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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Misura dei parametri dei transistor ad effetto di campo. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Tecnologia di misurazione Il dispositivo per il controllo dei parametri principali dei transistori ad effetto di campo di bassa potenza si basa su multimetri digitali economici, eventualmente anche con finecorsa di misura difettosi. Ciò ha ridotto al minimo i costi di manodopera per l'installazione e la fabbricazione della struttura. Le letture digitali rendono un po' più semplice confrontare i transistor e selezionare le coppie per gli stadi differenziali. La pendenza dei transistor è determinata dal calcolo più semplice. Per la natura del mio lavoro, devo spesso riparare la strumentazione con transistor ad effetto di campo. Sono utilizzati in modulatori, stadi di ingresso di amplificatori in oscilloscopi e voltmetri digitali, dispositivi di commutazione, ecc. Ad esempio, nel voltmetro V7-38 sono installati circa 30 transistor della serie KP301. Questi transistor sono molto sensibili all'elettricità statica e la minima non conformità con la tecnologia di installazione porta al loro guasto. La maggior parte dei malfunzionamenti dei dispositivi associati al guasto dei transistor ad effetto di campo possono essere eliminati con una semplice sostituzione, ma se i transistor vengono utilizzati in cascate differenziali o "simmetriche", devono essere selezionati in base ai parametri principali.
I parametri principali dei transistor ad effetto di campo includono la corrente di drenaggio iniziale, la tensione di taglio e la pendenza. È possibile determinarli e, quindi, prendere una decisione sull'idoneità all'uso di un transistor ad effetto di campo, utilizzando un dispositivo il cui circuito è mostrato in Fig. 1. Modificando la tensione di gate e controllando la corrente di drain, è possibile scoprire tutti e tre i parametri di base. Per transistor a giunzione p-n o gate IGBT con canale integrato, la corrente di drain iniziale ISnat è la corrente di drain a tensione di gate zero. La tensione di taglio U3uots è la tensione di gate alla quale la corrente di drain raggiunge un valore prossimo allo zero. La pendenza della caratteristica è definita come il rapporto tra la variazione della corrente di drain ΔIC (mA) e la variazione di tensione tra il gate e la sorgente ΔUzi (V) che l'ha provocata: non difficile. La pendenza S di un transistore ad effetto di campo con giunzione p-n di controllo dipende dalla tensione di gate U3i ed ha un valore massimo Smax ad una tensione di gate zero. Se vengono misurati i valori della corrente di drain iniziale ISnach e della tensione di taglio U3uots. la pendenza può essere approssimativamente stimata dalle formule: Smax \u2d XNUMXIsnach / Uziots S = √Isnach Ic/Uziots dove la tensione è in volt, la corrente è in milliampere, la pendenza è in mA/V [1]. Per i transistor a gate isolato, la pendenza alla corrente di drain Ic e alla tensione Uzi può essere calcolata mediante la formula S = 2Ic/|Uzi - Uziots| dove UZIots - tensione di taglio o tensione di soglia (per transistor con gate indotto). Sulla base della disposizione di tale dispositivo è stato realizzato un dispositivo per la misura operativa dei principali parametri dei transistori ad effetto di campo e il monitoraggio delle loro prestazioni. caratteristiche tecniche Tensione di gate misurata, V ..............-12...+12
