Как проверить транзистор

Проверку транзисторов приходится делать достаточно часто. Даже если у Вас в руках заведомо новый, не паяный ни разу транзистор, то перед установкой в схему лучше все-таки его проверить. Нередки случаи, когда купленные на радиорынке транзисторы, оказывались негодными, и даже не один единственный экземпляр, а целая партия штук на 50 — 100. Чаще всего это происходит с мощными транзисторами отечественного производства, реже с импортными.

Иногда в описаниях конструкции приводятся некоторые требования к транзисторам, например, рекомендуемый коэффициент передачи. Для этих целей существуют различные испытатели транзисторов, достаточно сложной конструкции и измеряющие почти все параметры, которые приводятся в справочниках. Но чаще приходится проверять транзисторы по принципу «годен, не годен». Именно о таких методах проверки и пойдет речь в данной статье.

Часто в домашней лаборатории под рукой оказываются транзисторы, бывшие в употреблении, добытые когда-то из каких-то старых плат. В этом случае необходим стопроцентный «входной контроль»: намного проще сразу определить негодный транзистор, чем потом искать его в неработающей конструкции.

Хотя многие авторы современных книг и статей настоятельно не рекомендуют использовать детали неизвестного происхождения, достаточно часто эту рекомендацию приходится нарушать. Ведь не всегда же есть возможность пойти в магазин и купить нужную деталь. В связи с подобными обстоятельствами и приходится проверять каждый транзистор, резистор, конденсатор или диод. Далее речь пойдет в основном о проверке транзисторов.

Проверку транзисторов в любительских условиях обычно проводят цифровым мультиметром или старым аналоговым авометром.

Проверка транзисторов мультиметром

Большинству современных радиолюбителей знаком универсальный прибор под названием мультиметр. С его помощью возможно измерение постоянных и переменных напряжений и токов, а также сопротивления проводников постоянному току. Один из пределов измерения сопротивлений предназначен для «прозвонки» полупроводников. Как правило, около переключателя в этом положении нарисован символ диода и звучащего динамика.

Перед тем, как производить проверку транзисторов или диодов, следует убедиться в исправности самого прибора. Прежде всего, посмотреть на индикатор заряда батареи, если требуется, то батарею сразу заменить. При включении мультиметра в режим «прозвонки» полупроводников на экране индикатора должна появиться единица в старшем разряде.

Затем проверить исправность щупов прибора, для чего соединить их вместе: на индикаторе высветятся нули, и раздастся звуковой сигнал. Это не напрасное предупреждение, поскольку обрыв проводов в китайских щупах явление довольно распространенное, и об этом забывать не следует.

У радиолюбителей и профессиональных инженеров – электронщиков старшего поколения такой жест (проверка щупов) выполняется машинально, ведь при пользовании стрелочным тестером при каждом переключении в режим измерения сопротивлений приходилось устанавливать стрелку на нулевое деление шкалы.

После того, как указанные проверки произведены, можно приступить к проверке полупроводников, — диодов и транзисторов. Следует обратить внимание на полярность напряжения на щупах. Отрицательный полюс находится на гнезде с надписью «COM» (общий), на гнезде с надписью VΩmA положительный. Чтобы в процессе измерения об этом не забывать, в это гнездо следует вставить щуп красного цвета.

Рисунок 1. Мультиметр

Это замечание не настолько праздное, как может показаться на первый взгляд. Дело в том, что у стрелочных авометров (АмперВольтОмметр) в режиме измерения сопротивлений положительный полюс измерительного напряжения находится на гнезде с маркировкой «минус» или «общий», ну с точностью до наоборот, по сравнению с цифровым мультиметром. Хотя в настоящее время больше используются цифровые мультиметры, стрелочные тестеры применяются до сих пор и в ряде случаев позволяют получить более достоверные результаты. Об этом будет рассказано чуть ниже.

Рисунок 2. Стрелочный авометр

Что показывает мультиметр в режиме «прозвонки»

Проверка диодов

Наиболее простым полупроводниковым элементом является диод, который содержит всего один P-N переход. Основным свойством диода является односторонняя проводимость. Поэтому если положительный полюс мультиметра (красный щуп) подключить к аноду диода, то на индикаторе появятся цифры, показывающие прямое напряжение на P-N переходе в милливольтах.

