Транзисторы, наряду с конденсаторами, резисторами, — одни из основных элементов на платах электроприборов, почти всегда присутствуют в схемотехнике. Эти детали от небольшого импульса управляют током, поэтому некорректный подбор, любая поломка ведет к существенному нарушению функциональности устройств, а часто из-за этого они перегорают. Опишем способы, как проверить транзистор, а это потребуется сделать при анализе неисправностей электроприборов и при подборе запчастей для сборок.
Что такое транзистор
Транзисторы вытеснили электролампы, позволили уменьшить количество реле, переключателей в устройствах. Это полупроводниковые триоды — радиоэлектронные компоненты из полупроводников, стандартно имеют 3 вывода.
Транзисторы, предназначенные для управления током, то есть основным силовым фактором электросхем, именно его удар (не напряжения) несет опасность для человека.
Элемент способен контролировать чрезвычайно высокие величины в выходных цепях при подаче слабого входного сигнала. Транзисторы повышают, генерируют, коммутируют, преобразовывают электросигналы, это основа микроэлектроники, электроустройств.
Разновидности по принципу действия:
- биполярный транзистор из 2 типов проводников, в основе функционирования – взаимодействие на кристалле соседних p-n участков. Состоят из эмиттера/коллектора/базы (далее, эти термины будем сокращать): на последнюю идет слабый ток, вызывающий модификацию сопротивления (дальше по тексту «сопр.») в линии, состоящей из первых 2 элементов. Таким образом, протекающая величина меняется, сторона ее однонаправленности (n-p-n или p-n-p) определяется характеристиками переходов (участков) в соответствии с полярностью подключения (обратно, прямо). Управление осуществляется модулированием тока на сегменте база/эмит., вывод последнего всегда общий для сигналов управления и выхода;
- полевой. Тип проводника один — узкий канал, подпадающий под электрополе обособленного затворного прохода. Контроль основывается на модуляции количества Вольт между ним и истоком. А между последним и стоком течет электроток (2 рабочие контакты). Величина имеет силу, зависящую от сигналов, формируемых между затвором (контакт контроля) и одной из указанных частей. Есть изделия с p-n участком управления (рабочие контакты подключаются к p- или n-полупроводнику) или с обособленными затворами.
У полевиков есть варианты полярности, для управления требуется низкий вольтаж, из-за экономичности их ставят в радиосхемы с маломощными БП. Биполярные варианты активируются токами. В аналоговых сборках превалируют вторые (БТ, BJT), в цифровых (процессоры, компьютеры) — первые. Есть также гибриды — IGBT, применяются в силовых схемах.
Цоколевка
У биполярных транзисторов средней и большой мощности цоколевка одинаковая в основном, слева направо — эмиттер, коллектор, база. У транзисторов малой мощности лучше проверять. Это важно, так как при определении работоспособности, эта информация нам понадобится.
Внешний вид биполярного транзистора средней мощности и его цоколевка
То есть, если вам необходимо определить рабочий или нет биполярный транзистор, нужно искать его цоколевку. Хотите убедиться или не знаете, где «лицо», то ищите информацию в справочнике или наберите на компьютере «имя» вашего полупроводникового прибора и добавьте слово «даташит». Это транслитерация с английского Datasheet, что переводится как «технические данные». По этому запросу вам в выдаче будет перечень характеристик прибора и его цоколёвка.
Читать также: Навес над воротами и калиткой фото
Проверка биполярных типов
Ниже схема проверки npn, pnp транзисторов тестером, после нее распишем процедуру по пунктам.
Биполярный транзистор снабжен p-n линиями — условно, это диоды, а точнее, 2 таковых расположенных встречно, точка их пересечения — «база».
Один условный диод сконструирован контактами базы/коллект., иной — базы/эмит. Для анализа хватит посмотреть сопр. (прямо и обратно) указанных участков: если там нет неполадок, то деталь без изъянов.
Проверка своими руками без выпаивания биполярного pnp, npn транзистора предполагает прозвонку 3 комбинаций ножек:
Вариант p-n-p
Структуры (типы) показывает стрелка эмит. участка: p-n-p/n-p-n (к базе/от нее). Начнем с проверки первого варианта. Раскрываем p-n-p деталь подачей на базу минусового напряжения. На мультиметре селектор ставим на замеры Ом на о, допускается также выставлять на «прозвонку».
