Перед применением транзистора настоятельно рекомендуется проверить его исправность. Довольно распространённая ситуация, когда даже только что купленный новый транзистор оказывается непригодным к использованию. А в радиолюбительской практике частенько применяются б/у-шные компоненты. Так что инструкции, приведённые в этой статье, помогут проверить транзисторы различных типов: биполярный, полевой и IGBT-транзистор.
КАК ПРОВЕРИТЬ БИПОЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР
Для проверки транзистора на исправность (например, сквозной пробой коллектор-эмиттер или разрушение pn-переходов база-коллектор и база-эмиттер) посредством мультиметра (тестера) необходимо, во-первых, определить тип транзистора и его цоколёвку (какой «ножке» соответствует база, коллектор и эмиттер).
Зачастую, почти все транзисторы имеет маркировку на своём корпусе. Например, рассмотрим вот таких два компонента:
Данная пара транзисторов является комплементарной, то есть у них одинаковые характеристики, но разные типы проводимостей: 2SA1837 — PNP, 2SC4793 — NPN. Эти транзисторы часто применяются в схемах усилителей мощности звуковой частоты в предварительных каскадах, потому при перегрузке часто выходят из строя.
Как правило, в документации (паспорте) к транзисторам указывается их цоколёвка. Иногда документацию называют словом «даташит», которое образовано от английского слова «datasheet», что дословно можно перевести как «информационный лист». Ниже представлены фрагменты из документаций к рассматриваемым нами транзисторам.
В правой части каждого документа схематично изображен транзистор в трёх проекциях. На одной из проекций (вид снизу) пронумерованы выводы слева направо:
Прежде чем перейти к непосредственной проверке транзисторов, кратко рассмотрим теоретическую справку, которая позволит нам лучше понять «что надо сделать и что ожидается в итоге».
Биполярный транзистор состоит из двух pn-переходов, при этом одна из проводимостей для этих двух переходов является общей, которая называется БАЗА. Соответственно, две другие области называются КОЛЛЕКТОР и ЭМИТТЕР. Общей областью может выступать либо p-зона, либо n-зона. Таким образом, существуют транзисторы двух типов проводимости: NPN и PNP. Если упростить структуру, то можно сделать допущение, что транзистор состоит из двух диодов (каждый диод — это отдельный pn-переход), которые подключены друг к другу одинаковыми электродами. Для наглядного понимания вышеописанного на рисунке ниже схематично представлены транзисторы двух типов проводимостей.
Исходя из такого предположения, для проверки исправности транзистора необходимо «прозвонить» два эквивалентных диода. Поэтому, перед началом работы переводим мультиметр в режим «прозвонки» для диодов. При этом красный (+) щуп, который следует подключить к разъёму мультиметра «V» (на рисунке ниже указанный разъём является крайним правым), а чёрный (-) щуп подключить к разъёму «COM».
Чтобы обеспечить максимальную достоверность проверки, транзисторы крайне желательно выпаять из схемы, иначе показания будут некорректными. Иногда сложно точно предугадать, как повлияют другие компоненты в схеме при попытке «прозвонить» транзистор.
Для начала рассмотрим NPN транзистор 2SC4793. В соответствии с рисунком 4, общим электродом для двух диодов является анод, каждый из которых приходятся на базу транзистора. Соответственно, коллектор и эмиттер являются катодами диодов. Поэтому, красным (+) щупом касаемся базы, а чёрным (-) щупом касаемся либо коллектора, либо эмиттера (одного из двух диодов). У исправных кремниевых транзисторов мультиметр должен показывать величину падения напряжения примерно 0,6 В.
Если подключить мультиметр наоборот, то при исправном транзисторе будет отображаться «1» — бесконечное сопротивление (то есть pn-переход заперт).
Что касается PNP транзистора 2SA1837, то общим электродом для двух диодов является катод, которые приходятся на базу транзистора. Соответственно, коллектор и эмиттер являются анодами диодов. Поэтому, чёрным (-) щупом касаемся базы, а красным (+) щупом касаемся либо коллектора, либо эмиттера (одного из двух диодов).
Если красный (+) щуп подключить к коллектору, а черным (-) щупом прикоснуться к эмиттеру (или наоборот), то мультиметр должен показать бесконечное сопротивление. Это означает, что транзистор исправен и pn-переходы заперты.
КАК ПРОВЕРИТЬ ПОЛЕВОЙ MOSFET-ТРАНЗИСТОР
Методика проверки полевых транзисторов несколько отличается от способа для биполярных транзисторов. Это связано с иной структурой компонента. Рассмотрим методику проверки полевых MOSFET-транзисторов (с изолированным затвором) двух проводимостей: N-канальные и P-канальные. Этот тип транзисторов один из наиболее часто применяемых в силовой электронике на сегодняшний день. Ниже представлены условные графические обозначения этих транзисторов.
Рассмотрим алгоритм проверки N-канального MOSFET-транзистора IRF840. Фрагмент из документации на данный компонент представлен на рисунке ниже.