Il dispositivo ha la protezione del transistor testato da eventuali danni. Il circuito del contatore è mostrato in fig. 2. Per modificare la tensione di gate del transistor si utilizza un resistore variabile R2, collegato ad un alimentatore bipolare 2x12 V, che permette di ottenere la caratteristica della pendenza di un qualsiasi transistor ad effetto di campo di bassa potenza sia con n -canale e canale p. La resistenza R3 è necessaria per limitare la corrente di gate. La polarità della tensione sullo scarico viene modificata dall'interruttore SB1. Per evitare di sovraccaricare il milliamperometro, è stato utilizzato un limitatore di corrente sul transistor VT1 e sul resistore R1. La limitazione si verifica a 25 mA perché la corrente massima misurabile è impostata su 20 mA. Il ponte a diodi VD1 fornisce l'azione del limitatore in qualsiasi direzione della corrente di drenaggio. I relè K1 e K2 impediscono il guasto del transistor ad effetto di campo misurato dall'elettricità statica: fino a quando non viene premuto il pulsante "Misura" SB2, l'avvolgimento del relè viene disattivato e i contatti per il collegamento del transistor sono chiusi tra loro e ad un filo comune. Durante la misura si preme il pulsante e si collega il transistor ai circuiti di misura tramite i contatti del relè. Il LED HL1 indica che il processo di misurazione è in corso. La parte principale del dispositivo - milliamperometro RA1 e voltmetro PV1 - è assemblata da gruppi multimetro M890D già pronti. La base di questi multimetri è il noto chip ICL7106. Questi strumenti sono stati scelti per il loro comodo alloggiamento di grandi dimensioni per ridurre i costi di manodopera nella produzione del misuratore di parametri. L'alimentazione del convertitore analogico-digitale (ADC) del multimetro proviene da un alimentatore bipolare +5 / -5 V, necessario per i microcircuiti ADC e altre parti del dispositivo. Il chip ADC ha tale opportunità se il multimetro viene modificato come mostrato nel frammento di circuito in Fig. 3 (la numerazione degli elementi è condizionata).
Nell'interruttore principale utilizzato con alimentazione a batteria, i pin 30,32, 35 e 30 sono collegati tra loro. Con alimentazione bipolare, il pin 30 (il circuito ADC di basso livello) è scollegato da questo punto. In questo caso, il microcircuito misura la differenza di potenziale tra i pin 31 e 2, mentre l'ingresso dell'ADC è disaccoppiato dai circuiti di potenza. L'unica condizione è che la tensione in nessuno dei circuiti di misura non deve superare la tensione di alimentazione ADC relativa al filo comune. Tale raffinamento è descritto in [XNUMX]. Con alterazioni minime, il microcircuito fornisce misure di tensione fino a 200 mV senza divisori. Per costruire un voltmetro con limite di 20 V, necessario per misurare la tensione di gate, è stato utilizzato un partitore 1:100 costituito dai resistori R5 e R6. Per costruire un milliamperometro con un limite di misurazione di 20 mA, viene utilizzato il resistore R7. A una corrente di 20 mA, una tensione di 200 mV cade su di esso, che viene misurata dall'ADC. Un milliamperometro è installato nel circuito sorgente e misura la corrente del transistor. Questa decisione è dettata dall'impossibilità di misurare la corrente nel circuito di drain, perché ai terminali di misurazione del milliamperometro potrebbe esserci una tensione che supera la tensione di alimentazione per il chip ADC. Il voltmetro è collegato tra il gate e la sorgente, pertanto attraverso il divisore R5R6 scorrerà una corrente con un valore massimo non superiore a 12 μA, che causerà un errore nelle letture del milliamperometro di una cifra meno significativa, che risulta essere insignificante. Lo schema dell'alimentatore del dispositivo è mostrato in fig. quattro.
Per abbassare la tensione di rete a 12 V, viene utilizzato un trasformatore T1. Inoltre, la tensione alternata viene raddrizzata dal ponte a diodi VD1 e filtrata dai condensatori C1, C2. Gli stabilizzatori di tensione bipolari + 12 / -12V sono microcircuiti DA1, DA2. La tensione bipolare +5 / -5 V stabilizza i microcircuiti DA3 e DA4. Gli stabilizzatori sono collegati in serie per ridurre la caduta di tensione attraverso gli stabilizzatori DA3 e DA4. Lo schema di un alimentatore bipolare può essere qualsiasi altro; è anche possibile utilizzare l'alimentazione autonoma, ad esempio, dalle batterie Korund. Per fare ciò, dovrai aggiungere un convertitore di tensione della batteria a quello necessario per alimentare il resto dello strumento.
