Измерения параметров транзисторов
Simple circuit lets you characterize JFETs
жүктеу/скачать 2.61 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Измерение параметров полевых транзисторов
Simple circuit lets you characterize JFETshttp://www.edn.com/design/test-and-measurement/4370552/Simple-circuit-lets-you-characterize-JFETs When working with discrete JFETs, designers may need to accommodate a large variation in device parameters for a given transistor type. A square-law equation is usually used as an approximate model for the drain-current characteristic of the JFET: ID=β(VGS−VP)2, where ID is the drain current, VGS is the gate-to-source voltage, β is the transconductance parameter, and VP is the gate pinch-off voltage. With this approximation, the following equation yields the zero-bias drain current at a gate-to-source voltage of 0V: IDSS=βVP 2, where IDSS is the zero-bias drain current.  Figure 1 is a plot of this characteristic for N-channel JFETs showing the variation possible in a collection of devices. For example, the 2N4416A’s data sheet lists a pinch-off voltage of −2.5 to −6V, and the zero-bias drain current can range from 5 to 15 mA. You can observe the correlation between these two parameters across a sample of devices. The outer curves in the plot represent these extreme cases, and the center curve represents perhaps a typical case of a pinchoff voltage of −4V and a zero-bias drain current of 8 mA. Although you can design around a certain amount of device variation for a mass-produced circuit, you sometimes need a tool to quickly characterize an assortment of discrete devices. This tool allows you to select a device that will optimize one circuit or perhaps to find a pair of devices with parameters that match reasonably well. Figure 2 shows a simple test circuit for this purpose. Although the figure shows the JFET as an N-channel device, the JFET DUT (device under test) may be of either polarity, as selected by switch S1. An external voltmeter connects to the terminals on the right. Switch S2 selects two distinct measurement modes—one for the pinch-off voltage and another for the zero-bias drain current. In the pinch-off-voltage mode, the external voltmeter directly reads the pinch-off voltage; in the zero-bias-drain-current mode, the measured voltage is the zero-bias drain current across an apparent resistance of 100Ω.  With S2 in the pinch-off-voltage mode, R1 allows a few microamps of drain current to flow in the JFET under test, and the source voltage is a close approximation of the negative of the pinch-off voltage. The op amp acts as a unity-gain buffer, with negative feedback through R3, so you can directly read the negative of the pinch-off voltage with the external voltmeter. In the zero-bias-drain-current mode, however, the resistance from JFET source to ground is only 10Ω, so the drain current is a close approximation of the zero-bias drain current. The op amp’s feedback also switches to a gain-of-10 configuration, with the inclusion of R4 and R5 in the feedback-voltage divider. This gain allows the voltmeter to easily read the small voltage across R2, with the resulting reading being the zero-bias drain current times 100Ω. For example, if the voltmeter reads 1V, this voltage corresponds to a zero-bias drain current of 10 mA. For an N-channel device, both voltage readings are positive; for a P-channel device, the circuit functions in the same manner except that the voltage readings are negative. If you wire the test JFET to this circuit with test leads and clips, each with some parasitic series inductance, you may need to add C1 to suppress any tendency for high-frequency oscillation. R6 isolates the op-amp feedback loop from any parasitic capacitance in the voltmeter and its leads, preserving the loop stability. R7 protects against accidental shorts, and you can replace R4 and R5 with one 1.1-kΩ resistor. You are more likely to have on hand resistors with the values in the figure, however. By clipping in samples from a collection of JFETs and throwing a switch, you can very quickly find the two parameters that determine where each JFET’s characteristic falls in the range that Figure 1 illustrates and select devices to optimize circuit performance. Измерение параметров полевых транзисторовhttp://radiobooka.ru/izmeren/635-izmerenie-parametrov-polevyh-tranzistorov.html Прибор для проверки основных параметров маломощных полевых транзисторов выполнен на основе недорогих цифровых мультиметров, возможно, даже с неисправными переключателями пределов измерения. Это минимизировало затраты труда по монтажу и изготовлению конструкции. Цифровые показания несколько облегчают сравнение транзисторов и подбор пар для дифференциальных каскадов. Крутизну транзисторов определяют простейшим расчетом. По роду своей деятельности мне часто приходится ремонтировать контрольно-измерительную аппаратуру с полевыми транзисторами. Они применяются в модуляторах, входных каскадах усилителей в осциллографах и цифровых вольтметрах, коммутационных устройствах и пр. Например, в вольтметре В7-38 установлено около 30 транзисторов серии КП301. Эти транзисторы очень чувствительны к статическому электричеству, и малейшее несоблюдение технологии монтажа приводит к выходу их из строя. Большинство неисправностей приборов, которые связаны с выходом из строя полевых транзисторов, удается устранить простой заменой, но если транзисторы используют в дифференциальных или "симметричных" каскадах, их необходимо подобрать по основным параметрам.