Так как в полевых транзисторах управление осуществляется посредством напряжения, то необходимо подать напряжение на затвор. Грубо говоря, зарядить ёмкость затвора транзистора, чтобы переход сток-исток открылся. Но для начала необходимо удостовериться, что транзистор заперт, «прозвонив» между собой контакты сток и исток.
Стоит напомнить, что у MOSFET-транзисторов есть так называемый внутренний защитный диод. Он является побочным эффектом технологии изготовления MOSFET-транзисторов. Данный диод установлен параллельно переходу сток-исток, но во встречном направлении (см. рис.9).
Таким образом, «прозвоним» этот самый внутренний диод (для N-канального MOSFET-транзистора), подключив красный (+) щуп мультиметра к истоку (source), а чёрный (-) щуп — к стоку (drain).
В случае исправного транзистора, на индикаторе мультиметра будет отображено падение напряжения на внутреннем диоде. Фиксируем в уме это значение.
Далее необходимо открыть транзистор (на самом деле он лишь только немного приоткроется, поскольку мультиметр не в состоянии это сделать полноценно, но для проверки будет достаточно), подключив красный (+) щуп мультиметра к затвору (gate), а чёрный (-) щуп — к истоку (source). Таким образом, мультиметр приложит напряжение к затвору относительно истока, внутренняя ёмкость зарядится, и переход сток-исток приоткроется.
После этого вновь «прозваниваем» внутренний диод (красный (+) щуп мультиметра к истоку (source), а чёрный (-) щуп — к стоку (drain)) и смотрим, как изменилось значение падения напряжения на нём. Если значение уменьшилось относительно предыдущего, то транзистор приоткрылся.
Теперь закроем транзистор, подключив красный (+) щуп мультиметра к истоку (source), а чёрный (-) щуп — к затвору (gate). То есть, на затвор будет подан отрицательный потенциал относительно истока.
Закрыв транзистор, вновь «прозваниваем» внутренний диод, подключив красный (+) щуп мультиметра к истоку (source), а чёрный (-) щуп — к стоку (drain). Если на индикаторе мультиметра отобразилось самое первое значение, то транзистор закрылся.
Если при проверке транзистора все эти этапы были выполнены с указанным результатом, то это говорит о том, что элемент исправный.
Для P-канальных MOSFET-транзисторов алгоритм проверки ровно такой же, за исключением того, что щупы необходимо поменять местами, то есть поменять полярность прикладывания напряжения. Например, чтобы проверить падение напряжения на внутреннем диоде P-канального транзистора, необходимо красный (+) щуп подключить к стоку (drain), а чёрный (-) щуп подключить к истоку (source).
КАК ПРОВЕРИТЬ IGBT-ТРАНЗИСТОР
Биполярные транзисторы с изолированным затвором (БТИЗ) или Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) проверяются почти также, как и полевые MOSFET-транзисторы. Данный типа транзисторов на принципиальных схемах и в документациях к такому типу элементов обозначаются по-разному:
IGBT-транзисторов
Рассмотрим алгоритм проверки IGBT-транзистора IRGB4045. Фрагмент из документации на данный компонент представлен на рисунке ниже.
Перед проверкой транзистора, необходимо закоротить между собой затвор и эмиттер, чтобы разрядить ёмкость на затворе и надёжно закрыть транзистор.
Установив мультиметр в режим «прозвонки», замеряем цепь между затвором (gate) и эмиттером (emitter). Если транзистор исправен, то мультиметр покажет разрыв цепи, то есть бесконечное сопротивление.
Далее «прозваниваем» затвор (gate) и коллектор (collector). При исправном транзисторе на индикаторе мультиметра тоже буде отображаться бесконечное сопротивление.
После этих процедур вновь закоротить затвор и эмиттер между собой для гарантированного запирания транзистора. «Прозваниваем» внутренний защитный диод, который так же, как и в MOSFET-транзисторах, подключён параллельно переходу коллектор-эмиттер, но направлен встречно. Красный (+) щуп мультиметра подключаем к эмиттеру, а чёрный (-) щуп — к коллектору. На индикаторе мультиметра должно отобразиться падение напряжения на внутреннем диоде.
Если поменять местами щупы, то мультиметр покажет бесконечное сопротивление, что говорит об отсутствии утечки и пробоя между коллектором и эмиттером.
Для более надёжной и достоверной проверки транзисторов (особенно MOSFET и IGBT) рекомендуется собирать простенькие тестовые схемы. Например, применить схема включения транзистора в ключевом режиме:
При замыкании кнопки SA1 напряжение питания 12 В будет приложено к затвору транзистора. Через резистор R1 номиналом 100 Ом потечёт ток, который зарядит ёмкость затвора транзистора, и он откроется. Резистор R1 нужен, чтобы ток слегка ограничить.
Если кнопку SA1 замкнуть, то лампочка накаливания EL1 будет светиться.
Резистор R2 номиналом 10 кОм служит для разряда входной ёмкости затвора, чтобы гарантированно закрыть транзистор после размыкания кнопки SA1.