Come controllare un mosfet: esaminare un transistor con un multimetro

Nell'elettronica moderna, i MOSFET sono tra i radioelementi più utilizzati. Nonostante la loro affidabilità, spesso falliscono, il che è associato a violazioni del regime nel loro lavoro. Allo stesso tempo, la ricerca di un elemento difettoso in relazione alle specifiche del dispositivo a transistor ad effetto di campo causa alcune difficoltà. Ma conoscendo il principio di funzionamento del componente radio, non è così difficile controllare il mosfet con un multimetro.

Caratteristiche del MOSFET

La differenza tra un transistor ad effetto di campo e un transistor bipolare classico è che il suo funzionamento dipende dalla tensione applicata e non dalla corrente. In letteratura, un tale elemento radio è spesso chiamato transistor MOS (semiconduttore di ossido metallico) o transistor MOS (semiconduttore dielettrico metallico). Nella versione inglese, il suo nome suona come un mosfet, formato da un MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor).

I transistor ad effetto di campo sono elementi attivi, ovvero il loro funzionamento è impossibile senza applicare tensione ai terminali. Per la prima volta, l'idea di creare un dispositivo, il flusso di portatori di carica in cui è controllato dall'entità della tensione applicata, è stata proposta dallo scienziato austro-ungarico Julius Lilienfeld. Tuttavia, la mancanza di tecnologia per la creazione di un tale dispositivo ha permesso di rilasciare un prototipo solo nel 1960. Dal 1977, i mosfet iniziarono ad essere utilizzati nella produzione di computer elettronici, aumentando così la produttività di quest'ultimo.

Vari scienziati del mondo conducono costantemente ricerche per migliorare il funzionamento di un dispositivo elettronico, pertanto, ad oggi, sono stati inventati e introdotti in produzione diversi tipi di transistor ad effetto di campo. Ognuno di loro ha i suoi vantaggi e svantaggi, ma il principio generale del loro lavoro è lo stesso.

Tipi e design

I mosfet sono divisi in due gruppi. A seconda del tipo di elettrodo di controllo, possono essere: con giunzione p-n e gate isolato. Di recente, il primo tipo di elementi inizia ad essere utilizzato sempre meno. I transistor con una giunzione p-n di controllo sono strutturalmente una base semiconduttrice, i cui principali portatori di carica possono essere sia fori (tipo p) che elettroni (tipo n).

Alle estremità della base, vengono fatte conclusioni, chiamate drain e source. La parte controllata del circuito è collegata a questi contatti. Il dispositivo è controllato attraverso il terzo terminale del transistor (gate), formato collegandolo alla base del conduttore inverso. Così, Il transistor p-n ha tre pin:

1. La sorgente è l'ingresso attraverso il quale entrano i principali vettori di energia.
2. Uno scarico è un'uscita del dispositivo attraverso la quale escono i principali vettori energetici.
3. L'otturatore è un'uscita che controlla il passaggio delle cariche attraverso il dispositivo.

A seconda del tipo di conduttività dell'elettrodo di gate, tali mosfet sono suddivisi in tipi n e p.

Un elemento radio con un cancello isolato ha una struttura diversa. La sua porta è separata dalla base da uno strato dielettrico. Nella fabbricazione del dispositivo viene utilizzato un semiconduttore con un'elevata resistività. Si chiama supporto o otturatore. Su di esso vengono create due zone con un tipo inverso di conduttività: scarico e sorgente. Quindi, ci sono tre aree. La distanza tra gli elettrodi controllati è molto ridotta e l'otturatore separato da essi è ricoperto da uno strato dielettrico dell'ordine di 0,1 micrometri. Tipicamente, un composto SiO2 viene utilizzato come dielettrico.

A seconda del metodo di produzione, i dispositivi con un contatto isolato sono divisi in due tipi: esauriti e arricchiti. I primi sono disponibili solo di tipo n e possono avere due porte, mentre i secondi sono disponibili sia di tipo n che p.

I dispositivi di tipo arricchito sono chiamati transistor a canale indotto. In essi, i contatti controllati non sono collegati da uno strato conduttivo. Pertanto, la corrente di drain appare solo quando viene applicata una certa differenza di potenziale al gate rispetto alla sorgente. I transistor esauriti nel loro design contengono un canale integrato, motivo per cui il transistor reagisce alla tensione di polarità sia positiva che negativa.