Dettagli e design. Le seguenti parti possono essere utilizzate nel dispositivo. Resistori R5-R7 - C2-29 o altri con tolleranza non superiore a ± 0,5%, anche se i calibri possono differire da quelli indicati nel diagramma; la cosa principale è la stabilità della resistenza. I restanti resistori sono qualsiasi, ad esempio MLT0.125. Resistenza variabile R2 - multigiro, ad esempio RP1-53 o progettata per una regolazione di precisione (secondo un circuito grossolano) - SP5-35, SP5-40. Se non riesci a trovarne uno, i resistori R2 e R3 possono essere sostituiti con un analogo: un nodo di due variabili e due resistori costanti, come avviene nel mio progetto. Il diagramma di tale nodo è mostrato in Fig. 5. Il resistore R1 imposta la tensione in modo grossolano e R2 con precisione. Il LED può essere sostituito da altri, ad esempio, della serie AL 102, AL307, KIPD, migliori del colore rosso del bagliore. Ponti a diodi - KTs407 con qualsiasi lettera, invece di loro, è possibile utilizzare diodi al silicio separati con una corrente media consentita di almeno 200 mA nel raddrizzatore e 100 mA nel limitatore di corrente. Per semplificare la progettazione, vengono utilizzati i microcircuiti degli stabilizzatori integrati 7812, 7912, 7805 e 7905, i cui analoghi domestici sono rispettivamente KR142EN8B, KR1162EN12A, KR142EN5A e KR1162EN5A. Relè - RES60 (versione RS4.569.435-07) o simile con due gruppi di contatti per la commutazione. Trasformatore di rete T1 - qualsiasi che fornisca tensioni di uscita di 2x 15 V e una corrente di almeno 100 mA, può essere prelevato da un adattatore di rete con una potenza di almeno 6 watt. L'avvolgimento secondario di un tale trasformatore viene riavvolto per ottenere la tensione bipolare desiderata. Il trasformatore e il raddrizzatore si trovano nella custodia dell'adattatore e gli elementi stabilizzatori si trovano nella custodia del dispositivo. Il dispositivo è collegato all'adattatore con un cavo a tre fili. L'intero contatore è assemblato nel caso di uno dei multimetri. Durante la fabbricazione del dispositivo, i multimetri sono stati aperti e, dopo aver rimosso le parti non necessarie delle schede, sono stati combinati in un caso, come mostrato in Fig. 6.
Le parti extra - resistori divisori, un interruttore, ecc. - vengono rimosse (quindi, il motivo della fabbricazione di un tale dispositivo potrebbe essere un difetto fatale nell'interruttore di un tale multimetro). Lasciano solo una parte della scheda con il chip ICL7106, l'indicatore, gli elementi "strapping" del chip e dell'indicatore e i pulsanti di alimentazione che fungeranno da interruttori SB1, SB2. I conduttori stampati che portano a questi interruttori devono essere tagliati. Il coperchio inferiore del multimetro non è sottoposto a lavorazione e la parte superiore dovrà essere finalizzata. Per un dispositivo, il coperchio viene tagliato in modo che rimanga solo la parte con l'indicatore e il pulsante. Al secondo, il centro viene ritagliato dove si trova il finecorsa e la parte ritagliata del design del primo dispositivo viene incollata in questo punto. Quando si tagliano le parti dai coperchi superiori, vengono mantenuti i rack, in cui sono avvitate le viti autofilettanti, fissando i coperchi superiore e inferiore. Sopra, vicino al pulsante, è attaccata una resistenza che regola la tensione al gate. Dal basso è installato un connettore per il collegamento di transistor ad effetto di campo. Come connettore è stato utilizzato un pannello a pinza per microcircuiti. La parte centrale del pannello è ritagliata e una serie di contatti sono incollati insieme. La scelta di un pannello pinza è dovuta alla sua elevata resistenza all'usura. Nel mio progetto è stata utilizzata una piccola scheda in lamina di textolite, sulla quale sono installati un pannello, un LED e un relè. A sua volta, la scheda è fissata al pannello frontale con due viti. I fori extra sul pannello frontale sono sigillati con una lastra di plastica o cartone elettrico tagliata su misura, su cui è incollato il rivestimento stampato sulla stampante, il suo aspetto è mostrato in Fig. 7.
