Jak sprawdzić mosfet: badanie tranzystora za pomocą multimetru

We współczesnej elektronice tranzystory MOSFET należą do najczęściej stosowanych radioelementów. Mimo swojej niezawodności często zawodzą, co wiąże się z łamaniem reżimu w ich pracy. Jednocześnie poszukiwanie wadliwego elementu w związku ze specyfiką tranzystora polowego powoduje pewne trudności. Ale znając zasadę działania komponentu radiowego, nie jest tak trudno sprawdzić mosfet za pomocą multimetru.

Cechy tranzystora MOSFET

Różnica między tranzystorem polowym a klasycznym tranzystorem bipolarnym polega na tym, że jego działanie zależy od przyłożonego napięcia, a nie prądu. W literaturze taki element radiowy jest często nazywany tranzystorem MOS (półprzewodnik z tlenku metalu) lub tranzystorem MOS (półprzewodnik z metalowym dielektrykiem). W wersji angielskiej jego nazwa brzmi jak mosfet utworzony z tranzystora MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor).

Tranzystory polowe są elementami aktywnymi, co oznacza, że ​​ich działanie jest niemożliwe bez podania napięcia na zaciski. Po raz pierwszy pomysł stworzenia urządzenia, w którym przepływ nośników ładunku jest kontrolowany przez wielkość przyłożonego napięcia, zaproponował austro-węgierski naukowiec Julius Lilienfeld. Jednak brak technologii do stworzenia takiego urządzenia umożliwił wydanie prototypu dopiero w 1960 roku. Od 1977 r. mosfety zaczęto wykorzystywać do produkcji komputerów elektronicznych, zwiększając tym samym wydajność tych ostatnich.

Różni naukowcy na świecie stale prowadzą badania mające na celu poprawę działania urządzenia elektronicznego, dlatego do tej pory wynaleziono i wprowadzono do produkcji kilka rodzajów tranzystorów polowych. Każdy z nich ma swoje wady i zalety, ale ogólna zasada ich pracy jest taka sama.

Rodzaje i projekt

Mosfety dzielą się na dwie grupy. W zależności od rodzaju elektrody sterującej mogą to być: ze złączem p-n i izolowaną bramką. Ostatnio pierwszy rodzaj elementów zaczyna być coraz rzadziej używany. Tranzystory ze złączem sterującym pn są strukturalnie podstawą półprzewodnikową, której głównymi nośnikami ładunku mogą być zarówno dziury (typu p), jak i elektrony (typu n).

Na końcach bazy wyciągane są wnioski, zwane drenażem i źródłem. Kontrolowana część obwodu jest podłączona do tych styków. Urządzenie jest sterowane przez trzeci zacisk tranzystora (bramkę), utworzony przez połączenie go z podstawą przewodu zwrotnego. Zatem, Tranzystor p-n ma trzy piny:

1. Źródłem jest wejście, przez które wchodzą główne nośniki energii.
2. Odpływ to wylot urządzenia, przez który odchodzą główne nośniki energii.
3. Migawka to wyjście, które kontroluje przepływ ładunków przez urządzenie.

W zależności od rodzaju przewodnictwa elektrody bramkowej, takie mosfety dzielą się na typy n i p.

Element radiowy z izolowaną bramą ma inną konstrukcję. Jego bramka jest oddzielona od podstawy warstwą dielektryczną. W produkcji urządzenia zastosowano półprzewodnik o wysokiej rezystywności. Nazywa się to podkładem lub migawką. Tworzone są na nim dwie strefy o odwrotnym typie przewodnictwa - dren i źródło. Tak więc istnieją trzy obszary. Odległość pomiędzy sterowanymi elektrodami jest bardzo mała, a oddzielona od nich przesłona pokryta jest warstwą dielektryczną rzędu 0,1 mikrometra. Zazwyczaj jako dielektryk stosuje się związek SiO2.

W zależności od metody wykonania urządzenia z izolowanym stykiem dzielą się na dwa typy: zubożone i wzbogacone. Te pierwsze są dostępne tylko w typie n i mogą mieć dwie bramy, podczas gdy te drugie są dostępne zarówno w typie n, jak i p.

Urządzenia typu wzbogaconego nazywane są tranzystorami z kanałem indukowanym. W nich kontrolowane styki nie są połączone warstwą przewodzącą. Dlatego prąd drenu pojawia się tylko wtedy, gdy do bramki zostanie przyłożona pewna różnica potencjałów w stosunku do źródła. Zubożone tranzystory w swojej konstrukcji zawierają wbudowany kanał, dlatego tranzystor reaguje na napięcie zarówno o dodatniej, jak i ujemnej biegunowości.