Жила «−» (черная) — на ножку базы. Плюс (красная) — поочередно к коллект., эмит. Если участки не поврежденные, то отобразят около 500–1200 Ом.
Дальше опишем, как прозвонить обратное сопр.: «+» – на базу, «−» — на колл. и эмит. Должно отобразиться высокое сопр. на обоих p-n участках. У нас появилась «1», то есть для выставленной рамки в «2000» значение превышает 2000. Значит, 2 перехода без обрывов, изделие исправное.
Аналогично, как описано, можно прозвонить на исправность транзистор, не выпаивая из схемы. Реже есть сборки, где к переходам применено основательное шунтирование, например, резисторами. Тогда, если отобразится слишком низкое сопр., потребуется выпаивать деталь.
Структура n-p-n
Элементы n-p-n проверяются аналогично, только на базу от тестера идет щуп «+».
Признаки неисправности
Если сопр. (прямое и обратное) одного из участков (p-n) стремится к бесконечности, то есть на о и выше на дисплее «1», значит, данный участок имеет обрыв, транзистор не годный. Если же «0» — изделие также с изъяном, пробит участок. Прямое сопр. там должно быть 500–1200 Ом.
Как проверить транзистор не выпаивая его?
Выпаивание любой детали из электроприбора очень ответственно дело, при котором допущение малейшей ошибки может полностью вывести из строя любой электроприбор.
Так как проверить транзистор не выпаивая его из схемы?
- Сначала нужно убедиться в его целостности.
- Затем проверить его генерацию.
- Далее вам следует обратить внимание на Л2, которое находится близ размыкания красных щупов.
- Свечение лампы Л2 свидетельствует о его работоспособности.
Если лампа Л2 не будет гореть, то это является верным признаком того, что прибор сломан. В таком случае не рекомендуется чинить его самостоятельно, так как велика вероятность того, что во время ремонта вы повредить остальные детали.
Советуем вам обратиться с такой проблемой к грамотному специалисту, который сможет починить транзистор.
Где база, коллектор, эмиттер
Определяем базовую ножку (режим тот же — «2000 Ом»): «+» тестера касаемся левого контакта, «−» — остальных поочередно.
Ножки левая/средняя «1», левая/правая — 816 Ом. Пока это малоинформативно. Щупом «+» — на средний контакт, «−» — на остальные.
Результат схожий. Следующий этап: «+» на правую ножку, «−» — на среднюю и затем на левую.
Получаем по «1», то есть сопр. одинаковое на этих участках и оно идет к бесконечности. Выходит, что мы замерили обратную эту величину на обоих p-n сегментах. Итак, база — это правая ножка. Но полная процедура как проверить исправность предполагает нахождение колл. и эмит. замерами прямого сопр. Минусом касаемся базового вывода, «+» — остальных.
Ножка слева — 816 Ом, это эмит., средняя — 807 Ом, это коллект., там значение всегда ниже.
Итог такой:
- имеющийся тип — p-n-p;
- база справа, эмит. — слева; колл. — посередине.
Разновидности
В современной электронике используется 2 основных типа усилителей сигнала: полевые и биполярные. Каждый тип наделен способностью к электрической проводимости и усилению.
Полевой транзистор
Полевые транзисторы предназначаются для управления сигналом используя для этого электромагнитное поле. Такой элемент состоит из:
- Затвора, который служит регулятором поступающего напряжения.
- Стока, из канала которого выходят заряды.
- Истока, через который заходят электрические заряды.
В подобных элементах заключен полупроводниковый материал, вокруг которого расположены области с противоположной проводимостью. При подаче напряжения на затвор элемента, области расширяются, что способствует прохождению электрического тока. За счет входящего напряжения на затвор, можно регулировать проводимость элемента. Создаваемое пространство между областями является каналом транзистора. Существует 2 типа каналов:
- Встроенный открывает путь токам с определенными амплитудами. При соответствующей полярности и амплитуде, появляется возможность регулировать ширину канала, а значит влиять на общую проводимость.
- Индуцированный является закрытым каналом. Он открывается, только если на затвор подается определенное напряжение.