Caratteristiche del radioelemento

Nei diagrammi e in letteratura, è consuetudine designare il mosfet con le lettere latine VT, seguite dal suo numero di serie nel diagramma. Graficamente, un elemento di campo è rappresentato come un cerchio, nel mezzo del quale sono disegnate linee rette, che indicano il percorso del flusso di corrente. Il tipo di conducibilità è indicato sul terminale di gate sotto forma di freccia. Il cancello, lo scarico e la fonte sono firmati, rispettivamente, con le lettere dell'alfabeto latino - S, D, G.

I dispositivi di campo sono caratterizzati da molti parametri. Ma tra i principali, si distinguono le seguenti caratteristiche:

1. Tensione tra gli elettrodi controllati. Mostra la quantità di tensione che il transistor può sopportare senza degradare i suoi parametri. Cioè, in pratica, questa è la tensione massima della fonte di alimentazione, per la quale il transistor è progettato per funzionare.
2. Scarica la forza attuale. Solitamente il valore massimo è indicato per una certa quantità di tensione continua applicata al gate - source.
3. Impedenza del canale drain-source sullo stato. Più alto è questo valore, peggio funziona il transistor, poiché si verificano perdite di energia sulla resistenza e aumenta il riscaldamento del mosfet.
4. Potere di dissipazione. Dipende dalla temperatura ambiente. Questo parametro è rappresentato come una caratteristica che mostra la dipendenza della potenza dalla temperatura.
5. Livello di saturazione del canale source-gate. Indica il valore limite della differenza di potenziale, superata la quale la corrente non attraversa il canale.
6. Soglia di accensione. Questa è la tensione minima che deve essere applicata al transistor per aprire il suo canale conduttivo.
7. Capacità dell'otturatore. Un inconveniente significativo dei transistor ad effetto di campo è associato a questo parametro. Quindi, a causa della capacità parassita, l'uso di dispositivi nei circuiti ad alta frequenza è limitato, riducendo la velocità di commutazione delle modalità operative.

È anche importante sapere che i mosfet sono sensibili all'elettricità statica, specialmente con i dispositivi di gate isolati. Pertanto, quando si controlla il transistor ad effetto di campo con un multimetro, è necessario indossare braccialetti antistatici su entrambe le mani e non indossare abiti di lana.

Principio di funzionamento

L'essenza del funzionamento di un radioelemento con un cancello isolato è controllare la quantità di corrente che lo attraversa modificando la differenza di potenziale. Quando viene applicata una tensione alla sorgente e al gate, si genera un campo elettrico nel dispositivo trasversale a quello applicato. Questo campo aumenta il numero di portatori di carica gratuita nello strato superficiale.

Per questo motivo, una quantità significativa di portatori di carica inizia ad accumularsi vicino al dielettrico, a seguito della quale si forma una banda di conduzione. Una corrente inizia a fluire attraverso quest'area, cioè tra le uscite controllate. Quando la tensione viene rimossa dal gate aperto, la conduttività scompare e il flusso di corrente si interrompe.

Nel funzionamento di un transistor ad effetto di campo con giunzione pn si verificano processi leggermente diversi. Se a questa giunzione viene applicata una tensione opposta ai portatori di carica principali, la sua regione inizia ad espandersi. Un aumento della transizione porta ad un restringimento dello spessore del canale conduttivo, il che significa un aumento della resistenza. Di conseguenza, la corrente che passa tra il drain e la source diminuisce. Pertanto, cambiando il livello di tensione, cambia anche la corrente che passa attraverso il transistor.

Metodi di misurazione

Per misurare i parametri dei transistor ad effetto di campo vengono utilizzati dispositivi specializzati. Il loro lavoro si basa sull'uso di un microcontrollore e di un generatore integrato. Un segnale di un certo tipo viene applicato ai contatti del transistor, a seguito del quale cambia. Utilizzando un analizzatore integrato, il dispositivo valuta questi cambiamenti e converte i dati in informazioni di facile lettura. L'intero scopo dell'utilizzo di un tale misuratore si riduce all'installazione di un mosfet in speciali pad di contatto e alla pressione del pulsante di avvio.

