Metody pro testování stavu tranzistorů s efektem pole (MOSFET).

Metody pro kontrolu provozuschopnosti polního vybavení ( MOSFET ) tranzistory .

Tranzistory s efektem pole (FET) se díky řadě unikátních parametrů, včetně vysokého vstupního odporu, široce používají v napájecích zdrojích pro počítače, monitory, videorekordéry a další elektronická zařízení. Dvojice n-kanálových MOSFETů (MOSFETů) se vždy používá jako elektronický klíč pro pulzní měniče napájecího napětí pro součástky základní desky.

Označení tohoto typu tranzistoru je na Obr. 1 (pro snížení počtu externích součástek lze do tranzistoru zabudovat výkonnou vysokofrekvenční odlehčovací diodu). MOSFET je zkratka pro Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor. Tato třída tranzistorů se vyznačuje především minimálním řídicím výkonem s výrazným výstupním výkonem (stovky wattů). V otevřeném stavu mají PT extrémně nízké hodnoty odporu (desetiny Ohmu s výstupním proudem desítek ampér), a proto minimální výkon uvolněný tranzistorem ve formě tepla.

Rýže. 1. Označení MOSFET tranzistorů (G – gate, D – drain, S – source): a – označení N-kanálového tranzistoru; b – označení tranzistoru P-kanálu.

Mezi nepopiratelné výhody tranzistorů MOSFET oproti bipolárním patří následující:

— minimální řídicí výkon a vysoký proudový zisk zajišťuje jednoduchost řídicích obvodů (existuje i typ MOSFET řízený logickými úrovněmi);

— vysoká rychlost spínání (zároveň jsou zpoždění vypnutí minimální, což poskytuje široký rozsah bezpečného provozu);

— schopnost jednoduše zapojit tranzistory paralelně pro zvýšení výstupního výkonu;

— odolnost tranzistoru vůči velkým napěťovým impulsům (dv/dt).

Proto jsou tato zařízení široce používána v zařízeních pro řízení výkonných zátěží a spínaných zdrojů (do 1000 V).

N-kanálové MOSFETy jsou nejoblíbenější pro spínání výkonových obvodů. Řídicí napětí, neboli napětí aplikované mezi hradlem a zdrojem pro zapnutí MOSFETu, musí překročit prahovou hodnotu UT 4 V, ve skutečnosti je pro spolehlivé zapnutí MOSFETu potřeba 10–12 V. Snížení řídicího napětí na nižší prahovou hodnotu UT MOSFET vypne. Výkonové MOSFETy vyrábějí různí výrobci:

— HEXFET (národní společnost);

— VMOS (společnost PHILLIPS);

— SIPMOS (společnost SIEMENS).

Při opravách zařízení, která používají tranzistory s efektem pole, mají opraváři často za úkol zkontrolovat integritu a výkon těchto tranzistorů. Nejčastěji se musíte potýkat s vadnými výkonnými tranzistory s efektem pole spínaných zdrojů.

1. Hlavní charakteristiky N-kanálového tranzistoru s efektem pole. Tranzistory s efektem pole mají poměrně hodně různých důležitých i ne tak důležitých parametrů. Ale z aplikačního hlediska se omezíme na zvážení pro nás prakticky nezbytných parametrů:

— Vds — Drain to Source Voltage — maximální napětí mezi kolektorem a zdrojem;

— Vgs — Gate to Source Voltage — maximální napětí brány-zdroje;

— Id — Drain Current — maximální odběrový proud;

— Vgs(th) — Gate to Source Threshold Voltage — prahové napětí hradlo-zdroj, při kterém se spojka kolektor-zdroj začíná otevírat;

— Rds(on) — Drain to Source On Resistance — odpor přechodu odvod-zdroj v otevřeném stavu;

— Q(celk.) — Celkový hradlový náboj – celkový hradlový náboj.

Parametr Rds(on) může být specifikován při různých napětích hradlového zdroje, obvykle 10 a 4.5 voltů, což je důležitá vlastnost, kterou je třeba vzít v úvahu.

Maximální napětí mezi drainem a zdrojem, Vds — maximální okamžité pracovní napětí. Trvalý proud drainu, I d — maximální proud, který MOSFET vede, určený teplotou přechodu. Maximální pulzní proud drainu, I dm — je větší než I d a je definován pro puls dané doby trvání a pracovního cyklu. Maximální napětí mezi hradlem a zdrojem, Vgs — maximální napětí, které lze aplikovat mezi hradlem a zdrojem bez poškození izolace hradlu. Dále existují: prahové napětí hradlu, Vt < Vth, Vgs >; Vt — minimální napětí hradlu, při kterém se tranzistor sepne.