Для кремниевых диодов это будет порядка 650 — 800 мВ, а для германиевых порядка 180 — 300, как показано на рисунках 4 и 5. Таким образом, по показаниям прибора можно определить полупроводниковый материал, из которого сделан диод. Следует заметить, что эти цифры зависят не только от конкретного диода или транзистора, но еще от температуры, при увеличении которой на 1 градус прямое напряжение падает приблизительно на 2 милливольта. Этот параметр называется температурным коэффициентом напряжения.

Если после этой проверки щупы мультиметра подключить в обратной полярности, то на индикаторе прибора покажется единица в старшем разряде. Такие результаты будут в том случае, если диод оказался исправный. Вот собственно и вся методика проверки полупроводников: в прямом направлении сопротивление незначительно, а в обратном практически бесконечно.

Если же диод «пробит» (анод и катод замкнуты накоротко), то скорей всего раздастся звуковой сигнал, причем в обоих направлениях. В случае, если диод «в обрыве», как ни меняй полярность подключения щупов, на индикаторе, так и будет светиться единица.

Проверка транзисторов

В отличие от диодов транзисторы имеют два P-N перехода, и имеют структуры P-N-P и N-P-N, причем последние встречаются гораздо чаще. В плане проверки с помощью мультиметра транзистор можно рассматривать, как два диода включенных встречно — последовательно, как показано на рисунке 6. Поэтому проверка транзисторов сводится к «прозвонке» переходов база – коллектор и база – эмиттер в прямом и обратном направлении.

Следовательно, все что было сказано чуть выше о проверке диода, полностью справедливо и для исследования переходов транзистора. Даже показания мультиметра будут такие же, как и для диода.

На рисунке 7 показана полярность включения прибора в прямом направлении для «прозвонки» перехода база — эмиттер транзисторов структуры N-P-N: плюсовой щуп мультиметра подключен к выводу базы. Для измерения перехода база – коллектор минусовой вывод прибора следует подключить к выводу коллектора. В данном случае цифра на табло получена при прозвонке перехода база – эмиттер транзистора КТ3102А.

Если транзистор окажется структуры P-N-P, то к базе транзистора следует подключить минусовой (черный) щуп прибора.

Попутно с этим следует «прозвонить» участок коллектор – эмиттер. У исправного транзистора его сопротивление практически бесконечно, что символизирует единица в старшем разряде индикатора.

Иногда бывает, что переход коллектор – эмиттер пробит, о чем свидетельствует звуковой сигнал мультиметра, хотя переходы база – эмиттер и база — коллектор «звонятся» как будто нормально!

Проверка транзисторов авометром

Производится также, как и цифровым мультиметром, при этом не следует забывать, что полярность в режиме омметра обратная по сравнению с режимом измерения постоянного напряжения. Чтобы это не забывать в процессе измерений следует красный щуп прибора включать в гнездо со знаком «-», как было показано на рисунке 2.

Авометры, в отличие от цифровых мультиметров, не имеют режима «прозвонки» полупроводников, поэтому в этом плане их показания заметно различаются в зависимости от конкретной модели. Тут уже приходится ориентироваться на собственный опыт, накопленный в процессе работы с прибором. На рисунке 8 показаны результаты измерений с помощью тестера ТЛ4-М.

На рисунке показано, что измерения проводятся на пределе *1Ω. В этом случае лучше ориентироваться на показания не по шкале для измерения сопротивлений, а по верхней равномерной шкале. Видно, что стрелка находится в районе цифры 4. Если измерения производить на пределе *1000Ω, то стрелка окажется между цифрами 8 и 9.

По сравнению с цифровым мультиметром авометр позволяет более точно определить сопротивление участка база – эмиттер, если этот участок зашунтирован низкоомным резистором (R2_32), как показано на рисунке 9. Это фрагмент схемы выходного каскада усилителя фирмы ALTO.

Все попытки измерить сопротивление участка база – эмиттер с помощью мультиметра приводят к звучанию динамика (короткое замыкание), поскольку сопротивление 22Ω воспринимается мультиметром как КЗ. Аналоговый же тестер на пределе измерений *1Ω показывает некоторую разницу при измерении перехода база – эмиттер в обратном направлении.

