Jak zkontrolovat mosfet: zkoumání tranzistoru pomocí multimetru

V moderní elektronice patří MOSFETy mezi nejpoužívanější radioelementy. I přes svou spolehlivost často selhávají, což je spojeno s porušováním režimu v jejich práci. Zároveň hledání vadného prvku v souvislosti se specifiky tranzistorového zařízení s efektem pole způsobuje určité potíže. Ale s vědomím principu fungování rádiové komponenty není tak obtížné zkontrolovat mosfet pomocí multimetru.

Vlastnosti MOSFETu

Rozdíl mezi tranzistorem s efektem pole a klasickým bipolárním tranzistorem je ten, že jeho činnost závisí na použitém napětí, nikoli na proudu. V literatuře je takový radioelement často nazýván MOS tranzistor (metal oxide semiconductor) nebo MOS tranzistor (metal dielectric semiconductor). V anglické verzi zní jeho název jako mosfet, vytvořený z MOSFETu (Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor).

Tranzistory s efektem pole jsou aktivní prvky, to znamená, že jejich provoz není možný bez přivedení napětí na svorky. Poprvé myšlenku vytvoření zařízení, ve kterém je tok nosičů náboje řízen velikostí aplikovaného napětí, navrhl rakousko-uherský vědec Julius Lilienfeld. Nedostatek technologie pro vytvoření takového zařízení však umožnil vydání prototypu až v roce 1960. Od roku 1977 se mosfety začaly používat při výrobě elektronických počítačů, čímž se zvýšila jejich produktivita.

Různí vědci z celého světa neustále provádějí výzkum s cílem zlepšit provoz elektronického zařízení, a proto bylo dosud vynalezeno několik typů tranzistorů s efektem pole a zavedeno do výroby. Každý z nich má své výhody a nevýhody, ale obecný princip jejich práce je stejný.

Typy a provedení

Mosfety se dělí do dvou skupin. V závislosti na typu řídicí elektrody mohou být: s p-n přechodem a izolovaným hradlem. V poslední době se první typ prvků začíná používat stále méně. Tranzistory s řídícím pn přechodem jsou konstrukčně polovodičovou bází, jejíž hlavními nosiči náboje mohou být jak díry (p-typ), tak elektrony (n-typ).

Na koncích základny jsou provedeny závěry, nazývané odtok a zdroj. Na tyto kontakty je připojena ovládaná část obvodu. Zařízení je ovládáno přes třetí svorku tranzistoru (hradla), vytvořenou připojením k bázi zpětného vodiče. Tím pádem, P-n tranzistor má tři piny:

1. Zdroj je vchod, kterým vstupují hlavní nositelé energie.
2. Drenáž je výstup zařízení, kterým odcházejí hlavní nosiče energie.
3. Závěrka je výstup, který řídí průchod nábojů zařízením.

V závislosti na typu vodivosti hradlové elektrody se takové mosfety dělí na typy n a p.

Rádiový prvek s izolovanou bránou má jinou strukturu. Jeho brána je oddělena od základny dielektrickou vrstvou. Při výrobě zařízení je použit polovodič s vysokým měrným odporem. Říká se tomu podložka nebo závěrka. Jsou na něm vytvořeny dvě zóny s obráceným typem vodivosti - odtok a zdroj. Existují tedy tři oblasti. Vzdálenost mezi řízenými elektrodami je velmi malá a od nich oddělená závěrka je pokryta dielektrickou vrstvou o tloušťce 0,1 mikrometru. Typicky se jako dielektrikum používá sloučenina Si02.

V závislosti na způsobu výroby jsou zařízení s izolovaným kontaktem rozdělena do dvou typů: vyčerpaná a obohacená. První jsou k dispozici pouze v typu n a mohou mít dvě hradla, zatímco ty druhé jsou k dispozici v typu n i p.

Zařízení obohaceného typu se nazývají tranzistory s indukovaným kanálem. V nich nejsou řízené kontakty spojeny vodivou vrstvou. Proto se svodový proud objeví pouze tehdy, když je na bránu aplikován určitý potenciálový rozdíl vzhledem ke zdroji. Opotřebené tranzistory ve svém provedení obsahují vestavěný kanál, proto tranzistor reaguje na napětí kladné i záporné polarity.

