Испытатель полевых транзисторов - измерения параметров транзисторов. Измерение основных параметров транзисторов Приставка к мультиметру для измерения параметров транзисторов

В описываемом устройстве реализован интересный метод измерения коэффициента усиления по току транзистора при фиксированном токе коллектора, что важно при подборе транзисторов для симметричных каскадов. В отличие от простых измерителей малосигнального параметра h21э, описанных ранее, это устройство является прямопоказывающим.

Приставка к частотомеру позволяет проверять работоспособность маломощных биполярных транзисторов в усилительном режиме и измерять коэффициент передачи тока базы в режиме малого сигнала для схемы с общим эмиттером - h21э. Измерение проводят при фиксированном токе коллектора, равном 1 мА.

Электронные узлы приставки работают таким образом, что частота импульсов на ее выходе пропорциональна величине параметра h21э. Измерение коэффициента усиления заключается в следующем. Выводы транзистора устанавливают в гнезда "Е", "В", "С" приставки и включают питание. К выходу устройства подключают частотомер, установленный на предел измерений 10 кГц. При этом показания частотомера, деленные на 10, соответствуют значению параметра h21э.

Приставка (рис. 1) содержит компаратор напряжения и интегратор, к выходу которого подключают проверяемый транзистор в схеме включения с ОЭ.

Все названные компоненты соединены каскадно в кольцо и образуют систему автоматического регулирования током коллектора испытуемого прибора.

Выходное напряжение компаратора управляет интегратором так, что ток коллектора испытуемого транзистора изменяется в сторону своего номинального значения - 1 мА. Для поддержания в системе регулирования незатухающего периодического колебательного процесса компаратор имеет зону нечувствительности. Ширина этой зоны и определяет размах колебаний тока коллектора испытуемого транзистора.

Компаратор выполнен на операционном усилителе DA2, для которого делитель из резисторов R8, R9 создает образцовое напряжение. В цепь делителя через цепочку R11, R10 введен сигнал положительной обратной связи. Соотношение сопротивлений резисторов R11 и R10 определяет ширину зоны нечувствительности компаратора (гистерезис). В схеме приставки она составляет 100 мВ.

Интегратор собран на ОУ DA1. Делитель R1R2 создает напряжение на неинвертирующем входе ОУ симметричное относительно пределов выходного напряжения компаратора, которые имеют два значения: верхнее -10...11,5В и нижнее - 0.5...1.5 В. Для создания режима источника тока во входной цепи испытуемого транзистора включен резистор R4. сопротивление которого (300 кОм) во много раз превышает входное сопротивление транзистора в схеме с ОЭ Элементы R5-R7, С5 С6 создают необходимый режим измерения параметра h21э. Резисторы R5 и R7 определяют ток коллектора (1 мА) резистор R6 - напряжение коллектор-эмиттер.

Приставка работает следующим образом. Ток базы испытуемого транзистора постоянно изменяется, линейно нарастая или убывая, так как на вход интегратора поступает либо положительное, либо отрицательное относительно средней точки делителя R1R2 напряжение интегрирования, изменяющее направление интегрирования. Допустим, в какой-то момент ток базы испытуемого транзистора возрастает. Ток коллектора также увеличивается, но при этом он в И21Э раз превышает ток базы. По достижении тока коллектора величины 1,1 мА происходит срабатывание компаратора, что изменяет направление интегрирования. Ток базы, а следовательно, и ток коллектора испытуемого транзистора начинает уменьшаться.

Но когда он достигнет величины 0,9 мА, вновь произойдет срабатывание компаратора и процесс перейдет в фазу, аналогичную исходной. Так как скорость изменения базового тока в схеме постоянна, то изменения коллекторного тока оказываются прямо пропорциональными параметру п21э испытуемого транзистора. Следовательно, значение п21э определяет интервал времени между моментами достижения током коллектора значений 0,9 и 1,1 мА, при которых срабатывает компаратор. Таким образом, частота срабатываний компаратора оказывается прямо пропорциональной величине параметра h21э.

Незначительное отклонение в пропорциональности параметра частоте автоколебаний связано с задержкой переключения компаратора и интегратора, а также ответвлением части тока базы испытуемого транзистора на перезарядку емкостей р-n переходов и монтажа. В радиолюбительской практике влияние названных факторов на точность измерения оказывается вполне допустимым при работе приставки на частотах 200...5000 Гц. соответствующих диапазону значений h21э в интервале 40...1000.

На элементах DD1.1-DD1 4 собран удвоитель частоты, поэтому выходная частота приставки в 10 раз выше значения Г121э, что существенно упрощает отсчет величины h21э по шкале частотомера.

Параллельное соединение элементов DD1.2 и DD1.3 повышает нагрузочную способность устройства. Резистор R17 защищает выход приставки от короткого замыкания. Выходное сопротивление приставки составляет около 3 кОм. Размах выходного сигнала приставки без нагрузки - около 11 В. Для питания приставки необходим лишь стабилизированный источник напряжения 12... 13 В, обеспечивающий ток 10 мА и пульсации напряжения не более 10 мВ. В качестве частотомера автор использует мультиметр ВР-11А.

Детали. В устройстве можно применить любые резисторы мощностью 0,125-0,5 Вт, например, МЛТ, ОМЛТ. Допустимо, чтобы резисторы R12- R17 имели отклонение от номинала не более ±20 %, остальные - ±5 %. Резисторы R1 и R3 придется подбирать при регулировке приставки. Оксидные конденсаторы - К50-16, К50-35 на рабочее напряжение не менее 15В.

Конденсаторы СЗ, С7, С8 - керамические КМ-5 или КМ-6 групп Н30-Н90. Конденсатор С2 - металлопленочный, например, К73-16 или К73-17. В качестве переключателя SB1 может быть использован любой слаботочный переключатель или тумблер, подойдут П2К, ПТ2-1-1. Микросхему К140УД6 заменит К140УД8А или ей подобная. Микросхему К561ЛА7 допустимо заменить аналогом из других серий - К176ЛА7 илиК1561ЛА7.

На рис. 2 приведен чертеж печатной платы и размещения деталей. К плате жестко припаяны клеммные наконечники выводов питания "+" и "-", которыми она фиксируется непосредственно на выходных клеммах блока питания. Конструктивное оформление платы может быть и другим.