Таким образом полевые элементы делятся на постоянно открытые и закрытые. Их отличают следующие параметры:
- Сопротивление на входе.
- Характеристика амплитуды.
- Подаваемая на полупроводник полярность.
Оба вида транзисторов могут использоваться на одной плате, для создания сигналов необходимой величины.
Биполярные
Биполярный транзистор работает по принципу одновременного прохождения электронов с разной полярностью. Для этого в их конструкции используется 3 области полупроводников. Биполярные транзисторы бывают 2 типов: PNP и NPN. Элементы типа N имеют отрицательный заряд на входе, тип P положительный. Биполярные радио детали состоят из:
- Коллектора для самого большого амплитудного тока.
- Базы для управления амплитудным током.
- Эмиттера для выхода тока с коллектора.
Для транзисторов типа N, ток протекает с эмиттера на коллектор. Для типов P, ток протекает с коллектора через базу на эмиттер. Узнать, какой транзистор находится в схеме, можно по стрелке в обозначении. Также к биполярным относятся строчные элементы. У них больший порог прохождения электрического напряжения, так как они находятся под сильной нагрузкой.
Далее будут даны пошаговые инструкции как проверить транзистор мультиметром.
Проверка полевых транзисторов
Прозвонка, не выпаивая, полевого транзистора, схожая как для не смонтированного экземпляра. Полевики чувствительные к статике — перед мероприятием ее снимают заземлением. Достаточно прикоснуться одной рукой к запчасти, другой — к отопительным батареям. Для проверки полевых транзисторов перед процедурой определяют их цоколевку.
Метки, по которым можно определить выводы (не всегда есть, особенно на отечественной продукции): S — исток, D — сток, G — затвор. Смотрят также техдокументацию, данные есть в интернете.
Как проверить полевой транзистор:
- Снимаем статику.
- Ставим режим для полупроводников («прозвонка»).
- Красный провод «+» и черный «–» вставляем в соответствующие гнезда мультиметра.
- «+» к истоку, «−» — к стоку. Рабочее состояние — 0.5–0.7 В.
- Меняем щупы. Если цифры идут к бесконечности — транзистор исправный.
- «+» к затвору, «−» к истоку, происходит открытие. Последний провод не отсоединяем, первым — к стоку. Рабочий экземпляр покажет 0–800 мВ. Меняем полярность проводков — значения не должны меняться.
- Выполняем закрытие: «−» — на затвор, «+» — на исток.
Определяют исправность полевика по его открытию/закрытию (наблюдается ли это вообще) подачей слабого вольтажа с тестера. Входная емкость в элементе большая, для разрядки требуется определенное время. Это имеет значение, так как сначала происходит открытие небольшим напряжением мультиметра (п. 4), а далее надо провести замеры в рамках короткого периода (п. 6, 7).
Процедура как проверить полевой транзистор p типа такая же, как и для n, только подсоединять надо красный щуп к «−», а черный — к «+», то есть поменять полярность.
Как проверить транзистор мультиметром со встроенной функцией
Начнём с того, что есть мультиметры с функцией проверки работоспособности транзистора и определения коэффициента усиления. Их можно опознать по наличию характерного блока на лицевой панели. В ней есть гнездо под установку транзистора, круглая цветная пластиковая вставка с отверстиями под ножки полупроводникового прибора. Цвет вставки может быть любым, но обычно, он выделяется.
Первым делом переводим переключатель диапазонов (большую ручку) в соответствующее положение. Опознать режим можно по надписи — hFE. Перед тем как проверить транзистор мультиметром, определяемся с типом NPN или PNP.
Мультиметр с функцией проверки транзисторов
Далее рассматриваем разъёмы, в которые надо вставлять электроды. Они подписаны латинскими буквами: E — эмиттер, B — база, C — коллектор. В соответствии с надписями, ставим выводы полупроводникового элемента в гнёзда. Через несколько мгновений на экране высвечивается результат измерений, это коэффициент усиления транзистора. Если прибор неисправен, показаний не будет, транзистор неисправен.
Как видите, проверить рабочий транзистор или нет мультиметром со встроенной функцией проверки просто. Вот только в гнёзда нормально вставляются далеко не все электроды. Удобно устанавливать транзисторы с тонкими выводами S9014, S8550, КТ3107, КТ3102. У больших, надо пинцетом или плоскогубцами менять форму выводов, ну а транзистор на плате так не проверишь. В некоторых случаях проще проверить переходы транзистора в режиме прозвонки и определить его исправность.