Крутизна S полевого транзистора с управляющим р-n переходом зависит от напряжения затвор- исток U3и и имеет максимальное значение Smax при напряжении на затворе, равном нулю. Если измерены значения начального тока стока IСнач и напряжения отсечки U3иотс. крутизну можно приблизительно оценить по формулам: Smax = 2Iснач/Uзиотс S = √Iснач·Ic/Uзиотс где напряжение - в вольтах, ток - в миллиамперах, крутизна - в размерности мА/В [1]. Для транзисторов с изолированным затвором крутизну при токе стока Ic и напряжении Uзи можно рассчитать по формуле S = 2Ic/|Uзи - Uзиотс| где UЗИотс - напряжение отсечки либо пороговое напряжение (для транзисторов с индуцированным затвором). На основе макета этого устройства изготовлен прибор для оперативного измерения основных параметров полевых транзисторов и контроля их работоспособности. Технические характеристики Измеряемое напряжение на затворе, В ..............-12...+12 Разрешающая способность вольтметра, мВ................10 Измеряемый ток стока, мА . .-20... +20 Разрешающая способность миллиамперметра, мкА.........10 Погрешность измерения IСнач и Uзи, %, не более ...........1 Ток потребления прибора, мА, не более ..................60 
Рис. 2 В приборе есть защита проверяемого транзистора от повреждения. Схема измерителя изображена на рис. 2. Для изменения напряжения на затворе транзистора используется переменный резистор R2, подключенный к двухполярному источнику питания 2x12 В, что позволяет получить характеристику крутизны любого полевого транзистора малой мощности как с n-каналом, так и с р-каналом. Резистор R3 необходим для ограничения тока затвора. Полярность напряжения на стоке изменяют переключателем SB1. Для исключения перегрузки миллиамперметра использован ограничитель тока на транзисторе VT1 и резисторе R1. Ограничение возникает при токе 25 мА, поскольку максимальный измеряемый ток выбран равным 20 мА. Диодный мост VD1 обеспечивает действие ограничителя при любом направлении тока стока. Реле К1 и К2 предотвращают выход из строя измеряемого полевого транзистора от статического электричества: пока не нажата кнопка "Измерение" SB2, обмотка реле отключена, а контакты для подключения транзистора замкнуты между собой и на общий провод. При измерении кнопка нажата и через контакты реле транзистор подключен к измерительным цепям. Светодиод HL1 сигнализирует о том, что происходит процесс измерения. Главная часть устройства - миллиамперметр РА1 и вольтметр PV1 - собрана из готовых узлов мультиметров M890D. Основа этих мультиметров - широко известная микросхема ICL7106. Эти приборы выбраны из-за удобного большого корпуса, чтобы снизить трудозатраты при изготовлении измерителя параметров. Питание аналого-цифрового преобразователя (АЦП) мульти-метра - от двухполярного источника питания +5/-5 В, необходимого для микросхем АЦП и остальных частей устройства. Микросхема АЦП имеет такую возможность, если мультиметр доработать так, как показано на фрагменте схемы на рис. 3 (нумерация элементов условная). 
Рис. 3 В основном включении, используемом при батарейном питании, выводы 30,32 и 35 соединены вместе. При двух-полярном питании вывод 30 (низкоуровневая цепь АЦП) отключают от этой точки. В этом случае микросхема измеряет разность потенциалов между выводами 30 и 31, при этом вход АЦП отвязан от цепей питания. Единственное условие - напряжение в любой из измерительных цепей не должно превышать напряжения питания АЦП относительно общего провода. Такая доработка описана в [2]. При минимальных переделках микросхема обеспечивает измерение напряжения до 200 мВ без делителей. Для построения вольтметра с пределом 20 В, необходимого для измерения напряжения затвора, использован делитель 1:100, состоящий из резисторов R5 и R6. Для построения миллиамперметра с пределом измерения 20 мА служит резистор R7. При токе 20 мА на нем падает напряжение 200 мВ, которое и измеряет АЦП. Миллиамперметр установлен в цепь истока и измеряет ток транзистора. Такое решение продиктовано невозможностью измерять ток в цепи стока, потому что на измерительных выводах миллиамперметра может присутствовать напряжение, превышающее питающее для микросхемы АЦП. Вольтметр включен между затвором и истоком, поэтому через делитель R5R6 будет протекать ток с максимальным значением не более 12мкА, что будет вызывать ошибку в показаниях миллиамперметра в одну единицу младшего разряда, которая оказывается несущественной. Схема блока питания прибора изображена на рис. 4.