Коротко о налаживании приставки. После проверки правильности монтажа подключают источник питания, частотомер и испытуемый транзистор, желательно с заранее измеренным на промышленном приборе параметром h21э (его не следует путать с h21э хотя их значения во многих случаях практически совпадают).

Наблюдая на экране осциллографа сигнал на выходе компаратора (вывод 5 микросхемы DA2), подбирают резистор R1, добиваясь симметрии обоих полупериодов сигнала (меандра). Затем подбором резистора R3 устанавливают показания частотомера, соответствующие значению параметра п21Э испытуемого транзистора.

Если нет возможности использовать эталонный транзистор, можно поступить так. Перед установкой деталей на плату следует замерить с точностью до трех знаков сопротивления резисторов R4 и R7. Потом между выводами "+" и "-" источника питания включить переменный резистор сопротивлением 22...47 кОм, к движку которого подключить один из выводов R4, а

Установить на плату резистор R7. В гнезда приставки установить испытуемый транзистор, например, КТ315Г, у которого значение М21э в пределах 50...300. Поставить движок переменного резистора в среднее положение и включить питание. Вращая движок, установить напряжение на резисторе R6 равным 1,5В, что будет соответствовать току коллектора 1 мА.

Через конденсатор емкостью 1 ...3 мкФ подать синусоидальный сигнал частотой 1000 Гц (Uc) на движок переменного резистора. Плавно увеличивая амплитуду подаваемого сигнала Uc, установить напряжение сигнала на коллекторе испытуемого транзистора равным 100 мВ. Воспользовавшись формулой h21э = 0,1R4/UсR7, вычислить значение h21э испытуемого транзистора. Например, напряжение сигнала на движке переменного резистора Uc = 0,95В, R4 = 309 кОм, R7 = 517 Ом, тогда h21э = 0,1-309/0,95-0,517 = 62,9.

Восстановив исходные соединения, подбором R1 добиться меандра на выходе компаратора, а затем подбором резистора R3 установить соответствующее показание частотомера, которое для нашего примера составляет 629 Гц. На этом настройку приставки можно считать завершенной. Для компаратора подойдут и другие ОУ без внутренней коррекции: К553УД1, КР544УД2, а также К157УД2, в которой второй ОУ с конденсатором

Но, среди радиодеталей есть и такие, проверить которые рядовым мультиметром сложно, а порой и невозможно. К таким можно отнести полевые транзисторы (как MOSFET , так и J-FET ). Также, обычный мультиметр не всегда имеет функцию замера ёмкости конденсаторов, в том числе и электролитических. И даже если таковая функция имеется, то прибор, как правило, не измеряет ещё один очень важный параметр электролитических конденсаторов - эквивалентное последовательное сопротивление (ЭПС или ESR ).

С недавнего времени стали доступны по цене универсальные измерители R, C, L и ESR. Многие из них обладают возможностью проверки практически всех ходовых радиодеталей.

Давайте узнаем, какими возможностями обладает такой тестер. На фото универсальный тестер R, C, L и ESR - MTester V2.07 (QS2015-T4). Он же LCR T4 Tester. Приобрёл я его на Алиэкспресс . Не удивляйтесь, что прибор без корпуса, с ним он стоит куда дороже. вариант без корпуса, а с корпусом.

Тестер радиодеталей собран на микроконтроллере Atmega328p. Также на печатной плате имеются SMD-транзисторы с маркировкой J6 (биполярный S9014), M6 (S9015), интегральный стабилизатор 78L05, TL431 - прецизионный регулятор напряжения (регулируемый стабилитрон), SMD-диоды 1N4148, кварц на 8,042 МГц. и "рассыпуха" - планарные конденсаторы и резисторы.

Прибор запитывается от батарейки на 9V (типоразмер 6F22). Впрочем, если такой нет под рукой, прибор можно запитать и от стабилизированного блока питания .

На печатной плате тестера установлена ZIF-панель. Рядом указаны цифры 1,2,3,1,1,1,1. Дополнительные клеммы верхнего ряда ZIF-панели (те, которые 1,1,1,1) дублируют клемму под номером 1. Это для того, чтобы было легче устанавливать детали с разнесёнными выводами. Кстати, стоит отметить, что нижний ряд клемм дублирует клеммы 2 и 3. Для 2 отведено 3 дополнительных клеммы, а для 3 уже 4. В этом можно убедиться, осмотрев разводку печатных проводников на другой стороне печатной платы.

Итак, каковы же возможности данного тестера?

Замер ёмкости и параметров электролитического конденсатора.

Также советую заглянуть на страничку, где рассказывается о разновидностях полевых транзисторов и их обозначении на схеме . Это поможет понять, что же вам показывает прибор.

Проверка биполярных транзисторов.

В качестве подопытного "кролика" возьмём наш КТ817Г. Как видим, у биполярных транзисторов измеряется коэффициент усиления hFE (он же h21э ) и напряжение смещения Б-Э (открытия транзистора) Uf . Для кремниевых биполярных транзисторов напряжение смещения находится в пределах 0,6 ~ 0,7 вольт. Для нашего КТ817Г оно составило 0,615 вольт (615mV).

Составные биполярные транзисторы тоже распознаёт. Вот только параметрам на дисплее я бы верить не стал. Ну, действительно. Не может составной транзистор иметь коэффициент усиления hFE = 37. Для КТ973А минимальный hFE должен быть не менее 750.

Как оказалось, структуру для КТ973А (PNP) и КТ972А (NPN) определяет верно. Но вот всё остальное замеряет некорректно.

Стоит учесть, что если хотя бы один из переходов транзистора пробит, то тестер может определить его как диод.

Проверка диодов универсальным тестером.

Образец для испытаний - диод 1N4007.

Для диодов указывается падение напряжения на p-n переходе в открытом состоянии Uf . В техдокументации на диоды указывается как V F - Forward Voltage (иногда V FM ). Замечу, что при разном прямом токе через диод величина этого параметра также меняется.

Для данного диода 1N4007 : V F =677mV (0,677V). Это нормальное значение для низкочастотного выпрямительного диода. А вот у диодов Шоттки это значение ниже, поэтому их и рекомендуют применять в устройствах с низковольтным автономным питанием.

Кроме этого тестер замеряет и ёмкость p-n перехода (C =8pF).

