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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Messung von Parametern von Feldeffekttransistoren. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Messtechnik Das Gerät zur Überprüfung der Hauptparameter von Kleinleistungs-Feldeffekttransistoren basiert auf preiswerten Digitalmultimetern, eventuell sogar mit defekten Messgrenzschaltern. Dies minimiert die Arbeitskosten für die Installation und Herstellung der Struktur. Digitale Messwerte machen es etwas einfacher, Transistoren zu vergleichen und Paare für Differenzstufen auszuwählen. Die Steilheit von Transistoren wird durch einfachste Berechnung bestimmt. Aufgrund meiner Arbeit muss ich oft Geräte mit Feldeffekttransistoren reparieren. Sie werden in Modulatoren, Eingangsstufen von Verstärkern in Oszilloskopen und digitalen Voltmetern, Schaltgeräten usw. verwendet. Beispielsweise sind im Voltmeter V7-38 etwa 30 Transistoren der Serie KP301 verbaut. Diese Transistoren sind sehr empfindlich gegenüber statischer Elektrizität, und die geringste Nichteinhaltung der Installationstechnologie führt zu ihrem Ausfall. Die meisten Gerätestörungen, die mit dem Ausfall von Feldeffekttransistoren verbunden sind, können durch einfachen Austausch behoben werden. Wenn jedoch Transistoren in differentiellen oder "symmetrischen" Kaskaden verwendet werden, müssen sie gemäß den Hauptparametern ausgewählt werden.
Zu den Hauptparametern von Feldeffekttransistoren gehören der anfängliche Drainstrom, die Grenzspannung und die Steilheit. Sie zu bestimmen und damit eine Entscheidung über die Eignung eines Feldeffekttransistors für den Einsatz zu treffen, ist mit einem Gerät möglich, dessen Schaltung in Abb. 1. Indem Sie die Gate-Spannung ändern und den Drain-Strom steuern, können Sie alle drei grundlegenden Parameter herausfinden. Bei pn-Übergangs- oder IGBT-Gate-Transistoren mit eingebautem Kanal ist der anfängliche Drain-Strom ISnat der Drain-Strom bei einer Gate-Spannung von Null. Die Cutoff-Spannung U3uots ist die Gate-Spannung, bei der der Drain-Strom einen Wert nahe Null erreicht. Die Steigung der Kennlinie ist definiert als das Verhältnis der Drainstromänderung ΔIC (mA) zur verursachenden Spannungsänderung zwischen Gate und Source ΔUzi (V): nicht schwierig. Die Steilheit S eines Feldeffekttransistors mit Steuer-p-n-Übergang hängt von der Gate-Spannung U3i ab und hat bei einer Gate-Spannung von Null einen Maximalwert Smax. Gemessen werden die Werte des Anfangs-Drain-Stroms ISnach und der Abschaltspannung U3uots. die Steilheit kann näherungsweise durch die Formeln abgeschätzt werden: Smax \u2d XNUMXIsnach / Uziots S = √Isnach Ic/Uziots wobei die Spannung in Volt, der Strom in Milliampere und die Steigung in mA/V [1] angegeben sind. Für Transistoren mit isoliertem Gate kann die Steilheit bei Drainstrom Ic und Spannung Uzi mit der Formel berechnet werden S = 2Ic/|Uzi - Uziots| wo UZIots - Grenzspannung oder Schwellenspannung (für Transistoren mit induziertem Gate). Auf der Grundlage des Layouts dieses Geräts wurde ein Gerät zur Betriebsmessung der Hauptparameter von Feldeffekttransistoren und zur Überwachung ihrer Leistung hergestellt. Technische Eigenschaften Gemessene Gate-Spannung, V ............-12...+12
Das Gerät schützt den getesteten Transistor vor Beschädigung. Die Zählerschaltung ist in Abb. 2 dargestellt. 