2. Kontrola PT běžným ohmmetrem. Při kontrole PT nejčastěji používají klasický ručičkový ohmmetr (limit x100). Pro testování spojitosti je vhodný běžný číselníkový ohmmetr (vhodnější je to ale udělat s digitálním zařízením v režimu sledování p-n přechodů). Při kontrole odporu mezi zdrojem a odtokem nezapomeňte po předchozích měřeních odstranit náboj z hradla (zkratujte jej se zdrojem), jinak můžete získat neopakovatelný výsledek.

Pracovní tranzistor s efektem pole by měl mít nekonečný odpor mezi všemi svými vývody. Kromě toho by zařízení mělo vykazovat nekonečný odpor bez ohledu na použité testovací napětí.

Existují však i výjimky. Pokud připojíte kladný pól testovacího zařízení k hradlu (G) n-tranzistoru a záporný pól k source (S), kapacita hradla se nabije a tranzistor se otevře. Při měření odporu mezi drainem (D) a source (S) zařízení ukáže určitou hodnotu odporu, která závisí na řadě faktorů. Nezkušení opraváři si mohou toto chování tranzistoru zaměnit za jeho poruchu. Proto před “prozvoněním” kanálu “drain-source” zkratujte všechny nohy tranzistoruk vybití kapacity brány. Poté odpor zdroje odvodnění by se měl stát nekonečným. Jinak je tranzistor rozpoznán vadný.

Jak bylo uvedeno výše, moderní vysoce výkonné tranzistory s efektem pole mají vestavěnou diodu mezi kolektorem a zdrojem, takže kanál zdroje kolektoru se při testování chová jako běžná dioda. Abyste se vyhnuli nepříjemným chybám při testování, musíte si přítomnost takové diody zapamatovat a nezaměnit ji za poruchu tranzistoru. A zajistit, aby taková dioda byla přítomna, je docela jednoduché – musíte vyměnit sondy testeru a mělo by ukázat nekonečný odpor mezi odtokem a zdrojem. Pokud se tak nestane, pak je s největší pravděpodobností rozbitý tranzistor . Jinak se kontrola tranzistoru neliší od výše uvedeného. Když máte po ruce běžný ohmmetr, můžete snadno a rychle zkontrolovat výkonný tranzistor s efektem pole.

3. Proces testování tranzistoru s efektem pole pomocí digitálního multimetru

Výhodnější je to provést digitálním multimetrem v režimu testování PN přechodu (limit označený ikonou). Hodnota odporu, kterou ukazuje multimetr na této hranici, je číselně rovna napětí na PN přechodu v milivoltech.

Zvažte kontrolu na příkladu tranzistoru 20N03 (Obr. 2). Systém značení tranzistoru s efektem pole 20N03 znamená, že je určen pro napětí (Vds) ~30V a proud (Id) ~20A. Písmeno N znamená, že se jedná o N-kanálový tranzistor. Existují však výjimky z každého pravidla, například společnost Infineon uvádí v označení Rds, nikoli maximální proud.

Pracovní tranzistor s efektem pole by měl mít nekonečný odpor mezi všemi svými vývody. Kromě toho by zařízení mělo vykazovat nekonečný odpor bez ohledu na polaritu přiloženého napětí (sondy). V moderních vysoce výkonných tranzistorech s efektem pole je mezi kolektorem a zdrojem vestavěná dioda, takže kanál zdroje kolektoru se při testování chová jako běžná dioda.

Černou (negativní) sondou se dotkneme substrátu – D (DRAIN), červenou (kladnou) sondou se dotkneme vývodu S (SOURCE). Multimetr ukazuje pokles napětí v propustném směru na vnitřní diodě (500 – 800 mV). В reverzní předpětí, multimetr by měl vykazovat nekonečný odpor , tranzistor je uzavřen .

Poté, bez vyjmutí černé sondy, se dotkněte červené sondy ke svorce G (GATE) a znovu ji vraťte na svorku S (SOURCE). Multimetr ukazuje blízko nule význam, a s libovolnou polaritou aplikované napětí – tranzistor s efektem pole se otevře dotykem (zap některé digitální multimetry možná hodnota nebude 0, ale 150. 170 mV).

Pokud se nyní dotknete svorky G (GATE) černou sondou, aniž byste uvolnili červenou sondu, a vrátíte ji na svorku substrátu – D (DRAIN), pak tranzistor s efektem pole se zavře a znovu multimetr ukáže pokles napětí na diodě. To platí pro většinu používaných N-kanálových FETů DPAK a D²PAK na základních deskách a grafických kartách. Pokud tranzistor udělal vše správně, jak je uvedeno výše, je funkční.

Chcete-li zkontrolovat P-kanálové tranzistory s polním efektem, musíte změnit polaritu otevíracích a zavíracích napětí (k tomu stačí vyměnit sondy multimetru).