Результат проверки диода КД106А. Как видим, ёмкость перехода у него во много раз больше, чем у диода 1N4007. Аж 184 пикофарады!

Если вместо диода установить светодиод и включить проверку, то во время тестирования он будет задорно помигивать.

Для светодиодов тестер показывает ёмкость перехода и минимальное напряжение, при котором светодиод открывается и начинает излучать. Конкретно для этого красного светодиода оно составило Uf = 1,84V.

Как оказалось, универсальный тестер справляется и с проверкой сдвоенных диодов, которые можно встретить в компьютерных блоках питания, преобразователях напряжения автоусилителей, всевозможных блоках питания.

Проверка сдвоенного диода MBR20100CT .

Тестер показывает падение напряжения на каждом из диодов Uf = 299mV (в даташитах указывается как V F ), а также цоколёвку. Не забываем, что сдвоенные диоды бывают как с общим анодом, так и общим катодом.

Проверка резисторов.

Данный тестер отлично справляется с замером сопротивления резисторов, в том числе переменных и подстроечных. Вот так прибор определяет подстроечный резистор типа 3296 на 1 кОм. На дисплее переменный или подстроечный резистор отображается в виде двух резисторов, что не удивительно.

Также можно проверить постоянные резисторы с сопротивлением вплоть до долей ома. Вот пример. Резистор сопротивлением 0,1 Ома (R10).

Замер индуктивности катушек и дросселей.

На практике не менее востребована функция замера индуктивности у катушек и дросселей . И если на крупногабаритных изделиях наносят маркировку с указанием параметров, то вот на малогабаритных и SMD-индуктивностях такой маркировки нет. Прибор поможет и в этом случае.

На дисплее результат измерения параметров дросселя на 330 мкГ (0,33 миллиГенри).

Кроме индуктивности дросселя (0,3 мГ) тестер определил его сопротивление постоянному току - 1 Ом (1,0Ω).

Маломощные симисторы данный тестер проверяет без проблем. Я, например, проверял им MCR22-8 .

А вот более мощный тиристор BT151-800R в корпусе TO-220 прибор протестировать не смог и отобразил на дисплее надпись "? No, unknown or damaged part" , что в вольном переводе означает "Отсутствует, неизвестная или повреждённая деталь".

Кроме всего прочего, универсальный тестер может замерять напряжение батареек и аккумуляторов.

Я был обрадован ещё и тем, что данным прибором можно проверить оптопары. Правда, проверить такие «составные» детали можно только в несколько этапов, поскольку они состоят минимум из двух изолированных между собой частей.

Покажу на примере. Вот внутреннее устройство оптопары TLP627.

Излучающий диод подключается к выводам 1 и 2. Подключим их к клеммам прибора и посмотрим, что он нам покажет.

Как видим, тестер определил, что к его клеммам подключили диод и отобразил напряжение, при котором он начинает излучать Uf = 1,15V. Далее подключаем к тестеру 3 и 4 выводы оптопары.

На этот раз тестер определил, что к нему подключили обычный диод. В этом нет ничего удивительного. Взгляните на внутреннюю структуру оптопары TLP627 и вы увидите, что к выводам эмиттера и коллектора фототранзистора подключен диод. Он шунтирует выводы транзистора и тестер "видит" только его.

Так мы проверили исправность оптопары TLP627. Похожим образом мне удалось проверить и маломощное твёрдотельное реле типа К293КП17Р.

Теперь расскажу о том, какие детали этим тестером НЕ проверить.

Мощные тиристоры. При проверке тиристора BT151-800R прибор показал на дисплее биполярный транзистор с нулевыми значениями hFE и Uf. Другой экземпляр тиристора определил как неисправный. Возможно, это действительно так и есть;

Стабилитроны . Определяет как диод. Основных параметров стабилитрона вы не получите, но можно удостовериться в целостности P-N перехода. Производителем заявлено корректное распознавание стабилитронов с напряжением стабилизации менее 4,5V.
При ремонте всё-таки рекомендую не полагаться на показания прибора, а заменять стабилитрон новым, так как бывает, что стабилитроны исправны, но напряжение стабилизации «гуляет»;

Любые микросхемы, такие как интегральные стабилизаторы 78L05, 79L05 и им подобные. Думаю, пояснения излишни;

Динисторы . Собственно, это понятно, так как динистор открывается только при напряжении в несколько десятков вольт, например, 32V, как у распространённого DB3;

Ионисторы прибор также не распознаёт. Видимо из-за большого времени заряда;

Варисторы определяет как конденсаторы;

Однонаправленные супрессоры определяет как диоды.

Универсальный тестер не останется без дела у любого радиолюбителя, а радиомеханикам сэкономит кучу времени и денег.

Стоит понимать, что при проверке неисправных полупроводниковых элементов, прибор может определить тип элемента некорректно. Так, биполярный транзистор с одним пробитым p-n переходом, он может определить как диод. А вздувшийся электролитический конденсатор с огромной утечкой распознать как два встречно-включенных диода. Такое бывало. Думаю, не надо объяснять, что это свидетельствует о негодности радиодетали.

Но, стоит учесть тот факт, что также имеет место и некорректное определение значений из-за плохого контакта выводов детали в ZIF-панели. Поэтому в некоторых случаях следует повторно установить деталь в панель и провести проверку.

Предлагаемая приставка к частотомеру для определения расчетным путем индуктивности в диапазоне 0,2 мкГн… 4 Гн отличается от прототипов пониженным напряжением на измеряемой индуктивности (амплитуда не более 100 мВ), что снижает погрешность измерения для катушек на малогабаритных кольцевых и замкнутых магнитопроводах и дает возможность измерить с достаточной для практики точностью начальную магнитную проницаемость магнитопроводов. Кроме того, малое значение напряжения на контуре позволяет оценивать индуктивность катушки непосредственно в конструкции, без демонтажа.

Для многих начинающих радиолюбителей изготовление и оценка индуктивности катушек, дросселей, трансформаторов становится «камнем преткновения». Промышленные измерители малодоступны, самодельные законченные конструкции, как правило, сложны в повторении и при их настройке необходимы промышленные приборы. Поэтому особой популярностью пользуются простые приставки к частотомеру или осциллографу.