Charakteristika radioprvků

Ve schématech a v literatuře je obvyklé označovat mosfet latinskými písmeny VT, za nimiž následuje sériové číslo ve schématu. Graficky je prvek pole znázorněn jako kruh, uprostřed kterého jsou nakresleny rovné čáry označující cestu toku proudu. Typ vodivosti je vyznačen na svorce brány ve formě šipky. Brána, odtok a pramen jsou označeny písmeny latinské abecedy - S, D, G.

Polní přístroje se vyznačují mnoha parametry. Ale mezi hlavními se rozlišují následující vlastnosti:

1. Napětí mezi řízenými elektrodami. Ukazuje velikost napětí, které tranzistor vydrží, aniž by došlo ke zhoršení jeho parametrů. To znamená, že v praxi se jedná o maximální napětí napájecího zdroje, pro které je tranzistor navržen tak, aby pracoval.
2. Vypusťte sílu proudu. Obvykle se udává maximální hodnota pro určité množství stejnosměrného napětí přivedeného na hradlo - zdroj.
3. Impedance kanálu odtokového zdroje v zapnutém stavu. Čím vyšší je tato hodnota, tím hůře tranzistor funguje, protože na odporu dochází ke ztrátám energie a zvyšuje se zahřívání mosfetu.
4. Disipační výkon. Závisí na okolní teplotě. Tento parametr je znázorněn jako charakteristika znázorňující závislost výkonu na teplotě.
5. Úroveň saturace kanálu brány zdroje. Udává hraniční hodnotu rozdílu potenciálu, při jehož překonání proud neprochází kanálem.
6. Práh zapnutí. Toto je minimální napětí, které musí být aplikováno na tranzistor, aby se otevřel jeho vodivý kanál.
7. Kapacita závěrky. S tímto parametrem je spojena významná nevýhoda tranzistorů s efektem pole. Takže kvůli parazitní kapacitě je použití zařízení ve vysokofrekvenčních obvodech omezeno, což snižuje rychlost přepínání provozních režimů.

Je také důležité vědět, že mosfety jsou citlivé na statickou elektřinu, zejména u zařízení s izolovanou bránou. Proto při kontrole tranzistoru s efektem pole pomocí multimetru byste měli nosit antistatické náramky na obou rukou a neměli byste nosit vlněné oblečení.

Princip činnosti

Podstatou činnosti radioelementu s izolovaným hradlem je řízení množství proudu, který jím prochází, změnou rozdílu potenciálů. Když je na zdroj a bránu přivedeno napětí, v zařízení se generuje elektrické pole napříč k přiloženému. Toto pole zvyšuje počet volných nosičů náboje v povrchové vrstvě.

Kvůli tomu se v blízkosti dielektrika začne hromadit značné množství nosičů náboje, v důsledku čehož se vytvoří vodivý pás. Touto oblastí, tedy mezi řízenými výstupy, začne protékat proud. Když je napětí z otevřené brány odstraněno, vodivost zmizí a tok proudu se zastaví.

Při provozu tranzistoru s efektem pole s pn přechodem dochází k mírně odlišným procesům. Pokud se na tento přechod přivede napětí opačné k hlavním nosičům náboje, jeho oblast se začne rozšiřovat. Zvětšení přechodu vede ke zúžení tloušťky vodivého kanálu, což znamená zvýšení odporu. V důsledku toho klesá proud procházející mezi svodem a zdrojem. Změnou napěťové úrovně se tedy mění i proud procházející tranzistorem.

Metody měření

Pro měření parametrů tranzistorů s efektem pole používají se specializovaná zařízení. Jejich práce je založena na použití mikrokontroléru a vestavěného generátoru. Na kontakty tranzistoru je přiveden signál určitého typu, v důsledku čehož se mění. Pomocí vestavěného analyzátoru zařízení vyhodnocuje tyto změny a převádí data na snadno čitelné informace. Celý smysl použití takového měřiče spočívá v instalaci mosfetu do speciálních kontaktních podložek a stisknutí tlačítka start.