2. Um die Gate-Spannung des Transistors zu ändern, wird ein variabler Widerstand R2 verwendet, der an eine bipolare 12x3-V-Stromversorgung angeschlossen ist, wodurch es möglich ist, die Charakteristik der Steigung eines beliebigen Feldeffekttransistors mit geringer Leistung mit beiden n zu erhalten -Kanal und p-Kanal. Der Widerstand R1 wird benötigt, um den Gate-Strom zu begrenzen. Die Polarität der Spannung am Drain wird durch den Schalter SB1 geändert. Um eine Überlastung des Milliamperemeters zu vermeiden, wurde am Transistor VT1 und am Widerstand R25 ein Strombegrenzer verwendet. Die Begrenzung erfolgt bei 20 mA, da der maximal messbare Strom auf 1 mA eingestellt ist. Die Diodenbrücke VD1 sorgt für die Wirkung des Begrenzers in jeder Richtung des Drainstroms. Die Relais K2 und K2 verhindern den Ausfall des gemessenen Feldeffekttransistors durch statische Elektrizität: Bis die Taste "Messung" SB1 gedrückt wird, ist die Relaiswicklung ausgeschaltet und die Kontakte zum Anschließen des Transistors sind miteinander und mit a geschlossen gemeinsame Leitung. Beim Messen wird die Taste gedrückt und der Transistor wird über die Relaiskontakte mit den Messkreisen verbunden. Die HLXNUMX-LED zeigt an, dass der Messvorgang läuft. Der Hauptteil des Geräts – Milliamperemeter PA1 und Voltmeter PV1 – besteht aus vorgefertigten Einheiten von M890D-Multimetern. Die Basis dieser Multimeter ist der bekannte ICL7106-Chip. Diese Instrumente werden aufgrund ihres praktischen, großen Gehäuses ausgewählt, um die Arbeitskosten bei der Herstellung des Parametermessgeräts zu senken. Der Analog-Digital-Wandler (ADC) des Multimeters wird von einer bipolaren Stromversorgung mit +5/-5 V gespeist, die für die ADC-Chips und andere Teile des Geräts erforderlich ist. Der ADC-Chip verfügt über diese Fähigkeit, wenn das Multimeter wie im Schaltkreisfragment in Abb. modifiziert wird. 3 (Nummerierung der Elemente ist bedingt).
Bei dem mit Batteriestrom betriebenen Hauptschalter sind die Pins 30,32, 35 und 30 miteinander verbunden. Bei bipolarer Stromversorgung wird Pin 30 (die Low-Level-ADC-Schaltung) von diesem Punkt getrennt. In diesem Fall misst die Mikroschaltung die Potentialdifferenz zwischen den Pins 31 und 2, während der ADC-Eingang von den Leistungskreisen entkoppelt ist. Die einzige Bedingung ist, dass die Spannung in keinem der Messkreise die ADC-Versorgungsspannung relativ zum gemeinsamen Draht überschreiten darf. Eine solche Verfeinerung ist in [XNUMX] beschrieben. Mit minimalen Modifikationen ermöglicht die Mikroschaltung Spannungsmessungen bis 200 mV ohne Teiler. Um ein Voltmeter mit einer Grenze von 20 V zu bauen, das zur Messung der Gate-Spannung notwendig ist, wurde ein 1:100-Teiler verwendet, bestehend aus den Widerständen R5 und R6. Um ein Milliamperemeter mit einer Messgrenze von 20 mA aufzubauen, wird der Widerstand R7 verwendet. Bei einem Strom von 20 mA fällt darüber eine Spannung von 200 mV ab, die vom ADC gemessen wird. Im Quellkreis ist ein Milliamperemeter eingebaut, das den Transistorstrom misst. Diese Entscheidung wird durch die Unmöglichkeit, den Strom im Drain-Kreis zu messen, bestimmt, da an den Messanschlüssen des Milliamperemeters möglicherweise eine Spannung anliegt, die die Versorgungsspannung für den ADC-Chip übersteigt. Das Voltmeter ist zwischen Gate und Source angeschlossen, sodass ein Strom mit einem Maximalwert von nicht mehr als 5 μA durch den Teiler R6R12 fließt, was zu einem Fehler in den Milliamperemeter-Messwerten einer Einheit niedriger Ordnung führt, was sich herausstellt unbedeutend sein. Das Schema des Netzteils des Geräts ist in Abb. vier.
Um die Netzspannung auf 12 V zu senken, wird ein Transformator T1 verwendet. Weiterhin wird die Wechselspannung durch die Diodenbrücke VD1 gleichgerichtet und durch die Kondensatoren C1, C2 gefiltert. Bipolare Spannungsstabilisatoren + 12 / -12 V sind Mikroschaltungen DA1, DA2. Die bipolare Spannung +5 / -5 V stabilisiert die Mikrokreise DA3 und DA4. Die Stabilisatoren sind in Reihe geschaltet, um den Spannungsabfall über den Stabilisatoren DA3 und DA4 zu reduzieren. Das Schema einer bipolaren Stromversorgung kann beliebig sein; sogar eine autarke Stromversorgung, beispielsweise aus Korund-Batterien, ist möglich. Dazu müssen Sie einen Batteriespannungswandler zu dem hinzufügen, der für die Stromversorgung des restlichen Messgeräts erforderlich ist.