Описания и схемы подобных устройств были опубликованы в периодической литературе . Они просты в повторении, удобны в применении. Но сведения в статьях в части заявленных погрешностей и пределов измерения нередко приводят к ошибочным выводам и искаженным результатам. Так в указано, что приставка позволяет измерить индуктивность более 0,1 мкГн, а погрешность измерения зависит от подбора конденсатора, который в авторской конструкции имеет допустимое отклонение номинальной емкости не более ±1 %. И это при том, что на указанных на схеме транзисторах устойчивая генерация начинается с индуктивностью колебательного контура 0,15…0,2 мкГн (желающие легко могут проверить), а собственная индуктивность выводов от платы до разъема 30 мм оказывается равной 0,1…0,14 мкГн. В другой статье указывается погрешность до 1,5 % от верхнего предела (кстати, обратите внимание, нижний предел 0,5 мкГн с погрешностью 0,9 мкГн ― и это верно, иными словами измерение таких величин носит оценочный характер) как для маленьких, так и больших значений индуктивности, без учета собственной емкости катушек. А такая емкость может достигать соизмеримой с контурной величины и вносить дополнительную погрешность до 10…20 %.

В этой статье сделана попытка в какой-то мере восполнить отмеченный пробел и показать методы оценки погрешности измерений и способы применения действительно простой и полезной конструкции в лаборатории каждого радиолюбителя.

Предлагаемая приставка к частотомеру предназначена для оценки и измерения с достаточной для практики точностью индуктивности в диапазоне 0,2 мкГн… 4 Гн. Она отличается от прототипов пониженным напряжением на измеряемой индуктивности (амплитуда не более 100 мВ), что снижает погрешность измерения индуктивности на малогабаритных кольцевых и замкнутых магнитопроводах и дает возможность измерить начальную магнитную проницаемость магнитопроводов. Кроме того, малое значение напряжения на контуре позволяет оценивать индуктивность катушки непосредственно в конструкции, без демонтажа. Такую возможность оценят те, кому часто приходится заниматься ремонтом и настройкой аппаратуры при отсутствии схем и описаний.

Для работы с приставкой подходят любые самодельные или промышленные частотомеры, позволяющие измерять частоту до 3 МГц с точностью не менее 3х знаков. Если нет частотомера, подойдет и осциллограф. Точность измерения временных параметров у последних, как правило, порядка 7…10%, что и определит погрешность измерения индуктивности.

Принцип измерения индуктивности основан на известном соотношении, связующим параметры элементов колебательного контура с частотой его резонанса (формула Томсона)

Здесь и далее во всех формулах частота указана в мегагерцах, емкость ― в пикофарадах, индуктивность ― в микрогенри.

При емкости контура Ск = 25330 пФ, формула упрощается

, где Т ― период в микросекундах.

В приставке (ее схема показана на рис. 1 ) используется генератор с эмиттерной связью в

двухкаскадном усилителе, частота гармонических колебаний которого определяется емкостью конденсатора С1 и измеряемой индуктивностью Lx, подключаемой к пружинным зажимам Х1. Так как используется непосредственное соединение базы транзистора VT1 с коллектором VT2, то коэффициент петлевого усиления генератора высок, что обеспечивает устойчивую генерацию при изменении соотношения L/C в широком диапазоне. Коэффициент петлевого усиления пропорционален крутизне используемых транзисторов и может эффективно регулироваться изменением тока эмиттеров, для чего используется выпрямитель на диодах VD1, VD2 и управляющий транзистор VT3. Введение усилителя на транзисторе VT4 с КU= 8…9 позволило снизить амплитуду напряжения на контуре до уровня 80…90 мВ при выходной амплитуде 0,7 В. Эмиттерный повторитель обеспечивает работу на низкоомную нагрузку.

Устройство работоспособно при изменении напряжения питания в интервале 5…15 В, при этом вариации уровня выходного напряжения не превышают 20 %, а уход частоты F= 168,5 кГц (с катушкой высокой добротности, намотанной на сердечнике 50ВЧ при индуктивности L= 35 мкГн) не более 40 Гц!

В конструкции можно использовать в позициях VT1, VT2 транзисторы КТ361Б, КТ361Г, КТ 3107 с любым буквенным индексом, хотя несколько лучшие результаты достигаются с КТ326Б, КТ363; в позиции VT3 ― кремниевые транзисторы структуры р-n-р, например, КТ209В, КТ361Б, КТ361Г, КТ3107 с любым буквенным индексом. Для буферного усилителя (VT4, VT5) пригодно большинство высокочастотных транзисторов. Параметр h21Э для транзистора VT4 ― более 150, для остальных не менее 50.

Диоды VD, VD2 ― любые высокочастотные кремниевые, например, серий КД503, КД509, КД521, КД522.

Резисторы ― МЛТ-0,125 или аналогичные. Конденсаторы, кроме С1, ― малогабаритные соответственно керамические и электролитические, допустим разброс 1,5…2 раза.

Конденсатор С1 емкостью 25330 пФ определяет точность измерения, поэтому ее значение желательно подобрать с отклонением не более ±1 % (можно составить из нескольких термостабильных конденсаторов, например 10000+10000+5100+ 220пФ из группы КСО, К31. Если нет возможности точно подобрать емкость, можно воспользоваться описанной ниже методикой.

В качестве разъема Х1 удобно использовать пружинящие зажимы для «акустических» кабелей. Разъем Х3 для соединения с частотомером ― СР–50-73Ф.

Детали монтируют на печатной плате (рис. 2 ) из односторонне фольгированного стеклотекстолита.

Чертёж печатной платы в формате lay разработки П.Семина можно

Допустимо использовать навесной монтаж. В качестве корпуса для приставки можно применить любой подходящий по размерам коробок из любого материала. Разместить разъем Х1 необходимо так, чтобы обеспечить минимальную длину соединяющих его с платой проводников. На фото, для примера, показан аккуратно выполненная конструкция от Павла Семина.

После проверки правильности монтажа следует подать питание напряжением 12 В, не подключая катушки к разъему Х1. Напряжение на эмиттере VT5 должно быть примерно равным половине питающего напряжения; если отклонение больше, потребуется подбор резистора R4. Ток потребления окажется близким к 20 мА. Присоедините к разъему Х1 катушку Lx индуктивностью в пределах десятков―сотен микрогенри (точное значение некритично), а к разъему Х3 ― осциллограф или высокочастотный вольтметр. На выходе приставки должно быть переменное напряжение 0,45…0,5 В эфф (амплитудное значение 0,65…0,7 В). При необходимости его уровень можно установить в диапазоне 0,25…0,7 Вэфф подбором резистора R8.