Составные транзисторы
Чтобы проверить составной транзистор, надо его запустить. Удобно применять стрелочный тестер, установленный на анализ сопр. (1000 или 2000 Ом). Для типа n-p-n: щуп «+» — на коллект., минусовый — на эмит. Для pnp — наоборот. Стрелка будет нерушимой (в начале секции «бесконечность»), а в цифровом мультиметре «1». Если увлажнить палец и сделать замыкание, прикоснуться им к ножке базы и коллектора, то стрелка подвинется, так как деталь чуть приоткроется. Исправность транзистора подтверждена.
Пара Шиклаи и каскодная схема
Другое название составного полупроводникового триода – пара Дарлингтона. Кроме неё существует также пара Шиклаи. Это сходная комбинация диады основных элементов, которая отличается тем, что включает в себя разнотипные транзисторы.
Что до каскодной схемы, то это также вариант составного транзистора, в котором один полупроводниковый триод включается по схеме с ОЭ, а другой по схеме с ОБ. Такое устройство аналогично простому транзистору, который включён в схему с ОЭ, но обладающему более хорошими показателями по частоте, высоким входным сопротивлением и большим линейным диапазоном с меньшими искажениями транслируемого сигнала.
Проверка IGBT
IGBT имеют изолированный затвор, это 3-электродные силовые полупроводниковые элементы. Тут каскадным включением соединяются 2 транз. в 1 структуре: полевик и биполярный (управляющий и силовой каналы).
Проанализировать можно транзистор на плате и выпаянный аналогичным методом. Тестер ставят на анализ полупроводников («прозвонка», значок диода) или сопр. 2000 Ом. Затем замеряют сопр. на участке эмит./затвор прямо и обратно. Так выявим замыкание, если оно есть. Далее, красный провод подключают к эмит., черным делают краткое касание затвора. Происходит заряд последнего отрицательным напряжением, транзистор останется закрытым.
Следующий пункт — надо подтвердить функциональность. Заряжают плюсовым напряжением входной участок затвор-эмит.: одновременно коротко красной жилой касаются затвора, черной — эмит.
Далее, проверяем переходную точку между колл. и эмит.: красный провод к первому, черный — к другому. Если отобразится слабое падение значения на 0.5–1.5 В и величина будет несколько сек. стабильной, то вх. емкость целая, транзистор рабочий.
Проверка мощных высоковольтных транзисторов имеет особенность. Если напряжения мультиметра не хватает, чтобы открыть IGBT, то для его зарядки на выходе используют источники на 9–15 В, например, батарейку «крону» 9 В.
Основные типы транзисторов
Существует два основных типа транзисторов – биполярные и полевые. В первом случае выходной ток создается при участии носителей обоих знаков (дырок и электронов), а во втором случае – только одного. Определить неисправность каждого из них поможет прозвонка транзистора мультиметром.
Биполярные транзисторы по своей сути являются полупроводниковыми приборами. Они оборудованы тремя выводами и двумя р-п-переходами. Принцип действия этих устройств предполагает использование положительных и отрицательных зарядов – дырок и электронов. Управление протекающими токами выполняется с помощью специально выделенного управляющего тока. Данные устройства широко применяются в электронных и радиотехнических схемах.
Биполярные транзисторы состоят из трехслойных полупроводников двух типов – «р-п-р» и «п-р-п». Кроме того в конструкции имеется два р-п-перехода. Соединение полупроводниковых слоев с внешними выводами осуществляется через невыпрямляющие полупроводниковые контакты. Средний слой считается базой, которая подключается к соответствующему выводу. Два слоя, расположенные по краям, также подключены к выводам – эмиттеру и коллектору. На электрических схемах для обозначения эмиттера используется стрелка, показывающая направление тока, протекающего через транзистор.
В разных типах транзисторов у дырок и электронов – носителей электричества могут быть собственные функции. Более всего распространен тип п-р-п из-за лучших параметров и технических характеристик. Ведущую роль в таких устройствах играют электроны, выполняющие основные задачи по обеспечению всех электрических процессов. Они примерно в 2-3 раза более подвижные, чем дырки, поэтому и обладают повышенной активностью. Качественные улучшения приборов происходят также за счет площади перехода коллектора, которая значительно больше площади перехода эмиттера.