Еще один приятный нюанс при пользовании стрелочным тестером можно обнаружить, если проводить измерения на пределе *1000Ω. При подключении щупов, естественно с соблюдением полярности (для транзистора структуры N-P-N плюсовой вывод прибора на коллекторе, минус на эмиттере), стрелка прибора с места не двинется, оставаясь на отметке шкалы бесконечность.

Если теперь послюнить указательный палец, как будто для проверки нагрева утюга, и замкнуть этим пальцем выводы базы и коллектора, то стрелка прибора сдвинется с места, указывая на уменьшение сопротивления участка эмиттер — коллектор (транзистор чуть приоткроется). В ряде случаев этот прием позволяет проверить транзистор без выпаивания его из схемы.

Наиболее эффективен указанный метод при проверке составных транзисторов, например КТ 972, КТ973 и т.п. Не следует только забывать, что составные транзисторы часто имеют защитные диоды, включенные параллельно переходу коллектор – эмиттер, причем в обратной полярности. Если транзистор структуры N-P-N, то к его коллектору подключен катод защитного диода. К таким транзисторам можно подключать индуктивную нагрузку, например, обмотки реле. Внутреннее устройство составного транзистора показано на рисунке 10.

Но более достоверные результаты об исправности транзистора можно получить с использованием специального пробника для проверки транзисторов, про который смотрите здесь: Пробник для проверки транзисторов.

Проверка биполярного транзистора мультиметром

Работоспособность радиотехнических схем во многом зависит от правильно произведенной сборки, а также проверочных действий над ее элементами. У многих радиолюбителей самостоятельно собирать схемы часто возникает вопрос: как проверить транзистор мультиметром, особенно когда он уже установлен и идет настройка работоспособности собранного устройства? Для того чтобы настраивать радиотехнические схемы, надо понимать, что такое транзистор и как он работает. Рассмотрим вопросы тестирования схемы и проверки транзисторов.

Типы транзисторов

Проверка транзистора для специалиста начинается с определения элемента по его типу, это действие выполняется в случае ремонтных работ, а также в процессе проверки приобретенных схем на работоспособность.

Полупроводниковый триод, который сделан из материала с полупроводимыми свойствами, имеющий три вывода, когда он может от незначительного входного сигнала управлять в схеме большим током на выходе цепи, называется ТРАНЗИСТОРОМ. Его применяют в устройствах генерации энергии, в коммутирующих схемах, в усилительных приборах для усиления электрических сигналов, а также их преобразования.

В радиотехнике различают два типа часто встречающихся транзисторов — полевые и биполярные радиотехнические элементы.

Биполярные транзисторы характеризуются созданием величины электротока на выходе электронами и дырками, иными словами, обоими носителями знаков. Полевые варианты используют для формирования тока на выходе устройства только один носитель. С помощью прозвонки на мультиметре можно проверить работоспособность биполярного элемента, который имеет три вывода и два p-n перехода. Работа этого элемента в схеме предусматривает применение зарядов электронов и дырок, через управляющий ток происходит управление протекающим через транзистор током. Биполярный транзистор имеет полупроводниковые слои N-P-N и P-N-P и два p-n перехода, соединяются слои при помощи контактов: средний слой — это база, два крайних слоя — это эмиттер и коллектор. В радиотехнике вывод со стрелкой в элементе на схеме обозначает эмиттер и направление протекающего тока.

Разные по типу транзисторы имеют разные функции носителей зарядов, чаще встречаются N-P-N типы, которые имеют лучшие характеристики и параметры. Из-за подвижности электроны играют в элементах «первую роль», улучшается работа устройства и с увеличением площади коллекторного перехода.

Как проверить транзистор мультиметром

Специалисты предлагают пошаговые действия, как проверить работоспособность радиотехнического элемента:

определяем по стрелке эмиттера структуру полупроводникового прибора;
если стрелка показывает в сторону базы, переход — P-N-P;
когда стрелка направлена от базы прибора — N-P-N проводимость.

Различные типы по проводимости:

После определения проводимости элемента схемы выполняем последовательно следующие действия:

измеряем наличие обратного сопротивления — щуп мультиметра (+) прикладываем к контакту базы;
проверяем переход на эмиттере — щуп прибора (-) прикладываем к контакту эмиттера.