Теперь можно приступить к калибровке приставки , подключив ее к частотомеру.

Это можно сделать несколькими методами.

Если есть возможность измерить с точностью не хуже 1 % катушку на незамкнутом магнитопроводе с индуктивностью порядка десятков-сотен мкГ, то используя ее как образцовую, подберите емкость конденсаторов С1 так, чтобы показания приставки совпали с требуемым значением.

Во втором случае понадобится один термостабильный эталонный конденсатор, емкость которого не менее 1000 пФ и известна с высокой точностью. В крайнем случае, если нет возможности точно измерить емкость, можно применить конденсаторы КСО, К31 с допуском ±2―5 %, смирившись с вероятным увеличением погрешности. Автор использовал конденсатор К31-17 с номинальной емкостью 5970 пФ ±0,5 %. Сначала по частотомеру фиксируем частоту F1 для катушки Lx без дополнительного внешнего конденсатора. Затем присоединяем параллельно катушке эталонный конденсатор Cэт и фиксируем частоту F2. Теперь можем определить реальную входную емкость собранной приставки и индуктивность катушки Lx по формулам

Чтобы можно было пользоваться приведенными в начале статьи упрощенными формулами, нужно подбором группы конденсаторов С1 установить емкость Свх равной 25330±250 пФ. После окончательной корректировки емкости конденсаторов С1 сделайте контрольный замер по приведенной выше методике, чтобы убедиться, что емкость С вх соответствует требуемой.Вручную делать многократные пересчеты долго, поэтому автор пользуется удачной программой расчетов MIX10 , разработанной А. Беспальчиком.

После этого приставка готова к работе. Попробуем оценить ее возможности; для этого проведем несколько опытов.

1. При измерении малых значений индуктивности большую погрешность вносит собственная индуктивность приставки, состоящая из индуктивности проводников, соединяющих разъем Х1 с платой, и индуктивности монтажа. Попробуем ее измерить. Сначала замкнем контакты разъема Х1 прямым коротким проводником. Скрученные провода, идущие к разъему Х1 длиной 30 мм, и перемычка длиной 30 мм образуют один виток катушки. Если в генераторе транзисторы КТ326Б, колебания возникают только при ударном возбуждении контура путем периодичного включения питания; при этом частота F1 = 2,675…2,73 МГц, что соответствует индуктивности 0,14 мкГн (с транзисторами КТ3107Б генерация совсем не возникает). Теперь сделаем из провода диаметром 0,5 мм кольцо диаметром 3 с расчетной индуктивностью около 0,08 мкГн и подключим к Х1. Для генератора на транзисторах КТ326Б частотомер показал значение 2,310 МГц, что соответствует индуктивности 0,19 мкГн. Вариант на транзисторах КТ3107Б генерировал только при ударном возбуждении контура. Таким образом, собственная индуктивность приставки оказалась в пределах 0,1…0,14 мкГн.

Выводы: высокая точность измерений обеспечивается для индуктивности более 5 мкГн. При значениях в интервале 0,5… 5 мкГн надо учитывать собственную индуктивность 0,1…0,14 мкГн. При индуктивности менее 0,5 мкГн измерения носят оценочный характер. Уверенно регистрируемая минимальное значение индуктивности 0,2 мкГн.

1. Измерение неизвестной индуктивности. Допустим, для нее частота F1= 0,16803 МГц, что по упрощенной формуле расчета индуктивности дает 35,42 мкГн.

При проверке с эталонным конденсатором частота F2 = 0.15129 МГц соответствует индуктивности 35,09 мкГн. Погрешность ― менее 1 %.

1. Используя измеренную индуктивность в качестве образцовой, можно оценить входную емкость генератора. Емкость контура состоит из емкости группы конденсаторов С1 и емкости Сген, состоящей из суммы емкости монтажа и емкости, вносимой транзисторами VT1, VT2, т. е. Свх= С1+С ген.

Чтобы определить величину С ген, отключаем конденсаторы С1 и измеряем с используемой индуктивностью частоту F3. Теперь Сген можно рассчитать по формуле

В авторском варианте приставки с транзисторами КТ3107Б емкость Сген равна 85 пФ, а с транзисторами КТ326Б ― З9 пФ. По сравнению с требуемым значением 25330 пФ это меньше 0,4 %, что позволяет применять практически любые высокочастотные транзисторы без заметного влияния на точность измерения..

1. Благодаря большой собственной емкости приставки, при измерении индуктивности до 0,1 Гн погрешность, вносимая собственной емкостью катушек, несущественна. Так при измерении индуктивности первичной обмотки выходного трансформатора от транзисторных приемников получилось значение L = 105,6 мГн. При дополнении колебательного контура эталонным конденсатором 5970 пФ получилось другое значение ― L=102 мГн, а собственная емкость обмотки Стр= Сизм– С1 = 25822 – 25330 = 392 пФ.
2. Амплитуда на измерительном колебательном контуре величиной 70…80 мВ оказывается меньше порога открывания кремниевых p-n переходов, что позволяет во многих случаях измерять индуктивность катушек и трансформаторов прямо в схеме (естественно, обесточенной). Благодаря большой собственной емкости приставки (25330 пФ), если емкость в измеряемой цепи не более 1200 пФ, погрешность измерения не превысит 5 %.

Так при измерении индуктивности катушки контура ПЧ (емкость контура не более 1000 пФ) непосредственно на плате транзисторного приемника получено значение 92,1 мкГн. При измерении индуктивности катушки, выпаянной из платы, расчетное значение оказалось меньше ― 88,7мкГн (погрешность менее 4 %).

Для подключения к катушкам индуктивности, размещенных на платах, автор использует щупы с соединительными проводами длиной 30 см, скрученных с шагом одна скрутка на сантиметр. Ими вносится дополнительная индуктивность 0,5…0,6 мкГн ― это важно знать при измерении малых величин, для оценки ее достаточно замкнуть щупы между собой.

В заключение еще несколько полезных советов .