V každodenním životě jsou domácí zařízení často používána radioamatéry. Nejjednodušší typ zařízení z několika prvků vám tedy umožňuje měřit odpor kanálů. K tomu použijte: voltmetr, auto světlo, zdroj napětí a odpor asi 100 ohmů. Po sestavení takového obvodu můžete snadno změřit Rds rádiového prvku, čímž zkontrolujete funkčnost mosfetu.

Ale nejjednodušší a nejrychlejší způsob diagnostiky rádiového prvku je použití multimetru. S jeho pomocí je snadné zkontrolovat mosfet pro schopnost pracovat v klíčovém režimu. A pokud se podle výsledků kontroly normálně otevírá a zavírá, pak je pravděpodobnost jeho provozuschopnosti velmi vysoká.

Hradlový tranzistor

Pro lepší pochopení procesu ověřování mosfetů může být reprezentován ve formě ekvivalentního obvodu jako trojúhelník. Dvě strany takového trojúhelníku jsou dvě diody a třetí je odpor. V tomto případě je bod připojení diod považován za bránu a jejich připojení k rezistoru je kolektor a zdroj.

Po předložení ekvivalentního diagramu můžete začít s ověřováním prvku. Například je vhodné zvážit jeden z typů vodivosti, například n-typ:

1. Měření odporu kanálu. Chcete-li to provést, pomocí přepínače výběru měření se multimetr přepne do režimu testu odporu. Limit měření je zvolen tak, aby byl asi dva megaohmy. Sondy zařízení se dotýkají kolektoru a zdroje tranzistoru. V důsledku toho se na obrazovce multimetru objeví číslo rovnající se odporu přechodu. Poté se změní polarita sond a znovu se změří odpor. S fungujícím mosfetem by tyto hodnoty měly být přibližně stejné. Takové zapojení v náhradním obvodu odpovídá poloze, kdy by byla měřena hodnota odporu rezistoru.
2. Kontrola přechodu mezi bránou a zdrojem. K tomu se multimetr přepne do režimu spojitosti diod. Měřicí vodič, připojený k plusu testeru, se dotýká brány a mínus - ke zdroji. Výsledkem této akce bude měření úbytku napětí na otevřeném přechodu pomocí multimetru. Jeho hodnota by měla být přibližně 600-700 milivoltů. Dalším krokem je přepólování připojených vodičů. Pokud mosfet funguje správně, tester ukáže nekonečno. To bude znamenat, že přechod je uzavřen.
3. Studie přechodu odvodňovací brány. Multimetr je ponechán v režimu spojitosti diody. Ale kladná sonda se dotýká závěrky a záporná se dotýká odtoku. V tomto případě by měl tester vykazovat pokles napětí na přechodu řádově 600-700 milivoltů. Při obrácené polaritě, pokud je tranzistor funkční, tester ukáže nekonečno.

Pokud jsou všechny tři body splněny správně, je mosfet považován za funkční. Kontrola rádiového prvku jiného typu se provádí stejným způsobem, pouze se změní polarita připojení sond.

Mosfet s izolovanou bránou

Tento typ tranzistoru má ve svém pouzdře vestavěnou diodu umístěnou mezi zdrojem a odtokem, proto je to on, kdo je zpočátku kontrolován z hlediska provozuschopnosti. Pro kontrolu se multimetr přepne do režimu testu diod a jeho sondy se připojí k odtoku a zdroji. V propustném směru by zařízení mělo vykazovat pokles napětí a v případě změny polarity - nekonečno.

Hlavním testem tranzistoru je simulace jeho činnosti v klíčovém režimu. V případě radiového prvku typu n jeho diagnostika se provádí takto:

1. Multimetr se přepne na test diod.
2. Sonda připojená k mínusu se dotkne zdroje a plus - závěrky.
3. Kladný vodič se přenese do odpadu. Pokud mosfet funguje, odpor přechodu bude velmi nízký, to znamená, že se kanál otevře.
4. Dále je kladná sonda připojena ke zdroji a záporná sonda je připojena k bráně. Po těchto krocích se tranzistor uzavře.

Na základě výsledků měření je učiněn závěr o výkonu prvku. Při dodržení pořadí výše uvedených kroků tedy můžete otestovat funkčnost jakéhokoli typu mosfetu pomocí multimetru.