжекции дырок обратно в эмиттер и коллектор и небольшого дополнительного тока для восполнения дырок, потерянных при рекомбинации с электронами в базе. • Концентрации неосновных носителей на двух концах базовой области составляют: Конструкция микроэлектронной схемы McGraw-Hill Глава 5 — 29

Транспорт второстепенных носителей в базовой области (продолжение) • Для устройств с узкой базой, плотность неосновных носителей линейно уменьшается по базе, и диффузионный ток в базе равен: NAB = концентрация легирования в базе ni2 = собственная концентрация носителей (1010 / см3) nbo = ni2 / NAB • Ток насыщения для pnp-транзистора составляет • Из-за более высокой подвижности электроны, чем дырки, транзистор npn проводит более высокий ток, чем pnp для данного набора приложенных напряжений.Проектирование микроэлектронных схем McGraw-Hill Глава 5 — 30

Неидеальное поведение BJT: базовое время прохождения • Время прямого прохождения — это постоянная времени, связанная с накоплением заряда неосновных носителей Q, необходимого для установления карьерного градиента в базовой области. • Базовое время прохождения устанавливает верхний предел полезной рабочей частоты транзистора. Конструкция микроэлектронной схемы McGraw-Hill Глава 5 — 31

Неидеальное поведение БЮТ: диффузионная емкость • Для изменения vBE и, следовательно, iC, заряд, хранящийся в базовой области, также должен измениться.• Диффузионная емкость параллельно с прямым смещением диода база-эмиттер моделирует изменение заряда с vBE. • Поскольку транспортный ток обычно представляет собой ток коллектора в прямой активной области, Microelectronic Circuit Design McGraw-Hill Глава 5 — 32

b-Частота отсечки, крутизна и время перехода • Прямое смещение диффузии и обратное смещение pn-переход Емкости BJT приводят к тому, что усиление тока зависит от частоты. • Частота единичного усиления — это частота, при которой текущее усиление равно единице fb = fT / bF — частота среза b • Крутизна определяется следующим образом: • Время прохождения определяется: Microelectronic Circuit Design McGraw-Hill Chap 5 — 33

Ранний эффект и раннее напряжение • По мере увеличения обратного смещения на переходе коллектор-база ширина обедненного слоя коллектор-база увеличивается, а ширина базы уменьшается (модуляция ширины базы).• В практическом BJT выходные характеристики имеют положительный наклон в прямой активной области; ток коллектора не зависит от vCE. • Ранний эффект: когда выходные характеристики экстраполируются обратно к нулевой точке iC, кривые пересекаются (приблизительно) в общей точке vCE = -VA, которая находится между 15 В и 150 В. (ВА называется начальным напряжением) • Упрощенные уравнения ( включая ранний эффект): Microelectronic Circuit Design McGraw-Hill Chap 5 — 34

BJT SPICE Model • Помимо емкостей, связанных с физической структурой, дополнительными компонентами являются: ток диода iS и емкость подложки CJS, связанная с большой площадью pn переход, который изолирует коллектор от подложки и один транзистор от следующего.• RB — это сопротивление между внешним контактом базы и внутренней базой. • Ток коллектора должен проходить через RC на пути к активной области перехода коллектор-база. • RE моделирует любое внешнее сопротивление эмиттера в устройстве. Конструкция микроэлектронной схемы McGraw-Hill Глава 5-35

Модель BJT SPICE Типичные значения Ток насыщения IS = 3×10-17 A Коэффициент усиления прямого тока BF = 100 Коэффициент усиления обратного тока BR = 0,5 Прямое напряжение ранней фазы VAF = 75 В Сопротивление базы RB = 250 Вт Сопротивление коллектора RC = 50 Вт Сопротивление эмиттера RE = 1 Вт Время прямого прохождения TT ​​= 0.15 нс Время обратного прохождения TR = 15 нс Конструкция микроэлектронной схемы McGraw-Hill Глава 5 — 36

Высокопроизводительные BJT • Современные BJT используют сочетание процессов изоляции неглубоких и глубоких траншей для уменьшения емкости устройств и времени прохождения. • Устройства имеют эмиттеры из поликремния, узкие основания или области основания SiGe. • SiGe-транзисторы имеют частоту отсечки> 100 ГГц. Конструкция микроэлектронной схемы Макгроу-Хилл Глава 5 — 37

Смещение для BJT • Цель смещения — установить известную точку Q, которая, в свою очередь, определяет начальную рабочую область транзистора.• Для BJT точка Q представлена ​​(IC, VCE) для транзистора npn или (IC, VEC) для транзистора pnp. • Точка Q контролирует значения диффузионной емкости, крутизны, входного и выходного сопротивлений. • Как правило, во время анализа схемы мы используем упрощенные математические соотношения, полученные для заданной рабочей области, и предполагается, что раннее напряжение бесконечно. • Две практические схемы смещения, используемые для BJT: • Схема смещения с четырьмя резисторами • Схема смещения с двумя резисторами Проектирование микроэлектронной схемы McGraw-Hill Глава 5 — 38

Схема смещения с четырьмя резисторами для BJT F.A. область правильная — точка Q равна (201 мА, 4,32 В) Проектирование микроэлектронной схемы McGraw-Hill Глава 5 — 39