Результатом этих манипуляций будет значение = 1, когда элемент работоспособный, затем проверяем прямое сопротивление:

щуп мультиметра (-) переносим от эмиттера на базу;
положительный щуп (+) по очереди прикладываем к коллектору и эмиттеру.

В рабочем транзисторе мультиметр при этих манипуляциях должен показывать сопротивление от 500 до 1000 Ом, что говорит о целостности компонента.

Проверка мультиметром транзистора:

Когда возникает вопрос, как мультиметром проверить транзистор, специалисты предлагают радиолюбителям определять базу, так как часто именно с ней происходят трудности в определении. Для этого необходимо выполнить следующие действия:

черный (-) щуп подключаем к первому контакту, а плюсовой — ко второму;
затем измеряем — черный на первом контакте (+) на третий контакт;
когда напряжение на дисплее падает, это означает, что определена пара «эмиттер – база» или «коллектор – база»;
следующим шагом определяем вторую пару, а общий контакт и есть база.

Как можно убедиться в работоспособности транзистора в схеме?

Каждый раз проверять работу элементов, применяя выпаивание их из схемы, сложно, в некоторых случаях это трудно сделать, по этой причине специалисты рекомендуют использовать пробник, который поможет проверить исправность транзистора.

Схема пробника (R1=20 кОм, C1= 20 мкФ, Д2-Д7 –ж):

Данный прибор является блокинг-генератором, проверка npn транзистора — это выполнение им задания активного устройства, индикаторы в сложной схеме показывают, пробит полупроводниковый прибор или нет. Есть много решений по изготовлению пробников, их варианты хорошо представлены в сети. Чтобы прозвонить триод, пошагово надо произвести следующие действия:

Проверяем работу пробника на исправном транзисторе, должна быть генерация, затем продолжаем тестировать пробник. Если генерации нет, надо поменять выводы обмоток местами.
Обращаем внимание на Л1, лампу, работающую на размыкание щупов, она должна гореть, если лампа не реагирует, пробуем поменять местами выводы на обмотках трансформатора.
Когда пробник проверен, начинаем работу со схемой — проверяем pnp транзистор в схеме, не выпаивая на плате, подключаем к выводам пробник, а переключатель переходов устанавливаем в один из режимов — P-N-P или N-P-N, включаем питание.

Когда Л1 горит, это означает, что элемент работоспособный, если загорается Л2, то это свидетельство о какой-то неисправности, возможно, пробит один из переходов. Если не горит ни Л1, ни Л2, это означает, что полупроводниковый прибор не работает.

Когда нет возможности проверить транзистор мультиметром, не стоит отчаиваться, есть пробники, не требующие предварительной наладки, у них более простая схема — это обыкновенная батарейка и лампочка, можно использовать светодиод. Когда попеременным касанием контактов транзистора щупами простого устройства определяется пара, в которой загорается светодиод, а в другом варианте нет — элемент радиотехники (транзистор) рабочий. Этот способ прозванивать схему рекомендуется на платах, где нет силовой величины тока. Можно выполнить проверку тестером.

По какой причине не работает транзистор

Наиболее вероятные причины, по мнению специалистов, выхода из строя триода в схеме следующие:

когда пропадает (обрывается) один из переходов;
пробой перехода;
пробой на одном из участков эмиттера или коллектора;
потеря мощности полупроводниковым прибором в работе;
визуальные повреждения выводов транзистора.

Признаки, по которым можно определить визуально поломку триода в схеме: потемнение или изменение первоначального цвета полупроводникового прибора, изменение его формы «выпуклость», наличие черного пятна.

Каким образом проверяется составной транзистор

Устройством Дарлингтона называется составной транзистор, который может в своей схеме объединять несколько биполярных полупроводниковых приборов, что позволяет в схеме решать такие задачи, как двукратное или большее увеличение по току. Обычно составные транзисторы применяются в схемах, в которых протекает большой ток: стабилизаторы, мощностные усилители. В этих устройствах нужен высокий уровень входного импеданса, иными словами, комплексного сопротивления в полном объеме. Проверить составной транзистор можно таким же образом, как и N-P-N элемент — прибором мультиметр, как обычный биполярный прибор.