Details und Design. Die folgenden Teile können im Gerät verwendet werden. Widerstände R5-R7 - C2-29 oder andere mit einer Toleranz von nicht mehr als ± 0,5 %, obwohl die Werte von den im Diagramm angegebenen Werten abweichen können; die Hauptsache ist die Stabilität des Widerstands. Die restlichen Widerstände sind beliebig, zum Beispiel MLT0.125. Variabler Widerstand R2 - Multiturn, zum Beispiel RP1-53 oder für die Feineinstellung (nach einer groben Schaltung) ausgelegt - SP5-35, SP5-40. Wenn Sie keinen finden können, können die Widerstände R2 und R3 durch ein Analog ersetzt werden - einen Knoten aus zwei Variablen und zwei konstanten Widerständen, wie es in meinem Design der Fall ist. Das Diagramm eines solchen Knotens ist in Abb. 5. Der Widerstand R1 stellt die Spannung grob und R2 genau ein. Die LED kann durch andere ersetzt werden, zum Beispiel aus der Serie AL 102, AL307, KIPD, besser als die rote Farbe des Leuchtens. Diodenbrücken - KTs407 mit einem beliebigen Buchstaben, stattdessen können Sie separate Siliziumdioden mit einem zulässigen Durchschnittsstrom von mindestens 200 mA im Gleichrichter und 100 mA im Strombegrenzer verwenden. Um das Design zu vereinfachen, werden Mikroschaltungen der integrierten Stabilisatoren 7812, 7912, 7805 und 7905 verwendet, deren inländische Analoga KR142EN8B, KR1162EN12A, KR142EN5A bzw. KR1162EN5A sind. Relais - RES60 (Version RS4.569.435-07) oder ähnlich mit zwei Kontaktgruppen zum Schalten. Netzwerktransformator T1 - Jeder, der Ausgangsspannungen von 2x 15 V und einen Strom von mindestens 100 mA liefert, kann von einem Netzwerkadapter mit einer Leistung von mindestens 6 Watt entnommen werden. Die Sekundärwicklung eines solchen Transformators wird zurückgespult, um die gewünschte bipolare Spannung zu erhalten. Der Transformator und der Gleichrichter befinden sich im Adaptergehäuse, und die Stabilisatorelemente befinden sich im Gerätegehäuse. Das Gerät wird mit einem dreiadrigen Kabel mit dem Adapter verbunden. Bei einem der Multimeter ist das gesamte Messgerät montiert. Bei der Herstellung des Geräts wurden die Multimeter geöffnet und nach dem Entfernen unnötiger Teile der Platinen in einem Gehäuse zusammengefasst, wie in Abb. 6.
Zusätzliche Teile - Teilerwiderstände, ein Schalter usw. - werden entfernt (daher kann der Grund für die Herstellung eines solchen Geräts ein schwerwiegender Defekt im Schalter eines solchen Multimeters sein). Sie belassen nur einen Teil der Platine mit dem ICL7106-Chip, der Anzeige, "Umreifungs"-Elementen des Chips und der Anzeige sowie den Einschaltknöpfen, die als Schalter SB1, SB2 fungieren. Die zu diesen Schaltern führenden Leiterbahnen müssen durchtrennt werden. Die untere Abdeckung des Multimeters wird keiner Bearbeitung unterzogen, die obere Abdeckung muss jedoch modifiziert werden. Bei einem Gerät wird der Deckel abgeschnitten, sodass nur noch der Teil mit Anzeige und Knopf übrig bleibt. Die Mitte des zweiten Geräts wird dort ausgeschnitten, wo sich der Endschalter befindet, und der ausgeschnittene Teil der Struktur des ersten Geräts wird an dieser Stelle eingeklebt. Bewahren Sie beim Ausschneiden von Teilen aus den oberen Abdeckungen die Pfosten auf, in die selbstschneidende Schrauben eingeschraubt werden, um die oberen und unteren Abdeckungen zu befestigen. Oben, in der Nähe des Tasters, ist ein Widerstand angebracht, der die Spannung am Gate regelt. Unten ist ein Stecker zum Anschluss von Feldeffekttransistoren verbaut. Als Anschluss dient eine Spannzangenplatte für Mikroschaltungen. Die Mitte des Panels wird ausgeschnitten und eine Reihe von Kontakten zusammengeklebt. Die Wahl der Spannzangenplatte erfolgt aufgrund ihrer hohen Verschleißfestigkeit. In meinem Design wurde eine kleine Platine aus Folientextolit verwendet, auf der ein Panel, eine LED und ein Relais verbaut sind. Die Platine wiederum ist mit zwei Schrauben an der Frontplatte befestigt. Zusätzliche Löcher auf der Frontplatte werden mit einer zugeschnittenen Kunststoff- oder Elektrokartonplatte verschlossen, auf die das auf dem Drucker gedruckte Overlay geklebt wird, dessen Aussehen in Abb. 7.