Nella vita di tutti i giorni, i radioamatori utilizzano spesso dispositivi fatti in casa. Quindi, il tipo più semplice di dispositivo di diversi elementi consente di misurare la resistenza dei canali. Per fare ciò, usa: un voltmetro, una luce per auto, una sorgente di tensione e una resistenza di circa 100 ohm. Dopo aver assemblato un tale circuito, è possibile misurare facilmente gli Rds dell'elemento radio, controllando così l'operatività del mosfet.

Ma il modo più semplice e veloce per diagnosticare un elemento radio è usare un multimetro. Con il suo aiuto, è facile controllare il mosfet per la capacità di lavorare in modalità chiave. E se, in base ai risultati del controllo, si apre e si chiude normalmente, la probabilità della sua funzionalità è molto alta.

Transistor del cancello

Per una migliore comprensione del processo di verifica del mosfet, può essere rappresentato sotto forma di un circuito equivalente come un triangolo. Due lati di un tale triangolo sono due diodi e il terzo è un resistore. In questo caso, il punto di connessione dei diodi è considerato il gate e la loro connessione al resistore è lo scarico e la sorgente.

Dopo aver presentato il diagramma equivalente, puoi iniziare a convalidare l'elemento. Per esempio è conveniente considerare uno dei tipi di conduttività, ad esempio di tipo n:

1. Misura della resistenza di canale. Per fare ciò, utilizzando l'interruttore di selezione della misurazione, il multimetro viene impostato sulla modalità test di resistenza. Il limite di misurazione è scelto per essere di circa due megaohm. Le sonde del dispositivo toccano il pozzo e la sorgente del transistor. Di conseguenza, sullo schermo del multimetro apparirà un numero uguale alla resistenza di giunzione. Quindi la polarità delle sonde viene cambiata e la resistenza viene misurata di nuovo. Con un mosfet funzionante, questi valori dovrebbero essere approssimativamente gli stessi. Tale collegamento nel circuito equivalente corrisponde alla posizione in cui verrebbe misurato il valore di resistenza del resistore.
2. Controllo della transizione gate-source. Per questo, il multimetro passa alla modalità di continuità del diodo. Il filo di misurazione, collegato al positivo del tester, tocca il cancello e il negativo - alla sorgente. Il risultato di questa azione sarà la misurazione della caduta di tensione attraverso la giunzione aperta con un multimetro. Il suo valore dovrebbe essere di circa 600-700 millivolt. Il prossimo passo è invertire la polarità dei fili collegati. Se il mosfet funziona correttamente, il tester mostrerà l'infinito. Questo indicherà che la transizione è chiusa.
3. Studio della transizione drain-gate. Il multimetro viene lasciato in modalità di continuità del diodo. Ma la sonda positiva tocca l'otturatore e quella negativa tocca lo scarico. In questo caso, il tester dovrebbe mostrare una caduta di tensione attraverso la giunzione dell'ordine di 600-700 millivolt. Quando la polarità è invertita, se il transistor è operativo, il tester mostrerà l'infinito.

Se tutti e tre i punti vengono completati correttamente, il mosfet è considerato operativo. Il controllo di un elemento radio di un altro tipo viene eseguito allo stesso modo, cambia solo la polarità del collegamento delle sonde.

Mosfet per cancello coibentato

Questo tipo di transistor ha un diodo integrato nel suo caso, situato tra la sorgente e lo scarico, quindi è lui che viene inizialmente controllato per la manutenzione. Per verificarlo, il multimetro passa alla modalità di test del diodo e le sue sonde sono collegate allo scarico e alla sorgente. Nella direzione in avanti, il dispositivo dovrebbe mostrare una caduta di tensione e, in caso di cambio di polarità, l'infinito.

Il test principale del transistor è simulare il suo funzionamento in modalità chiave. Nel caso di un elemento radio di tipo n la sua diagnosi viene eseguita come segue:

1. Il multimetro passa a un test diodi.
2. Una sonda collegata al meno viene toccata alla sorgente e al più - all'otturatore.
3. Il filo positivo viene trasferito allo scarico. Se il mosfet funziona, la resistenza della transizione sarà molto bassa, ovvero il canale si aprirà.
4. Successivamente, la sonda positiva è collegata alla sorgente e la sonda negativa al gate. Dopo questi passaggi, il transistor si chiuderà.

Sulla base dei risultati della misurazione, viene fatta una conclusione sulle prestazioni dell'elemento. Pertanto, osservando la sequenza dei passaggi precedenti, è possibile testare l'operatività di qualsiasi tipo di mosfet utilizzando un multimetro.