Для понижения сетевого напряжения до 12 В используется трансформатор Т1. Далее переменное напряжение выпрямляется диодным мостом VD1 и фильтруется конденсаторами С1, С2. Стабилизаторами двухполярного напряжения +12/-12В служат микросхемы DA1, DA2. Двухполярное напряжение +5/-5 В стабилизирует микросхемы DA3 и DA4. Стабилизаторы включены последовательно для уменьшения падения напряжения на стабилизаторах DA3 и DA4. Схема двухполярного источника питания может быть любой другой; возможно даже использовать автономное питание, например от батарей "Корунд". Для этого потребуется добавить преобразователь напряжения батареи в необходимое для питания остальных узлов измерителя. 
Рис. 5 Детали и конструкция. В приборе можно применить следующие детали. Резисторы R5-R7 - С2-29 или другие с допуском не более ±0,5 %, хотя номиналы могут отличаться от указанных на схеме; главное - стабильность сопротивления. Остальные резисторы - любые, например МЛТ0.125. Переменный резистор R2 - многооборотный, например, РП1-53 или предназначенный для прецизионной регулировки (по гру-боточной схеме) - СП5-35, СП5-40. Если найти такой не удастся, резисторы R2 и R3 можно заменить аналогом - узлом из двух переменных и двух постоянных резисторов, как это сделано в моей конструкции. Схема такого узла изображена на рис. 5. Резистором R1 напряжение устанавливают грубо, a R2 - точно. Светодиод можно заменить другими, например, из серий АЛ 102, АЛ307, КИПД, лучше красного цвета свечения. Диодные мосты - КЦ407 с любой буквой, вместо них можно применить отдельные кремниевые диоды с допустимым средним током не менее 200 мА в выпрямителе и 100 мА - в ограничителе тока. Для упрощения конструкции применены микросхемы интегральных стабилизаторов 7812, 7912, 7805 и 7905, отечественные аналоги которых - соответственно КР142ЕН8Б, КР1162ЕН12А, КР142ЕН5А и КР1162ЕН5А. Реле - РЭС60 (исполнение РС4.569.435-07) или аналогичные с двумя контактными группами на переключение. Сетевой трансформатор Т1 -любой, обеспечивающий выходные напряжения 2х 15 В и ток не менее 100 мА, его можно взять из сетевого адаптера мощностью не менее 6 Вт. Вторичную обмотку такого трансформатора перематывают для получения нужного двухполярного напряжения. Трансформатор и выпрямитель размещены в корпусе адаптера, а элементы стабилизатора расположены в корпусе прибора. Прибор соединяется с адаптером трехпроводным кабелем. Весь измеритель сооран в корпусе одного из мультиметров. При изготовлении прибора мультиметры были вскрыты и после удаления ненужных частей плат объединены в одном корпусе, как показано на рис. 6.
Лишние детали - резисторы делителя, переключатель и прочее - удаляют (поэтому поводом для изготовления такого прибора может быть неустранимый дефект переключателя подобного мультиметра). Оставляют только часть платы с микросхемой ICL7106, индикатором, элементами "обвязки" микросхемы и индикатора и кнопками включения, которые выполнят роль переключателей SB1, SB2. Печатные проводники, идущие к этим переключателям, должны быть обрезаны. Нижнюю крышку мультиметра обработке не подвергают, а верхнюю придется доработать. У одного прибора крышку спиливают так, чтобы осталась только часть с индикатором и кнопкой. У второго вырезают середину там, где находится переключатель пределов, и на это место вклеивают вырезанную часть конструкции первого прибора. При вырезании частей от верхних крышек сохраняют стойки, в которые ввинчивают винты-саморезы, скрепляющие верхнюю и нижнюю крышки. Сверху, около кнопки, крепят резистор, регулирующий напряжение на затворе. Снизу устанавливают разъем для подключения полевых транзисторов. В качестве разъема использована цанговая панель для микросхем. Середину панели вырезают, и ряд контактов склеивают. Выбор цанговой панели обусловлен высокой износостойкостью. В моей конструкции применена небольшая плата из фольгированного текстолита, на которой устанавливают панель, светодиод и реле. В свою очередь, плату двумя винтами крепят к лицевой панели. Лишние отверстия на лицевой панели заклеивают вырезанной по размеру пластиной из пластмассы или электрокартона, на которую приклеивают отпечатанную на принтере накладку, ее вид показан на рис. 7. 