Вывод

Прежде чем разбираться в вопросе, как проверить исправность работы триода, надо, по мнению специалистов, понимать, как он устроен и как должен работать. Следующим шагом рекомендуется ответственно подойти к выбору методики проверки работоспособности транзистора мультиметром. Кроме определения неисправного элемента в схеме надо понимать причину появления этой неисправности, мало заменить транзистор, надо искоренить причину, которая привела его в неработающее состояние.

Как проверить различные типы транзисторов мультиметром?

Полупроводниковые элементы используются практически во всех электронных схемах. Те, кто называют их наиболее важными и самыми распространенными радиодеталями абсолютно правы. Но любые компоненты не вечны, перегрузка по напряжению и току, нарушение температурного режима и другие факторы могут вывести их из строя. Расскажем (не перегружая теорией), как проверить работоспособность различных типов транзисторов (npn, pnp, полярных и составных) пользуясь тестером или мультиметром.

С чего начать?

Прежде, чем проверить мультиметром любой элемент на исправность, будь то транзистор, тиристор, конденсатор или резистор, необходимо определить его тип и характеристики. Сделать это можно по маркировке. Узнав ее, не составит труда найти техническое описание (даташит) на тематических сайтах. С его помощью мы узнаем тип, цоколевку, основные характеристики и другую полезную информацию, включая аналоги для замены.

Например, в телевизоре перестала работать развертка. Подозрение вызывает строчный транзистор с маркировкой D2499 (кстати, довольно распространенный случай). Найдя в интернете спецификацию (ее фрагмент показан на рисунке 2), мы получаем всю необходимую для тестирования информацию.

Рисунок 2. Фрагмент спецификации на 2SD2499

Большая вероятность, что найденный даташит будет на английском, ничего страшного, технический текст легко воспринимается даже без знания языка.

Определив тип и цоколевку, выпаиваем деталь и приступаем к проверке. Ниже приведены инструкции, с помощью которых мы будем тестировать наиболее распространенные полупроводниковые элементы.

Проверка биполярного транзистора мультиметром

Это наиболее распространенный компонент, например серии КТ315, КТ361 и т.д.

С тестированием данного типа проблем не возникнет, достаточно представить pn переход в как диод. Тогда структуры pnp и npn будут иметь вид двух встречно или обратно подключенных диодов со средней точкой (см. рис.3).

Рисунок 3. «Диодные аналоги» переходов pnp и npn

Присоединяем к мультиметру щупы, черный к «СОМ» (это будет минус), а красный к гнезду «VΩmA» (плюс). Включаем тестирующее устройство, переводим его в режим прозвонки или измерения сопротивления (достаточно установить предел 2кОм), и приступаем к тестированию. Начнем с pnp проводимости:

Присоединяем черный щуп к выводу «Б», а красный (от гнезда «VΩmA») к ножке «Э». Смотрим на показания мультиметра, он должен отобразить величину сопротивления перехода. Нормальным считается диапазон от 0,6 кОм до 1,3 кОм.
Таким же образом проводим измерения между выводами «Б» и «К». Показания должны быть в том же диапазоне.

Если при первом и/или втором измерении мультиметр отобразит минимальное сопротивление, значит в переходе(ах) пробой и деталь требует замены.

Меняем полярность (красный и черный щуп) местами и повторяем измерения. Если электронный компонент исправный, отобразится сопротивление, стремящееся к минимальному значению. При показании «1» (измеряемая величина превышает возможности устройства), можно констатировать внутренний обрыв в цепи, следовательно, потребуется замена радиоэлемента.

Тестирование устройства обратной проводимости производится по такому же принципу, с небольшим изменением:

Красный щуп подключаем к ножке «Б» и проверяем сопротивление черным щупом (прикасаясь к выводам «К» и «Э», поочередно), оно должно быть минимальным.
Меняем полярность и повторяем измерения, мультиметр покажет сопротивление в диапазоне 0,6-1,3 кОм.

Отклонения от этих значений говорят о неисправности компонента.

Проверка работоспособности полевого транзистора

Этот тип полупроводниковых элементов также называют mosfet и моп компонентами. На рисунке 4 показано графическое обозначение n- и p-канальных полевиков в принципиальных схемах.