Die meisten Transistoren haben einen zylindrischen Körper mit einem Schlüsseletikett zur Identifizierung der Pins. Die Kontakte des Steckverbinders zum Anschluss von Feldeffekttransistoren sind ihrem Verwendungszweck entsprechend so miteinander verbunden, dass jeder Transistortyp seinen eigenen Platz findet, ohne dass die Pinbelegung angegeben werden muss. In der vorgeschlagenen Version werden die Transistoren mit der Taste nach oben eingebaut. Verbindungen eines separaten Ausgangs des Transistorgehäuses mit der Source und des zweiten Gates der Transistoren der Serien KP306, KP350 mit dem Drain werden über den Stecker mit Jumpern zwischen den entsprechenden Buchsen bereitgestellt. Das Aussehen des fertigen Geräts ist in Abb. acht.
Bevor Sie das Gerät zum ersten Mal einschalten, müssen Sie die Ausgangsspannungswerte des Stabilisators überprüfen. Die Einrichtung des Gerätes besteht aus der Einstellung des Strombegrenzers und der Einstellung der Referenzspannungen des Milliamperemeters und Voltmeters. Um den Begrenzer einzustellen, müssen Sie ein Standard-Milliamperemeter zwischen den Kontakten „C“ und „I“ des Anschlusses zum Anschluss des zu messenden Transistors anschließen, die Taste „Messung“ drücken und den Widerstand R1 auswählen, um einen Wert von 25 zu erreichen... 30mA. Sie können den Transistor im Voraus entsprechend dem Strombegrenzungsparameter auswählen, dann wird der Widerstand R1 durch eine Brücke ersetzt. Als nächstes wird ein Standard-Milliamperemeter in Reihe mit einem variablen Widerstand an dieselben Kontakte angeschlossen, der Strom wird auf 10 mA eingestellt und der Referenzspannungs-Einstellwiderstand wird verwendet, um die gleichen Messwerte auf dem Milliamperemeter des Instruments zu erzielen. Um das Voltmeter einzustellen, wird ein Referenzvoltmeter an die Klemmen „3“ und „I“ angeschlossen, die Gate-Spannung wird mit dem Gerätewiderstand auf 10 V eingestellt und die gleichen Messwerte werden mit dem Gerätevoltmeter-Einstellwiderstand eingestellt. Aufgrund der Tatsache, dass FETs durch statische Elektrizität beschädigt werden können, kann das folgende Verfahren zum Betreiben des Instruments empfohlen werden. Vor dem Anschließen sollten alle Ausgänge des Feldeffekttransistors mit einer Drahtbrücke dazwischen geschlossen werden. Die Art der Kanalleitfähigkeit wird am Gerät eingestellt (n- oder p-Kanal), die Taste „Messung“ wird gedrückt. Der Feldeffekttransistor wird an seine Buchse angeschlossen, der Jumper von den Klemmen entfernt, die Schaltfläche "Messung" gedrückt und seine Parameter gesteuert. Drücken Sie nach der Messung den Taster, schließen Sie die Transistorzuleitungen zueinander und entfernen Sie den Transistor aus der Fassung. Mit Hilfe des Geräts ist es einfach, jede Art von Fehlfunktion von Feldeffekttransistoren zu diagnostizieren. Wie die Praxis gezeigt hat, sind die meisten Transistorfehlfunktionen auf einen großen Gate-Leckstrom, einen Durchbruch oder einen offenen Kanal oder einen internen Bruch in einem der Anschlüsse zurückzuführen. Wenn beim Drücken der Taste „Measurement“ die Spannung am Gate gegenüber dem eingestellten Wert abfällt, dann kommt es zu einem Leckstrom vom Gate. Der Milliamperemeter-Messwert wird bei keiner Gate-Spannung Null sein. In allen anderen Fällen weist die Unfähigkeit, den anfänglichen Drainstrom und die Grenzspannung zu messen, auf eine Fehlfunktion des gemessenen Halbleiterbauelements hin. Literatur
Autor: V. Andryushkevich, Tula; Veröffentlichung: radioradar.net
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