Определить магнитную проницаемость кольцевого магнитопровода без маркировки можно по следующей методике. Намотать 10 витков провода, равномерно распределив его по кольцу, и измерить индуктивность обмотки, а полученное значение индуктивности подставить в формулу:

В практических расчетах удобно пользоваться упрощенной формулой для расчета числа витков на кольцевых магнитопроводах

Значения коэффициента k для ряда широкораспространенных кольцевых магнитопроводов по данным В. Т. Полякова приведены в табл. 1 .

Таблица 1

Для широко распространенных броневых магнитопроводов из карбонильного железа индуктивность удобнее рассчитывать в микрогенри, поэтому введем коэффициент m, и формула соответственно изменится:

Некоторые значения для распространенных броневых магнитопроводов приведены в табл. 2 .

Составить подобную таблицу для имеющихся у вас кольцевых и броневых магнитопроводов, воспользовавшись предлагаемой приставкой, не составит большого труда.

ЛИТЕРАТУРА

1.Гайдук П. Частотомер измеряет индуктивность. ― Радиолюбитель, 1996, № 6, с. 30.

1. L-метр с линейной шкалой. ― Радио, 1984, № 5, с. 58, 61.
2. Поляков В. Катушки индуктивности. ― Радио, 2003, № 1, с. 53.
3. Поляков В. Радиолюбителям о технике прямого преобразования. ― М.: Патриот, 1990, с. 137, 138.
4. Полупроводниковые приемно-усилительные устройства: Справочник радиолюбителя. /Терещук Р. М. и др./ ― Киев: Наукова думка, 1987, с. 104.

С.Беленецкий, US5MSQ Луганск Украина Радио, 2005, №5, с.26-28

Обсудить статью, высказать свое мнение и предложения можно на форуме

Для транзисторов структуры п-р-п полярность включения питающей батареи GB и измерительного прибора РА должна быть обратной.

Обратный ток коллектора Iкбо измеряют при заданном обратном напряжении на коллекторном р-п переходе и отключенном эмиттере (рис. 57, а). Чем он меньше, тем выше качество коллекторного перехода и стабильность работы транзистора.

Параметр h21э, характеризующий усилительные свойства транзистора, определяют как отношение тока коллектора Iк к вызвавшему его току базы IБ, (рис. 57, б), т. е. h2lэ ~ Iк/Iв. Чем больше численное значение этого параметра, тем больше усиление сигнала, которое может обеспечить транзистор.

Для измерения этих двух основных параметров маломощных биполярных транзисторов можно рекомендовать сделать в кружке приставку к самодельному авометру, описанному выше. Схема такой приставки показана на рис. 58, а. Проверяемый транзистор V подключают выводами электродов к соответствующим зажимам «Э», «Б» и «К» приставки, соединенной (через зажимы XI, Х2 и проводники с однополюсными штепселями на концах) с миллиамперметром авометра, включенного на предел измерения «1 мА». Переключатель S2 предварительно устанавливают в положение, соответствующее структуре проверяемого транзистора. При проверке транзистора структуры п-р-п с гнездом «Общ.» авометра соединяют зажим XI приставки (как на рис. 58, а), а при проверке транзистора структуры р-п-р — зажим Х2.

Установив переключатель S1 в положение «I КБО», измеряют сначала обратный ток коллекторного перехода, а затем, переведя переключатель S1 в положение «h21э», — статический коэффициент передачи тока. Отклонение стрелки прибора на всю шкалу при измерении параметра I КБ0 укажет на пробой коллекторного перехода проверяемого транзистора.

Измерение параметра h21э происходит при фиксированном токе базы, ограничиваемым резистором R1 до 10 мкА. При этом транзистор открывается и в его коллекторной цепи (в том числе через миллиамперметр) течет ток, пропорциональный коэффициенту h21э. Если, например, прибор фиксирует ток 0,5 мА (500 мкА), то коэффициент h21э проверяемого транзистора будет 50 (500: 10 = 50). Ток 1 мА (отклонение стрелки прибора до конечной отметки шкалы), следовательно, соответствует коэффициенту h21э равному 100. Если стрелка прибора зашкаливает, миллиамперметр авометра надо переключить на следующий предел измерения тока — «10 мА». В этом случае вся шкала прибора будет соответствовать коэффициенту h21э, равному 1000, а каждая десятая часть ее — 100.

Резистор R2, ограничивающий ток в измерительной цепи до 3 мА, нужен для предупреждения порчи измерительного прибора из-за пробоя проверяемого транзистора.
Возможная конструкция приставки показана на рис. 58, б. Для лицевой панели, размерами примерно 130X75 мм, желательно использовать листовой гетинакс или текстолит толщиной 1,5—2 мм.

Зажимы «Э», «Б» и «К> для подключения выводов транзистора типа «крокодил». Переключатель вида измерений S1 — тумблер ТП2-1, структуры транзистора S2 — ТП1-2. Батарею питания GB1 — 3336Л или составленную из трех элементов 332, крепят на панели снизу, там же монтируют и ограничительные резисторы R1 и R2. Зажимы (или гнезда) для соединения приставки с авометром размещают в любом удобном месте, например на задней боковой стенке ящика. Сверху на панель наклеивают краткую инструкцию по работе с приставкой-измерителем. Проверить работоспособность и оценить усилительные свойства транзисторов средней и большой мощности можно с помощью простого прибора, схема которого приведена на рис. 59. Проверяемый транзистор V подключают к зажимам, соответствующим его электродам. При этом в коллекторную цепь транзистора оказывается включенным амперметр РА1 на ток полного отклонения стрелки 1A, а в базовую — один из резисторов R1—R4. Сопротивления резисторов подбирают с таким расчетом, чтобы ток базовой цепи транзистора можно было устанавливать равным 3, 10, 30 и 50 мА. Таким образом, проверка транзистора осуществляется при фиксированных токах в базовой цепи, устанавливаемых переключателем S1. Источником питания служат три элемента 373, соединенные последовательно, или низковольтный выпрямитель, обеспечивающий напряжение 4,5 В при токе нагрузки до 2А.

Численное значение статического коэффициента передачи тока проверяемого транзистора определяют как отношение тока коллектора к вызвавшему его току базы. Например, если переключатель S1 установлен на ток базы, равный 10 мА, а амперметр PA 1 фиксирует ток 500 мА, значит, коэффициент h21э данного транзистора равен 50 (500: 10 = 50).

Конструкция такого прибора — испытателя транзисторов произвольная. Ее можно сделать как приставку к авометру, амперметр которого рассчитан на измерение постоянных токов до нескольких ампер.