Рис. 7 Большинство транзисторов имеют цилиндрический корпус с меткой-ключом для определения выводов. Контакты разъема для подключения полевых транзисторов соединяются между собой согласно назначению таким образом, чтобы у каждого типа транзисторов было свое место без необходимости уточнять цоко-левку. В предлагаемом варианте транзисторы устанавливают ключом вверх. Соединения отдельного вывода корпуса транзисторов с истоком, а второго затвора транзисторов серий КП306, КП350 - со стоком обеспечивают через разъем перемычками между соответствующими гнездами. Внешний вид готового прибора показан на рис. 8. 
Рис. 8 Перед первым включением прибора необходимо проверить значения выходных напряжений стабилизатора. Налаживание прибора заключается в настройке ограничителя тока и установке образцовых напряжений миллиамперметра и вольтметра. Для настройки ограничителя надо подключить образцовый миллиамперметр между контактами "С" и "И" разъема для подключения измеряемого транзистора, нажать на кнопку "Измерение" и подобрать резистор R1, добиваясь показаний 25...30 мА. Можно заранее подобрать транзистор по параметру ограничения тока, тогда резистор R1 заменяют перемычкой. Далее образцовый миллиамперметр последовательно с переменным резистором подсоединяют к этим же контактам, устанавливают ток 10 мА и резистором настройки образцового напряжения добиваются тех же показаний миллиамперметра прибора. Для настройки вольтметра образцовый вольтметр подключают к выводам "3" и "И", резистором прибора устанавливают напряжение затвора 10 В и резистором регулировки вольтметра прибора устанавливают те же показания. Ввиду того что полевые транзисторы могут выйти из строя из-за статического электричества, может быть рекомендована следующая методика работы с прибором. Перед подключением все выводы полевого транзистора следует замкнуть проволочной перемычкой между собой. На приборе устанавливают тип проводимости канала (п- или р-канал), кнопка "Измерение" отжата. Полевой транзистор подключают к своему гнезду, перемычку с выводов снимают, нажимают на кнопку "Измерение" и контролируют его параметры. После измерения отжать кнопку, замкнуть выводы транзистора между собой и вынуть транзистор из панельки. С помощью прибора легко диагностировать любой вид неисправности полевых транзисторов. Как показала практика, большинство неисправностей транзисторов сводится к большому току утечки затвора, пробою или обрыву канала либо внутреннему разрыву одного из выводов. Если при нажатии на кнопку "Измерение" напряжение на затворе уменьшится по сравнению с установленным, то имеет место утечка тока с затвора. Показания миллиамперметра не будут нулевыми при любом напряжении на затворе. Во всех других случаях невозможность измерить начальный ток стока и напряжение отсечки говорит о неисправности измеряемого полупроводникового прибора. ЛИТЕРАТУРА 1.Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. - М.: Мир, 1983. 2.Садченков Д. А. Современные цифровые мультиметры. - М.: СОЛОН-Р, 2001. Автор: В. Андрюшкевич, г. Тула Два испытателя транзисторов. http://elektronik.3dn.ru/load/54-1-0-678 Испытатель маломощных транзисторов.
Его принципиальная схема приведена на рисунке. Испытуемый транзистор подключается к зажимам ХТ1-ХТ5. Источник стабильного тока собран на VT1-VT2. SA2 - можно установить ток эмиттера 1мА или 5мА. SA1 - род работы измирения h21э или Iкэк. SA3 - выбор структуры транзистора n-p-n или p-n-p. Питание на прибор подается кнопочным переключателем только на время измерения параметров транзистора. В качестве индикатора используется микроамперметр на 50мкА, шкалу его необходимо немного переделать как показано на рисунке.
Испытывают мощные транзисторы при больших токах, в данном приборе выбранны 0,1А и 1А. Назначение переключателей показаны на схеме и в пояснении не нуждаются. Детали
Т1 - любой со вторичной обмоткой расчитанной на 6,3В переменного напряжения и токе нагрузке более 1 А. Так же как и в предыдущей схеме шкалу стрелочного индикатора необходимо немного переделат как как показано на рисунке.