Рис 4. Полевые транзисторы (N- и P-канальный)

Для проверки этих устройств подключаем щупы к мультиметру, таким же образом, как и при тестировании биполярных полупроводников, и устанавливаем тип тестирования «прозвонка». Далее действуем по следующему алгоритму (для n-канального элемента):

Касаемся черным проводом ножки «с», а красным – вывода «и». Отобразится сопротивление на встроенном диоде, запоминаем показание.
Теперь необходимо «открыть» переход (получится только частично), для этого щуп с красным проводом соединяем с выводом «з».
Повторяем измерение, проведенное в п. 1, показание изменится в меньшую сторону, что говорит о частичном «открытии» полевика.
Теперь необходимо «закрыть» компонент, с этой целью соединяем отрицательный щуп (провод черного цвета) с ножкой «з».
Повторяем действия п. 1, отобразится исходное значение, следовательно, произошло «закрытие», что говорит об исправности компонента.

Для тестирования элементов p-канального типа последовательность действий остается той же, за исключением полярности щупов, ее нужно поменять на противоположную.

Заметим, что биполярные элементы, у которых изолированный затвор (IGBT), тестируются также, как описано выше. На рисунке 5 показан компонент SC12850, относящийся к этому классу.

Рис 5. IGBT транзистор SC12850

Для тестирования необходимо выполнить те же действия, что и для полевого полупроводникового элемента, с учетом, что сток и исток последнего будут соответствовать коллектору и эмиттеру.

В некоторых случаях потенциала на щупах мультиметра может быть недостаточно (например, чтобы «открыть» мощный силовой транзистор), в такой ситуации понадобится дополнительное питание (хватит 12 вольт). Подключать его нужно через сопротивление 1500-2000 Ом.

Проверка составного транзистора

Такой полупроводниковый элемент еще называют «транзистор Дарлингтона», по сути это два элемента, собранные в одном корпусе. Для примера, на рисунке 6 показан фрагмент спецификации к КТ827А, где отображена эквивалентная схема его устройства.

Рис 6. Эквивалентная схема транзистора КТ827А

Проверить такой элемент мультиметром не получится, потребуется сделать простейший пробник, его схема показана на рисунке 7.

Рис. 7. Схема для проверки составного транзистора

Обозначение:

Т – тестируемый элемент, в нашем случае КТ827А.
Л – лампочка.
R – резистор, его номинал рассчитываем по формуле h21Э*U/I, то есть, умножаем величину входящего напряжения на минимальное значение коэффициента усиления (для КТ827A — 750), полученный результат делим на ток нагрузки. Допустим, мы используем лампочку от габаритных огней автомобиля мощностью 5 Вт, ток нагрузки составит 0,42 А (5/12). Следовательно, нам понадобится резистор на 21 кОм (750*12/0,42).

Тестирование производится следующим образом:

Подключаем к базе плюс от источника, в результате должна засветиться лампочка.
Подаем минус – лампочка гаснет.

Такой результат говорит о работоспособности радиодетали, при других результатах потребуется замена.

Как проверить однопереходной транзистор

В качестве примера приведем КТ117, фрагмент из его спецификации показан на рисунке 8.

Рис 8. КТ117, графическое изображение и эквивалентная схема

Проверка элемента осуществляется следующим образом:

Переводим мультиметр в режим прозвонки и проверяем сопротивление между ножками «Б1» и «Б2», если оно незначительное, можно констатировать пробой.

Как проверить транзистор мультиметром, не выпаивая их схемы?

Этот вопрос довольно актуальный, особенно в тех случаях, если необходимо тестировать целостность smd элементов. К сожалению, только биполярные транзисторы можно проверить мультиметром не выпаивая из платы. Но даже в этом случае нельзя быть уверенным в результате, поскольку не редки случаи, когда p-n переход элемента зашунтирован низкоомным сопротивлением.

Проверка биполярного транзистора мультиметром

Биполярные транзисторы построены из трехслойного полупроводникового «сэндвича» либо NPN, либо PNP. Как таковые транзисторы при проверке мультиметром в режиме «сопротивление» или «проверка диода», как показано на рисунке ниже, показываются как два диода, соединенных друг с другом. Показания низкого сопротивления с черным отрицательным (-) выводом на базе соответствует N-типу материала в базе PNP транзистора. На условном обозначении на материал N-типа «указывает» стрелка перехода база-эмиттер, который в этом примере является базой. Эмиттер P-типа соответствует другому концу стрелки перехода база-эмиттер. Коллектор очень похож на эмиттер и так же является материалом P-типа PN-перехода.