Производить проверку транзистора надо возможно быстрее, потому что уже при токе коллектора 250...300 мА он начинает нагреваться и тем самым вносить погрешности в результаты измерений.

Прежде чем рассмотреть способы как проверить исправность транзисторов необходимо знать, как проверять исправность p-n перехода или как правильно тестировать диоды. Именно с этого мы и начнем...

Тестирование полупроводниковых диодов

При тестировании диодов с помощью стрелочных ампервольтомметрами следует использовать нижние пределы измерений. При проверке исправного диода сопротивление в прямом направлении составит несколько сотен Ом, в обратном направлении - бесконечно большое сопротивление. При неисправности диода стрелочный (аналоговый) ампервольтомметр покажет в обоих направлениях сопротивление близкое к 0 (при пробое диода) или бесконечно большое сопротивление при разрыве цепи. Сопротивление переходов в прямом и обратном направлениях для германиевых и кремниевых диодов различно.

Проверка диодов с помощью цифровых мультиметров производится в режиме их тестирования. При этом, если диод исправен, на дисплее отображается напряжение на р-n переходе при измерении в прямом направлении или разрыв при измерении в обратном направлении. Величина прямого напряжения на переходе для кремниевых диодов составляет 0,5...0,8 В, для германиевых - 0,2...0,4 В. При проверке диода с помощью цифровых мультиметров в режиме измерения сопротивления при проверке исправного диода обычно наблюдается разрыв как в прямом, так и в обратном направлении из-за того, что напряжение на клеммах мультиметра недостаточно для того, чтобы переход открылся.

Для наиболее распространенных биполярных транзисторов их проверка аналогична тестированию диодов , так как саму структуру транзистора р-n-р или n-р-n можно представить как два диода (см. рисунок выше), с соединенными вместе выводами катода, либо анода, представляющими собой вывод базы транзистора. При тестировании транзистора прямое напряжение на переходе исправного транзистора составит 0,45...0,9 В. Говоря проще, при проверке омметром переходов база-эмиттер, база-коллектор исправный транзистор в прямом направлении имеет маленькое сопротивление и большое сопротивление перехода в обратном направлении. Дополнительно следует проверять сопротивление (падение напряжения) между коллектором и эмиттером, которое для исправного транзистора должно быть очень большое, за исключением описанных ниже случаев. Однако есть свои особенности и при проверке транзисторов. На них мы и остановимся подробнее.

Одной из особенностей является наличие у некоторых типов мощных транзисторов встроенного демпферного диода, который включен между коллектором и эмиттером, а также резистора номиналом около 50 Ом между базой и эмиттером. Это характерно в первую очередь для транзисторов выходных каскадов строчной развертки. Из-за этих дополнительных элементов нарушается обычная картина тестирования. При проверке таких транзисторов следует сравнивать проверяемые параметры с такими же параметрами заведомо исправного однотипного транзистора. При проверке цифровым мультиметром транзисторов с резистором в цепи база-эмиттер напряжение на переходе база-эмиттер будет близким или равным 0 В.

Другими «необычными» транзисторами являются составные, включенные по схеме Дарлингтона. Внешне они выглядят как обычные, но в одном корпусе имеется два транзистора, соединенные по схеме, изображенной на рис. 2. От обычных их отличает высокий коэффициент усиления - более 1000.

Тестирование таких транзисторов особенностями не отличается, за исключением того, что прямое напряжение перехода база-эмиттер составляет 1,2...1,4 В. Следует отметить, что некоторые типы цифровых мультиметров в режиме тестирования имеют на клеммах напряжение меньшее 1,2 В, что недостаточно для открывания р-n перехода, и в этом случае прибор показывает разрыв.

Тестирование однопереходных и программируемых однопереходных транзисторов

Однопереходный транзистор (ОПТ) отличается наличием на его вольт-амперной характеристике участка, с отрицательным сопротивлением. Наличие такого участка говорит о том, что такой полупроводниковый прибор может использоваться для генерирования колебаний (ОПТ, туннельные диоды и др.).

Однопереходный транзистор используется в генераторных и переключательных схемах. Для начала разберем, чем отличается однопереходный транзистор от программируемого однопереходного транзистора. Это несложно:

• общим для них является трехслойная структура (как у любого транзистора) с 2мя р-n переходами;
• однопереходный транзистор имеет выводы, называемые база 1 (Б1), база 2 (Б2), эмиттер. Он переходит в состояние проводимости, когда напряжение на эмиттере превышает значение критического напряжения переключения, и находится в этом состоянии до тех пор, пока ток эмиттера не снизится до некоторого значения, называемого током запирания. Все это очень напоминает работу тиристора ;
• программируемый однопереходный транзистор имеет выводы, называемые анод (А), катод (К) и управляющий электрод (УЭ). По принципу работы он ближе к тиристору. Переключение его происходит тогда, когда напряжение на управляющем электроде превышает напряжение на аноде (на величину примерно 0,6 В - прямое напряжение р-n перехода). Таким образом, изменяя с помощью делителя напряжение на аноде, можно изменять напряжение переключения такого прибора т.е. "программировать" его.

Чтобы проверить исправность однопереходного и программируемого однопереходного транзистора следует измерить омметром сопротивление между выводами Б1 и Б2 или А и К для проверки на пробой. Но наиболее точные результаты можно получить, собрав схему для проверки однопереходных и программируемых однопереходных транзисторов (см. схему ниже - для ОПТ - рис. слева, для программируемого ОПТ - рис. справа).

Проверка цифровых транзисторов

Рис. 4 Упрощенная схема цифрового транзистора слева, Справа - схема тестирования. Стрелка означает «+» измерительного прибора

Другими необычными транзисторами являются цифровые (транзисторы с внутренними цепями смещения). На рис 4. выше изображена схема такого цифрового транзистора. Номиналы резисторов R1 и R2 одинаковы и могут составлять либо 10 кОм, либо 22 кОм, либо 47 кОм, или же иметь смешанные номиналы.

Цифровой транзистор внешне не отличается от обычного, но результаты его «прозвонки» могут поставить в тупик даже опытного мастера. Для многих они как были «непонятными», так таковыми и остались. В некоторых статьях можно встретить утверждение - "тестирование цифровых транзисторов затруднено... Лучший вариант - замена на заведомо исправный транзистор". Бесспорно, это самый надежный способ проверки. Попробуем разобраться, так ли это на самом деле. Давайте разберемся, как правильно протестировать цифровой транзистор и какие выводы сделать из результатов измерений.