В каждом биполярном транзисторе имеется два р-п-перехода. Когда выполняется проверка транзистора мультиметром, это позволяет проверять работоспособность устройств, контролируя значения сопротивлений переходов при подключении к ним прямого и обратного напряжения. Для нормальной работы п-р-п-устройства на коллектор подается положительное напряжение, под действием которого открывается базовый переход. После возникновения базового тока, появляется коллекторный ток. При возникновение в базе отрицательного напряжения, транзистор закрывается и течение тока прекращается.
Базовый переход в р-п-р-устройствах открывается под действием отрицательного напряжения на коллекторе. Положительное напряжение дает толчок для закрытия транзистора. Все необходимые коллекторные характеристики на выходе можно получить, плавно изменяя значения тока и напряжения. Это позволяет эффективно проверить биполярный транзистор тестером.
Существуют электронные устройства, все процессы в которых управляются действием электрического поля, направленного перпендикулярно току. Эти приборы называются полевыми или униполярными транзисторами. Основными элементами являются три контакта – исток, сток и затвор. Конструкция полевого транзистора дополняется проводящим слоем, исполняющим роль канала, по которому течет электрический ток.
Данные устройства представлены модификациями «р» или «п»-канального типа. Каналы могут располагаться вертикально или горизонтально, а их конфигурация бывает объемной или приповерхностной. Последний вариант также разделяется на инверсионные слои, содержащие обогащенные и обедненные. Формирование всех каналов происходит под воздействием внешнего электрического поля. Устройства с приповерхностными каналами имеют структуру, в состав которой входит металл-диэлектрик-полупроводник, поэтому они называются МДП-транзисторами.
Цифровые транзисторы
Цифровой транзистор — особый вид, есть особенности как правильно его проверить.
Составными частями цифровых транзисторов являются резист. (R1 и 2), их номинал одинаковый (10, 22, 47 кОм) или смешанный, разный. Внешне изделие имеет обычный вид, но при «прозвонке» возникают существенные различия.
Удобный прибор для проверки транзисторов — ампервольтметр, можно взять и multimeter. При прямонаправленности, при открытом сегменте, на тестере появится сопр. приблизительно сравнимое с базовым резист. R1. При изменении полярности щупов точка база/эмит. закрытая, ток течет через последовательно включенные резист. R1 (10 кОм) и 2 (22 кОм), на табло будет сумма их сопр., в нашем примере 32 кОм.
Сегмент база-эмит. (VD2) шунтируется резистором R2. Сопротивление там должно быть примерно в 10 раз ниже R2, а при смене полярности АВОметра — бесконечно большим.
Конструкция и детали.
Из-за простоты устройства печатная плата не разрабатывалась, все элементы распаиваются на выводах переключателей и разъёмов. Всю конструкцию можно собрать в корпусе небольшого размера, всё будет зависеть от габаритов применённого трансформатора и переключателей.
При испытании мощных биполярных транзисторов на больших токах (100мА и 500мА) их необходимо закрепить на радиаторе! Если пластинчатый радиатор смонтировать на одной из стенок прибора или сам радиатор использовать в качестве стенки прибора, то это сделает пользование устройством более удобным. Радиатор, который всегда с собой! Это существенно ускорит процесс испытания мощных транзисторов в корпусах ТО220, ТО126, ТОР3, ТО247 и аналогичных.
Микросхему стабилизатора блока питания также необходимо установить на небольшой радиатор. Диодный мост подойдёт любой на ток 1А и выше. В качестве трансформатора можно использовать подходящий малогабаритный, мощностью от 10Вт с напряжением вторичной обмотки 10-14В.
Опционально: в приборе для проверки транзисторов предусмотрены гнёзда для подключения второго мультиметра (включенного в режим измерения постоянного напряжения на предел 2-3В). Подсмотрел эту идею на одном из форумов. Это позволяет измерить Uбэ транзистора (при необходимости вычислить крутизну). Данная функция очень удобна при подборе биполярных транзисторов одной структуры для ПАРАЛЛЕЛЬНОГО включения в одном плече выходного каскада усилителя. Если при одном и том же токе напряжения Uэб отличаются не более чем на 60мВ, то такие транзисторы можно включать параллельно БЕЗ эмиттерных токовыравнивающих резисторов. Теперь вы понимаете, почему усилители фирмы Accuphase, где в выходном каскаде в каждом плече включено параллельно до 16 транзисторов, стоят таких денег?