Проверка PNP транзистора мультиметром: (a) прямое смещение переходов Б-Э и Б-К, сопротивление низкое; (b) обратное смещение переходов Б-Э, Б-К, сопротивление равно ∞

Здесь я предполагаю использовать мультиметр с единственной функцией измерения (сопротивление) для проверки PN-переходов. Некоторые мультиметры оснащены двумя отдельными функциями измерения: сопротивление и "проверка диода", каждая служит своей цели. Если у вашего мультиметра есть функция "проверка диода", используйте её, вместо измерения сопротивления, в этом случае мультиметр покажет прямое падение напряжения PN-перехода, а не только то, проводит ли он ток.

Разумеется, показания мультиметра будут совершенно противоположными для NPN транзистора, причем оба PN-перехода будут направлены в противоположную сторону. Показания низкого сопротивления с красным (+) выводом на базе являются «противоположным» состоянием для NPN транзистора.

Если в этом тесте используется мультиметр с функцией «проверка диода», будет установлено, что переход эмиттер-база имеет несколько большее прямое падение напряжения, чем переход коллектор-база. Эта разница прямых напряжений обусловлена несоответствием концентрации легирования между областями эмиттера и коллектора: эмиттер представляет собой кусок полупроводникового материала, гораздо более легированный, чем коллектор, в результате чего его переход с базой создает более высокое прямое падение напряжения.

Зная это, становится возможным определение назначение выводов на немаркированном транзисторе. Это важно, потому что корпуса, к сожалению, не стандартизированы. Разумеется, все биполярные транзисторы имеют три вывода, но расположение этих трех выводов на реальном физическом корпусе не имеет универсального стандартизированного порядка.

Предположим, что техник нашел биполярный транзистор и начинает измерять его проводимость с помощью мультиметра, установленного в режим «проверка диода». Измерения между парами выводов и запись значений, отображаемых мультиметром, дают ему следующие данные.

Неизвестный биполярный транзистор. Где здесь эмиттер, база, коллектор? Ниже приведены показания мультиметра.

Единственными комбинациями тестовых измерений, дающих на мультиметре показания, говорящие о проводимости, являются выводы 1 и 3 (красный щуп на выводе 1, черный щуп на выводе 3) и выводы 2 и 3 (красный щуп на выводе 2, черный щуп на выводе 3). Эти два показания должны указывать на прямое смещения перехода эмиттер-база (0,655 вольт) и перехода коллектор-база (0,621 вольт).

Теперь мы ищем один провод, общий для обоих показаний проводимости. Это должен быть вывод базы транзистора, поскольку база единственным слоем трехслойного устройства, общего для обоих PN-переходов (база-эмиттер и база-коллектор). В этом примере это провод номер 3, являющийся общим для комбинаций тестовых измерений 1-3 и 2-3. В обоих этих измерениях черный (-) щуп мультиметра касался к выводу 3, что говорит нам, что база этого транзистора изготовлена из полупроводникового материала N-типа (черный = отрицательный). Таким образом, это PNP-транзистор с базой на выводе 3, эмиттером на выводе 1 и коллектором на выводе 2, как показано на рисунке ниже.

Выводы биполярного транзистора определены с помощью мультиметра.

Обратите внимание, что вывод базы в этом примере не является средним выводом транзистора, как это можно было бы ожидать от трехслойной «сэндвичной» модели биполярного транзистора. Это довольно частый случай, и, как правило, это часто путает новых студентов. Единственный способ определить назначение выводов – это проверка мультиметром или чтение технического описания на конкретную модель транзистора.

Знание того, что биполярный транзистор при тестировании мультиметром в режиме проводимости ведет себя как два соединенных «спинами» диода, полезно для идентификации неизвестного транзистора только по показаниям мультиметра. Это также полезно для быстрой проверки работоспособности транзистора. Если техник измерит проводимость между тремя выводами в разных комбинациях, он или она сразу узнает, что транзистор неисправен (или что это не биполярный транзистор, а что-то еще – отличная возможность, если на детали нет маркировки для точной идентификации!). Однако модель «двух диодов» для транзистора не может объяснить, как и почему он действует как усилительное устройство.