Описана конструкция прибора для измерения кєффициента усиления мощных транзисторов. Несмотря на то, что народ массово кинулся в ламповое и микросхемное усестроение, а на "рассыпухе" - на половые :D транзисторы, все еще значительную долю занимают "рассыпные" УМЗЧ на биполярных "выхлопниках". Тем более, подобные аппараты постоянно попадаются для ремонта. Не вызывает сомнений постулат, что для минимизации искажений требуется попарный подбор комплементарных транзисторов по крайней мере по коэффициенту их усиления. Особую важность это приобретает для мощных (сценических) УМЗЧ, в которых используется по несколько запараллеленных "выхлопников". Если для подбора маломощных транзисторов достаточно "китайских" мультиметров с режимом "бетирования", то для мощных транзисторов (по крайней мере отечественных транзисторов старых разработок), проблема измерения коэффициента их усиления (h21e) осложняется еще и тем, что он существенно зависит от тока коллектора. Следовательно, измерять h21e приходится при по крайней мере двух значениях коллекторного тока. Общий вид "бетника" показан на рис.5. 
Как-то попались мне для ремонта несколько мощных УМЗЧ, на выходе которых в каждом плече стояло по 4...8 транзисторов КТ864/865. Покупать по несколько коробок с последующим отбором дома - выходило крайне накладно. Поэтому за день по-быстрому сваял "бетник" (конструкция которого и приводится), с помощью которого отобрал нужное количество согласованных транзисторов прямо на рынке. Схемотехника "бетника" (рис.1), в принципе, известная.  Он представляет собой микросхемный стабилизатор тока с выходным регулирующим транзистором, коллекторный ток которого и стабилизируется. Его h21e измеряется по току, поступающему в базу транзистора стрелочным измерительным прибором PA1, включенным в диагональ диодного моста, что исключает необходимость коммутации при испытании транзисторов разной структуры. Дополнительный умощняющий каскад на транзисторах VT1-VT2 нужен чтобы не перегружать выход ОУ при тестировании транзисторов с малыми значениями h21e при большом коллекторном токе. На схеме не показана кнопка, кратковременно подающая питание на всю схему, что позволяет экономить автономные источники питания и защищает измерительный прибор при проверке пробитых транзисторов, при неправильном их подключении или при неправильном выборе проводимости. Двухцветный светодиод VD1 индицирует, кроме наличия питания, и полярность тестируемого транзистора (красный - n-p-n, зеленый - p-n-p). Измерения проводятся при коллекторном токе 50 и 500 мА, выбираемых переключателем SA3. Измерения h21e проводятся в трех диапазонах, выбираемых переключателем SA2 с минимальными значениями 10, 30 и 100. Относительным недостатком является "обратная" и существенно неравномерная шкала измерительного прибора (рис.2).
Опорное напряжение для стабилизатора тока задается стабилитронами VD2-VD3, включенными встречно-последовательно. Их следует подобрать по одинаковому напряжению стабилизации. В принципе, оптимальным вариантом было бы использование двуханодного термокомпенсированного стабилитрона, но мне они на напряжение стабилизации менее 6,2 В как-то не попадались, а опорное напряжение желательно бы делать поменьше - тогда на испытуемом транзисторе падает бОльшая часть напряжения питания, что тоже важно для правильного измерения (например, h21e у КТ8101/8102 существенно падает при коллекторном напряжении мене 5 В). Переключение полярности напряжения, поступающего на формирователь опорного напряжения и испытуемый транзистор разных типов производится переключателем SA1. Номинал эмиттерного резистора R11, задающего коллекторный ток 50 мА, приходится подбирать в зависимости от полученного опорного напряжения (рис.3).
Номиналы резисторов измерительной части (рис.4) расчитаны для головки на ток 100 мкА сопротивлением 550 Ом. Для других головок их придется пересчитать.  Настройка производится при отключенном от генератора тока диодном мосте. При невозможности точного подбора номиналов низкоомных резисторов ставится ближайшего бОльшего номинала, параллельно которому - более высокоомный, чтобы получить нужное сопротивление. Питается он от любого сетевого адаптера на напряжение 12...15 В и ток до 500 мА, либо от комплекта батарей на то же напряжение. В оригинальном варианте сетевой трансформатор с выпрямителем и фильтрующим конденсатором встроен прямо в корпус прибора. Пользуюсь этим прибором уже более 4-х лет. "Полет - нормальный" :D . В архиве - схемы в формате sPlan betnik.rar [66,22 Kb] (cкачиваний: 102)
жүктеу/скачать 2.61 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|