Перечень используемых элементов:
Резисторы: R3 — 820 Ом, 0,25Вт, R4 — 1к2, 0,25Вт, R5 — 510 Ом, 0,25 Вт, R6 — 260 Ом, 0,25Вт R7 — 5,1 Ом, 5Вт (лучше больше), R8 — 26 Ом, 1 Вт, R9 — 51 Ом, 0,5Вт, R10 — 1к8, 0,25 Вт.
Конденсаторы:
С1 — 100nF, 63V, C2 — 1000uF, 35V, C3 — 470uF, 25V
Коммутация:
S1 — переключатель типа П2К или галетный на три положения с двумя группами контактов на замыкание, S2 — переключатель типа П2К, тумблер или галетный с одной группой контактов на переключение, S3 — переключатель типа П2К или галетный на два положения с четырьмя группами контактов на переключение, S4 — кнопка без фиксации, S5 — сетевой выключатель
Активные элементы:
T3 — транзистор типа КТ3102 или любой маломощный n-p-n типа с высоким коэффициентом усиления, D3 — TL431, VR1 — интегральный стабилизатор 7812 (КР142ЕН8Б), LED1 — светодиод зелёного цвета, BR1 — диодный мост на ток 1А.
Разное:
Tr1 — трансформатор мощностью от 10Вт, с напряжением вторичной обмотки 10-14В, F1 — предохранитель на 100mA…250mA, клеммы (подходящие доступные) для подключения измерительных приборов и испытуемого транзистора.
Проверка тиристоров
Рассмотрим также как прозванивать тиристоры, они во многом напоминают рассматриваемые детали. Тут есть 3 p-n сегмента, а режим после сигнала управления не меняется — в этом и заключается разница. Структуры идут поочередно как полосы на зебре. Thyristor открыт, пока значение протекающей величины не спадет «до тока удержания». Такие детали позволяют создавать экономные схемы.
Мультиметр ставят на отметку 2000 Ом. Чтобы открыть проверяемый thyristor, черную жилу — к катоду, красную — к аноду. Деталь открывается как зарядом «+», так и «−». В двух случаях сопр. должно быть меньше «1». Деталь открытая, если величина управляющего импульса превысит рамку удержания, если меньше — ключ закрывается.
Сборка кустарного пробника
Самодельный прибор (пробник) позволит мгновенно определить исправность transistor любого типа. Приведем элементарную действенную схему.
Что потребуется (всего рабочих 3 компонента):
- основа — любой небольшой понижающий трансф. (из импульсн. БП, балласта лампочек экономок, небольших электроприборов). У нашего первичка из 24 витков со средним отводом; вторичка — 15;
- далее, 2 элемента. Светодиод подсоединяется к вторичке через резист. 100 Ом, мощность его не важная, как и полярность первого элемента, поскольку на выходе возникает переменная величина.
Есть также гнездо для вставки проверяемых деталей согласно цоколевке. Для биполярных прямопроводных типов (КТ 814…818 и так далее) база идет через резист. на один из контактов трансформ., средний вых. которого (отвод) подключен к «+» питания. Эмит. подсоединяем к «−» питания, коллект. — к свободному вых. первички. Если проводимость у детали обратная, то просто меняем «+» и «−». Аналогично с полевиками, главное — соблюсти цоколевку. Если после подачи питания появится свет, то изделие рабочее.
Пробник запитывается от 3.7–6 В, подойдет свинцовая или литий-ионная аккумуляторная батарейка.
Итог
Любой транзистор проверяется мультиметром. Надо узнать назначение его ножек (база/колл./эмит., сток/исток/затвор). Далее, тестер поставить на «прозвонку» или на отметку 2000 Ом. Затем проанализировать прямое и обратное сопр. По результату можно определить работоспособность транзистора. А также можно проанализировать коэф. усиления: на тестере есть специальное гнездо и отметка hFE.