Чтобы лучше проиллюстрировать этот парадокс, рассмотрим одну из схем транзисторных ключей, используя для представления транзистора физическую схему (как показано на рисунке ниже), а не условное обозначение. Так легче будет видеть два PN-перехода.

Небольшой ток базы, протекающий в прямо смещенном переходе база-эмиттер, обеспечивает большой ток через обратно смещенный переход база-коллектор (на рисунке показано направление движения потоков электронов, общепринятые направления электрических токов будут противоположными)

Диагональная стрелка серого цвета показывает направление потока электронов через переход эмиттер-база. Эта часть имеет смысл, так как электроны протекают от эмиттера N-типа к базе P-типа, очевидно прямое смещение перехода. Однако с переходом база-коллектор совсем другое дело. Обратите внимание, как толстая стрелка серого цвета указывает в направлении потока электронов (вверх) от базы к коллектору. С базой из материала P-типа и коллектором из материала N-типа, это направление потока электронов явно указывает на направление, противоположное тому, с каким ассоциируется PN-переход! Обычный PN-переход не позволил бы потоку электронов протекать в этом «обратном» направлении, по крайней мере, не без значительного сопротивления. Однако открытый (насыщенный) транзистор демонстрирует очень малое противодействие электронам на всем пути от эмиттера к коллектору, о чем свидетельствует свечение лампы!

Ясно, что здесь происходит что-то, что бросает вызов простой «двухдиодной» модели биполярного транзистора. Когда я впервые узнал о работе транзистора, я попытался построить свой собственный транзистор из двух диодов, включенных в противоположных направлениях, как показано на рисунке ниже.

Пара включенных в противоположных направлениях диода не действуют как транзистор!

Моя схема не работала, и я был озадачен. Однако полезное «двухдиодное» описание транзистора может использоваться для проверки, оно не объясняет, почему транзистор ведет себя как управляемый ключ.

То, что происходит в транзисторе, заключается в следующем: обратное смещение перехода база-коллектор предотвращает протекание тока коллектора, когда транзистор находится в режиме отсечки (закрыт, т.е. при отсутствии тока базы). Если переход база-эмиттер смещен в прямом направлении с помощью управляющего сигнала, нормально блокирующее поведение перехода база-коллектор изменяется, и ток через коллектор пропускается, несмотря на то, что электроны через этот PN-переход идут «неправильно». Это поведение зависит от квантовой физики полупроводниковых переходов и может иметь место только тогда, когда два перехода расположены правильно, и концентрации легирования этих трех слоев распределены правильно. Два диода, соединенных последовательно, не соответствуют этим критериям; верхний диод никогда не может «включиться», когда он смещен в обратном направлении, независимо от того, какая величина тока проходит через нижний диод в схеме через вывод базы. Для более подробной информации смотрите раздел «Биполярные транзисторы» главы 2.

То, что концентрации легирования играют решающую роль в особых способностях транзистора, еще раз подтверждается тем фактом, что коллектор и эмиттер не являются взаимозаменяемыми. Если транзистор просто рассматривается как два противоположно направленных PN-перехода или просто как N-P-N или P-N-P сэндвич материалов, может показаться, что любой конец этого сэндвича может служить в качестве коллектора или эмиттера. Это, однако, неверно. При «противоположном» включении транзистора в схему, ток база-коллектор не сможет управлять током между коллектором и эмиттером. Несмотря на то, что эти оба слоя (эмиттер и коллектор) биполярного транзистора имеют один и тот же тип легирования (либо N, либо P), коллектор и эмиттер определенно не одинаковы!

Ток через переход эмиттер-база позволяет протекать току через обратно смещенный переход база-коллектор. Действие тока базы можно рассматривать как «открывание клапана» для тока через коллектор. Более конкретно, любая заданная величина тока от эмиттера к базе допускает протекание ограниченной величины тока от базы к коллектору. На каждый электрон, который проходит через переход эмиттер-база и через вывод базы, через переход база-коллектор проходит определенное количество электронов и не более.

В следующем разделе это ограничение тока транзистора будет исследовано более подробно.

голоса

Рейтинг статьи

Читайте так же:
Из чего делают ручку для топора