La maggior parte dei transistor ha un corpo cilindrico con un'etichetta chiave per identificare i pin. I contatti del connettore per il collegamento dei transistori ad effetto di campo sono interconnessi a seconda della loro funzione in modo tale che ogni tipo di transistor abbia una propria posizione senza la necessità di specificare la piedinatura. Nella versione proposta, i transistor sono installati con chiave alzata. I collegamenti di un'uscita separata dell'alloggiamento del transistor con la sorgente e la seconda porta dei transistor della serie KP306, KP350 con lo scarico sono forniti attraverso il connettore con ponticelli tra le prese corrispondenti. L'aspetto del dispositivo finito è mostrato in Fig. otto.
Prima di accendere il dispositivo per la prima volta, è necessario verificare i valori della tensione di uscita dello stabilizzatore. L'impostazione del dispositivo consiste nell'impostazione del limitatore di corrente e nell'impostazione delle tensioni esemplari del milliamperometro e del voltmetro. Per impostare il limitatore è necessario collegare un milliamperometro esemplare tra i contatti "C" e "I" del connettore per il collegamento del transistor misurato, premere il pulsante "Misura" e selezionare il resistore R1, ottenendo letture di 25 ... 30 mA. È possibile preselezionare il transistor in base al parametro di limitazione della corrente, quindi il resistore R1 viene sostituito con un ponticello. Successivamente, un milliamperometro esemplare viene collegato in serie con un resistore variabile agli stessi contatti, viene impostata una corrente di 10 mA e il resistore di impostazione della tensione esemplare raggiunge le stesse letture del milliamperometro del dispositivo. Per regolare il voltmetro, un voltmetro esemplare è collegato ai terminali "3" e "AND", la tensione di gate è impostata su 10 V con il resistore del dispositivo e le stesse letture sono impostate con il resistore di regolazione del voltmetro del dispositivo. A causa del fatto che i FET possono essere danneggiati dall'elettricità statica, può essere raccomandata la seguente procedura per il funzionamento dello strumento. Prima del collegamento, tutte le uscite del transistor ad effetto di campo devono essere chiuse con un ponticello tra loro. Il tipo di conducibilità del canale è impostato sul dispositivo (canale n o p), viene premuto il pulsante "Misura". Il transistor ad effetto di campo viene collegato alla sua presa, il ponticello viene rimosso dai terminali, viene premuto il pulsante "Misura" e vengono controllati i suoi parametri. Dopo la misurazione, premere il pulsante, chiudere i cavi del transistor tra loro e rimuovere il transistor dalla presa. Con l'aiuto del dispositivo è facile diagnosticare qualsiasi tipo di malfunzionamento dei transistor ad effetto di campo. Come dimostrato dalla pratica, la maggior parte dei malfunzionamenti dei transistor si riduce a una grande corrente di dispersione del gate, a un guasto oa un canale aperto oa un'interruzione interna in uno dei terminali. Se, quando si preme il pulsante "Misura", la tensione al cancello diminuisce rispetto al valore impostato, si verifica una dispersione di corrente dal cancello. La lettura del milliamperometro non sarà zero a nessuna tensione di gate. In tutti gli altri casi, l'impossibilità di misurare la corrente di assorbimento iniziale e la tensione di interruzione indica un malfunzionamento del dispositivo a semiconduttore misurato. Letteratura
Autore: V. Andryushkevich, Tula; Pubblicazione: radioradar.net
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