Charakterystyka pierwiastków promieniotwórczych

Na schematach i w literaturze zwyczajowo oznacza się mosfet łacińskimi literami VT, a następnie jego numerem seryjnym na schemacie. Graficznie element pola jest przedstawiony jako okrąg, pośrodku którego narysowane są proste linie, wskazujące drogę przepływu prądu. Rodzaj przewodności jest wskazany na zacisku bramki w postaci strzałki. Brama, odpływ i źródło są sygnowane odpowiednio literami alfabetu łacińskiego - S, D, G.

Urządzenia polowe charakteryzują się wieloma parametrami. Ale wśród głównych wyróżnia się następujące cechy:

1. Napięcie między kontrolowanymi elektrodami. Pokazuje ilość napięcia, które tranzystor może wytrzymać bez pogorszenia jego parametrów. To znaczy w praktyce jest to maksymalne napięcie źródła zasilania, dla którego zaprojektowany jest tranzystor.
2. Opróżnij siłę prądu. Zazwyczaj maksymalna wartość jest wskazywana dla pewnej ilości napięcia stałego przyłożonego do bramki - źródła.
3. Impedancja kanału dren-źródło w stanie włączenia. Im wyższa jest ta wartość, tym gorzej pracuje tranzystor, ponieważ na rezystancji występują straty energii i wzrasta nagrzewanie się mosfetu.
4. Moc rozpraszania. Zależy od temperatury otoczenia. Parametr ten przedstawiany jest jako charakterystyka przedstawiająca zależność mocy od temperatury.
5. Poziom nasycenia kanału źródło-brama. Wskazuje graniczną wartość różnicy potencjałów, po pokonaniu której prąd nie przepływa przez kanał.
6. Próg włączenia. Jest to minimalne napięcie, które należy przyłożyć do tranzystora, aby otworzyć jego przewodzący kanał.
7. Pojemność migawki. Z tym parametrem wiąże się istotna wada tranzystorów polowych. Tak więc, ze względu na pojemność pasożytniczą, stosowanie urządzeń w obwodach wysokiej częstotliwości jest ograniczone, co zmniejsza szybkość przełączania trybów pracy.

Ważne jest również, aby wiedzieć, że mosfety są wrażliwe na elektryczność statyczną, szczególnie w przypadku izolowanych bramek. Dlatego przy sprawdzaniu tranzystora polowego za pomocą multimetru należy nosić bransoletki antystatyczne na obie ręce, a także nie nosić wełnianych ubrań.

Zasada działania

Istotą działania radioelementu z izolowaną bramką jest kontrolowanie ilości przepływającego przez niego prądu poprzez zmianę różnicy potencjałów. Po przyłożeniu napięcia do źródła i bramki, w urządzeniu generowane jest pole elektryczne poprzecznie do przyłożonego. Pole to zwiększa ilość nośników wolnych ładunków w warstwie powierzchniowej.

Z tego powodu w pobliżu dielektryka zaczyna gromadzić się znaczna ilość nośników ładunku, w wyniku czego powstaje pasmo przewodnictwa. Przez ten obszar, czyli pomiędzy sterowanymi wyjściami, zaczyna płynąć prąd. Gdy napięcie zostanie usunięte z otwartej bramki, przewodnictwo zniknie, a przepływ prądu ustanie.

Nieco inne procesy zachodzą w działaniu tranzystora polowego ze złączem pn. Jeśli do tego złącza zostanie przyłożone napięcie przeciwne do głównych nośników ładunku, jego obszar zaczyna się rozszerzać. Zwiększenie przejścia prowadzi do zwężenia grubości kanału przewodzącego, co oznacza wzrost rezystancji. W rezultacie prąd przepływający między drenem a źródłem maleje. Tak więc, zmieniając poziom napięcia, zmienia się również prąd przepływający przez tranzystor.

Metody pomiaru

Do pomiaru parametrów tranzystorów polowych wykorzystywane są specjalistyczne urządzenia. Ich praca opiera się na wykorzystaniu mikrokontrolera oraz wbudowanego generatora. Na styki tranzystora przykładany jest sygnał określonego typu, w wyniku którego się zmienia. Za pomocą wbudowanego analizatora urządzenie ocenia te zmiany i przekształca dane w łatwe do odczytania informacje. Cały sens korzystania z takiego miernika sprowadza się do zamontowania mosfetu w specjalnych podkładkach kontaktowych i wciśnięcia przycisku start.