Схема смещения четырех резисторов для BJT (продолжение) • Все расчетные токи> 0, VBC = VBE — VCE = 0,7 — 4,32 = — 3,62 В • Следовательно, переход база-коллектор имеет обратное смещение, и предположение о работе прямой активной области является правильным. • Линия нагрузки для схемы: Две точки, необходимые для построения линии нагрузки, — это (0, 12 В) и (314 мА, 0). Результирующая линия нагрузки наносится на выходные характеристики с общим эмиттером.IB = 2,7 мА, пересечение соответствующей характеристики с линией нагрузки дает Q-точку. Разработка микроэлектронных схем McGraw-Hill Глава 5 — 40

Схема смещения четырех резисторов для BJT: задачи проектирования • Мы знаем, что • Это означает, что IB << I2, так что I1 = I2. Таким образом, базовый ток не мешает работе делителя напряжения. Таким образом, точка Q не зависит от базового тока, а также от усиления по току. • Кроме того, VEQ разработан так, чтобы быть достаточно большим, чтобы небольшие изменения предполагаемого значения VBE не повлияли на IE.• Ток в сети делителя напряжения базы ограничивается выбором I2 ≤ IC / 5. Это гарантирует, что рассеиваемая мощность в резисторах смещения составляет <17% от общей мощности покоя, потребляемой схемой, и I2 >> IB для b> 50. Проектирование микроэлектронной схемы McGraw-Hill Глава 5 — 41

Четыре резистора сети смещения для BJT: Рекомендации по проектированию • Выберите эквивалентное базовое напряжение Тевенина • Выберите R1, чтобы установить I1 = 9IB. • Выберите R2, чтобы установить I2 = 10IB. • RE определяется VEQ и желаемой IC.• RC определяется желаемым VCE. Конструкция микроэлектронной схемы McGraw-Hill Глава 5 — 42

Схема смещения с четырьмя резисторами для BJT: пример • Проблема: спроектировать схему смещения с 4 резисторами с заданными параметрами. • Приведенные данные: IC = 750 мА, bF = 100, VCC = 15 В, VCE = 5 В • Допущения: активный рабочий диапазон в прямом направлении, VBE = 0,7 В • Анализ: разделите (VCC — VCE) поровну между RE и RC. Таким образом, VE = 5 В • и VC = 10 В. Проектирование микроэлектронной схемы McGraw-Hill Глава 5 — 43

Двухрезисторная схема смещения для BJT: Пример • Проблема: Найдите Q-точку для pnp-транзистора в 2- резисторная цепь смещения • с заданными параметрами.• Приведенные данные: bF = 50, VCC = 9 В • Предположения: область прямой активной работы, VEB = 0,7 В • Анализ: работа прямой активной области верна Точка Q: (6,01 мА, 2,88 В) Конструкция микроэлектронной схемы McGraw-Hill Глава 5 — 44

Допуски — Анализ наихудшего случая: Пример • Проблема: Найдите наихудшие значения IC и VCE. • Приведенные данные: bFO = 75 с допуском 50%, VA = 50 В, допуск 5% на VCC, допуск 10% для каждого резистора. • Анализ: Чтобы максимизировать IC, VEQ должен быть максимальным, RE должен быть минимизирован и наоборот, для минимизации IC.Крайние значения RE: 14,4 кВт и 17,6 кВт. Чтобы максимизировать VEQ, VCC и R1 должны быть максимизированы, R2 следует минимизировать и напротив, чтобы минимизировать VEQ. Конструкция микроэлектронной схемы McGraw-Hill Глава 5 — 45

Допуски — анализ наихудшего случая: пример (продолжение) Крайние значения VEQ: 4,78 В и 3,31 В. При использовании этих значений крайние значения для IC составляют: 283 мА и 148 мА. Чтобы максимизировать VCE, следует минимизировать IC и RC, и наоборот, для минимизации VEQ. Крайние значения VCE: 7,06 В (активная область вперед) и 0.471 В (насыщенный, следовательно, вычисленные значения для VCE и IC на самом деле неверны). Разработка микроэлектронных схем McGraw-Hill Глава 5 — 46

Допуски — анализ методом Монте-Карло • В реальных схемах маловероятно, что различные компоненты достигнут своих крайних значений одновременно, вместо этого они будут иметь некоторое статистическое распределение. Следовательно, анализ наихудшего случая переоценивает крайности поведения схемы. • В анализе Монте-Карло значения каждого параметра схемы выбираются случайным образом из возможных распределений параметров и используются для анализа схемы.• Генерируются случайные наборы параметров, а статистическое поведение схемы строится на основе анализа множества тестовых примеров. Проектирование микроэлектронных схем McGraw-Hill Глава 5 — 47

Допуски — Анализ Монте-Карло: Пример • Полные результаты анализа Монте-Карло 500 случаев цепи смещения с 4 резисторами дают средние значения 207 мА и 4,06 В для IC и VCE соответственно, которые близки к значениям, первоначально рассчитанным для номинальных элементов схемы. Стандартные отклонения 19.6 мА и 0,64 В соответственно. • Расчеты наихудшего случая выходят далеко за пределы крайних значений распределений Microelectronic Circuit Design McGraw-Hill Chap 5 — 48

.