Для начала обратимся к внутренней структуре транзистора, изображенной на рис.4, где переходы база-эмиттер и база-коллектор для наглядности изображены в виде двух включенных встречно диодов. Резисторы R1 и R2 могут быть как одного номинала, так и могут отличаться и составлять либо 10 кОм, либо 22 кОм, либо 47 кОм, или же иметь смешанные номиналы. Пусть сопротивление резистора R1 будет 10 кОм, a R2 - 22 кОм. Сопротивление открытого кремниевого перехода примем равным 100 Ом. В частности, эту величину показывает стрелочный авометр Ц4315 при измерении сопротивления на пределе х1.

В прямом направлении цепь база-коллектор рассматриваемого транзистора состоит из последовательно соединенных резистора R1 и сопротивления собственно перехода база-коллектор (VD1 на рис. 1). Сопротивлением перехода, так как оно значительно меньше сопротивления резистора R1, можно пренебречь, и этот замер даст величину, приблизительно равную значению сопротивления резистора R1, которое в нашем примере равно 10 кОм. В обратном направлении переход остается закрытым, и ток через этот резистор не течет. Стрелка авометра должна показать «бесконечность».

Цепь база-эмиттер представляет собой смешанное соединение резисторов R1, R2 и сопротивления собственно перехода база-эмиттер (VD2 на рис. 4 слева). Резистор R2 включен параллельно этому переходу и практически не изменяет его сопротивления. Следовательно, в прямом направлении, когда переход открыт, ампервольтомметр вновь покажет величину сопротивления, приблизительно равную значению сопротивления базового резистора R1. При изменении полярности тестера переход база-эмиттер остается закрытым, и ток протекает через последовательно соединенные резисторы R1 и R2. В этом случае тестер покажет сумму этих сопротивлений. В нашем примере она составит приблизительно 32 кОм.

Как видите, в прямом направлении цифровой транзистор тестируется так же, как и обычный биполярный транзистор , с той лишь разницей, что стрелка прибора показывает значение сопротивления базового резистора. А по разности измеренных сопротивлений в прямом и обратном направлениях можно определить величину сопротивления резистора R2.

Теперь рассмотрим тестирование цепи эмиттер-коллектор. Эта цепь представляет собой два встречно включенных диода, и при любой полярности тестера его стрелка должна была бы показать «бесконечность». Однако, это утверждение справедливо только для обычного кремниевого транзистора.

В рассматриваемом случае из-за того, что переход база-эмиттер (VD2) оказывается зашунтированным резистором R2, появляется возможность открыть переход база-коллектор при соответствующей полярности измерительного прибора. Измеренное при этом сопротивление транзисторов имеет некоторый разброс, но для предварительной оценки можно ориентироваться на значение примерно в 10 раз меньшее сопротивления резистора R1. При смене полярности тестера сопротивление перехода база-коллектор должно быть бесконечно большим.

На рис. 4 справа подведен итог вышесказанному, которым удобно пользоваться в повседневной практике. Для транзистора прямой проводимости стрелка будет означать «-» измерительного прибора.

В качестве измерительного прибора необходимо использовать стрелочные (аналоговые) АВОметры с током отклонения головки около 50 мкА (20 кОм/В).

Следует отметить, что вышеизложенное носит несколько идеализированный характер, и на практике, могут быть ситуации, требующие логического осмысления результатов измерений. Особенно в случаях, если цифровой транзистор окажется дефектным.

Как проверить полевой МОП-транзистор

Существует несколько разных способов проверки полевых МОП-транзисторов. Например такой:

• Проверить сопротивление между затвором - истоком (3-И) и затвором - стоком (3-С). Оно должно быть бесконечно большим.
• Соединить затвор с истоком. В этом, случае переход исток - сток (И-С) должен прозваниваться как диод (исключение для МОП-транзисторов, имеющих встроенную защиту от пробоя - стабилитрон с определенным напряжением открывания).

Самой распространенной и характерной неисправностью полевых МОП-транзисторов является короткое замыкание между затвором - истоком и затвором - стоком.

Другим способом является использование двух омметров. Первый включается для измерения между истоком и стоком, второй - между истоком и затвором. Второй омметр должен иметь высокое входное сопротивление - около 20 МОм и напряжение на выводах не менее 5 В. При подключении второго омметра в прямой полярности транзистор откроется (первый омметр покажет сопротивление близкое к нулю), при изменении полярности на противоположную транзистор закроется. Недостаток этого способа - требования к напряжению на выводах - второго омметра. Естественно, цифровые мультиметры для этих целей не подходит. Это ограничивает применение такого способа проверки.

Еще один способ похож на второй. Сначала кратковременно соединяют между собой выводы затвора и истока для того, чтобы снять имеющийся на затворе заряд. Далее к выводам истока-стока подключают омметр. Берут батарейку напряжением 9 В и кратковременно подключают ее плюсом к затвору, а минусом - к истоку. Транзистор откроется и будет открыт некоторое время после отключения батарейки за счет сохранения заряда. Большинство полевых МОП-транзисторов открывается при напряжении затвор-исток около 2 В.

При тестировании полевых МОП-транзисторов следует соблюдать особую осторожность, чтобы не вывести его из строя транзистор статическим электричеством.

Как определить структуру и расположения выводов транзисторов, тип которых неизвестен

При определении структуры транзистора, тип которого неизвестен, следует путем перебора шести вариантов - определить вывод базы, а затем измерить прямое напряжение на переходах. Прямое напряжение на переходе база-эмиттер всегда на несколько милливольт выше прямого напряжения на переходе база-коллектор (при пользовании стрелочного мультиметра сопротивление перехода база-эмиттер в прямом направлении несколько выше сопротивления перехода база-коллектор). Это связано с технологией производства транзисторов, и правило применимо к обыкновенным биполярным транзисторам, за исключением некоторых типов мощных транзисторов, имеющих встроенный демпферный диод. Полярность щупа мультиметра, подключенного при измерениях на переходах в прямом направлении к базе транзистора укажет на тип транзистора: если это «+» - транзистор структуры n-p-n, если «-» - структуры р-n-р.