W życiu codziennym urządzenia domowej roboty są często używane przez radioamatorów. Tak więc najprostszy typ urządzenia składający się z kilku elementów pozwala zmierzyć rezystancję kanałów. Aby to zrobić, użyj: woltomierza, światła samochodowego, źródła napięcia i rezystora około 100 omów. Po złożeniu takiego obwodu można łatwo zmierzyć Rds elementu radiowego, sprawdzając w ten sposób mosfet pod kątem działania.

Ale najłatwiejszym i najszybszym sposobem zdiagnozowania elementu radiowego jest użycie multimetru. Z jego pomocą łatwo sprawdzić mosfet pod kątem możliwości pracy w trybie klucza. A jeśli zgodnie z wynikami kontroli otwiera się i zamyka normalnie, prawdopodobieństwo jego użyteczności jest bardzo wysokie.

Tranzystor bramkowy

Aby lepiej zrozumieć proces weryfikacji mosfet, można go przedstawić w postaci równoważnego obwodu, takiego jak trójkąt. Dwa boki takiego trójkąta to dwie diody, a trzeci to rezystor. W tym przypadku punkt połączenia diod jest uważany za bramkę, a ich połączenie z rezystorem to dren i źródło.

Po przedstawieniu równoważnego diagramu możesz rozpocząć walidację elementu. Na przykład wygodnie jest wziąć pod uwagę jeden z rodzajów przewodności, na przykład typ n:

1. Pomiar rezystancji kanału. W tym celu za pomocą przełącznika wyboru pomiaru multimetr jest ustawiany w tryb testu rezystancji. Limit pomiaru jest wybrany na około dwa megaomy. Sondy urządzenia dotykają drenu i źródła tranzystora. W rezultacie na ekranie multimetru pojawi się liczba równa rezystancji złącza. Następnie zmienia się polaryzacja sond i ponownie mierzy się rezystancję. Przy działającym mosfecie wartości te powinny być w przybliżeniu takie same. Takie połączenie w obwodzie zastępczym odpowiada pozycji, w której mierzona byłaby wartość rezystancji rezystora.
2. Sprawdzanie przejścia bramka-źródło. W tym celu multimetr przełącza się w tryb ciągłości diody. Przewód pomiarowy podłączony do plusa testera dotyka bramki, a minus do źródła. Wynikiem tego działania będzie pomiar spadku napięcia na otwartym złączu za pomocą multimetru. Jego wartość powinna wynosić około 600-700 miliwoltów. Następnym krokiem jest odwrócenie polaryzacji dołączonych przewodów. Jeśli mosfet działa poprawnie, tester pokaże nieskończoność. Będzie to oznaczać, że przejście jest zamknięte.
3. Badanie przejścia dren-brama. Multimetr pozostaje w trybie ciągłości diody. Ale sonda dodatnia dotyka przesłony, a ujemna dotyka odpływu. W takim przypadku tester powinien wykazać spadek napięcia na złączu rzędu 600-700 miliwoltów. Gdy polaryzacja jest odwrócona, jeśli tranzystor działa, tester pokaże nieskończoność.

Jeśli wszystkie trzy punkty są wypełnione poprawnie, mosfet jest uważany za sprawny. Sprawdzanie elementu radiowego innego typu odbywa się w ten sam sposób, zmienia się tylko polaryzacja podłączenia sond.

Izolowany mosfet bramy

Ten typ tranzystora ma wbudowaną diodę w swoim korpusie, umieszczoną między źródłem a drenem, dlatego to on jest początkowo sprawdzany pod kątem użyteczności. Aby to sprawdzić, multimetr przełącza się w tryb testu diody, a jego sondy są podłączone do drenu i źródła. W kierunku do przodu urządzenie powinno wykazywać spadek napięcia, a w przypadku zmiany polaryzacji - nieskończoność.

Głównym testem tranzystora jest symulacja jego pracy w trybie klucza. W przypadku elementu radiowego typu n jego diagnozę przeprowadza się w następujący sposób:

1. Multimetr przełącza się na test diody.
2. Sonda podłączona do minusa jest dotykana do źródła, a do plusa - do migawki.
3. Przewód dodatni jest przenoszony do odpływu. Jeśli mosfet działa, opór przejścia będzie bardzo niski, to znaczy kanał zostanie otwarty.
4. Następnie sonda dodatnia jest podłączona do źródła, a sonda ujemna jest podłączona do bramki. Po tych krokach tranzystor się zamknie.

Na podstawie wyników pomiarów wyciąga się wniosek dotyczący wydajności elementu. W ten sposób, obserwując kolejność powyższych kroków, możesz przetestować dowolny typ mosfetu pod kątem działania za pomocą multimetru.