Как работают полевые транзисторы и как проверить полевой транзистор мультиметром

Как паять полевые транзисторы правильно и безопасно: 5 советов

Рекомендую новичкам на этот вопрос обратить самое пристальное внимание. Тогда разочарования от проделанной работы у вас не возникнет

Где спрятана засада или чем опасна статика для электроники

В повседневной жизни статическое электричество мы ощущаем редко, например, при расчесывании волос пластиковой расческой, выходе из автомобиля после поездки или в некоторых других случаях.

Обычно статика доставляет нашему организму небольшие неприятности, которые просто раздражают. Но с полупроводниками дела обстоят иначе.

У МОП транзисторов очень тонкий слой изоляции между затвором и материалом канала. Он образует емкостную связь затвор-исток, затвор-сток. Причем сам диэлектрик создает этот эффект, работая как емкость.

Мы знаем, что любой конденсатор выпускается для работы под определенным напряжением. Если его превысить, то происходит пробой изоляции. Для повреждения оксидной пленки полевика обычно достаточно десятка вольт, а иногда и меньше.

Теперь показываю фотографиями какие опасности мы можем создать своими руками для транзисторов, если не будем соблюдать правила их пайки.

Я взял свой любимый трансформаторный паяльник Момент, включил его шнур питания в розетку, но кнопку включения не нажимал. Один конец провода мультиметра через крокодил посадил на жало, а второй — просто прислонил к пальцу. Установил режим вольтметра переменного тока.

Прибор показывает 28 вольт. Вот такие наводки создаются даже при обесточенном трансформаторе.

Продолжаю эксперимент. Черный щуп оставил на прежнем месте, а красный прислонил к диэлектрической поверхности табуретки, где размещены все приборы.

Почти 6,4 вольта. Когда отделил красный щуп воздушным пространством — показание стало вообще 8 вольт.

А ведь это совершенно случайные замеры, результаты которых зависят от множества факторов, что значит: напряжение может быть значительно больше или меньше.

Мы можем даже не чувствовать эту статику, но ее случайный разряд способен выжечь тонкий полупроводниковый переход кристалла.

Чтобы этого не допустить важно соблюдать обязательные рекомендации

Совет №1: шунтирование выводов

Исключить повреждение полупроводниковых переходов при хранении и работе можно содержанием микросхем, транзисторов, изделий интегральной электроники в слое фольги.

Аналогичный результат, в частности, получается, если обмотать контакты их выводов тонкой медной проволочкой без изоляции.

Совет №2: снятие статики с работающего оборудования

Работать лучше всего профессиональной паяльной станцией с заземленным наконечником. Если ее нет, то заземлите отдельными проводниками жало паяльника и монтажную плату. Выводы транзистора зашунтируйте тонкой проволочкой, которая будет снята после пайки.

Снять опасный потенциал статики с пинцета и инструмента, которым будете работать, позволяет заземляющий браслет на руке или иной части тела. Его сопротивление в 1 МОм исключает возможность опасного статического разряда.

Совет №3: подготовка рабочего места

Сухой воздух северных широт, особенно зимой, способствует накоплению статики на окружающих предметах. Увлажнители и мойки воздуха успешно борются с этим явлением.

Антистатический коврик сразу надежно снимает статические потенциалы, воздействия электрических помех из окружающей среды.

Совет№4: профессиональные смеси

Специальный флюс марки FluxOff не только отлично смывает канифоль и следы от коррозии, но реально убирает статику. Им достаточно просто смочить плату.

Совет №5: быстрая пайка

Выбирайте минимально необходимую мощность паяльника, но работайте им быстро. Опытные ремонтники умудряются разогреть жало, взять им припой, обесточить паяльник и затем припаять деталь на место.

Часть современных микросхем и транзисторов имеет защиту от статики, но это не отменяет необходимости соблюдать правила безопасной пайки со всеми остальными изделиями.

История

Первый MOSFET был изобретен Мохамедом Аталлой и Давоном Кангом в Bell Labs в 1959 году и представлен в 1960 году. Первый отчет о FGMOS был позже сделан Давоном Кангом и Саймоном Мин Сзе в Bell Labs и датируется 1967 годом. Применение FGMOS было ячейками памяти с плавающим затвором , которые, как предложили Канг и Сзе, можно было использовать для создания перепрограммируемого ПЗУ ( постоянное запоминающее устройство ). Первоначальным применением FGMOS была цифровая полупроводниковая память для хранения энергонезависимых данных в EPROM , EEPROM и флэш-памяти .

В 1989 году Intel использовала FGMOS в качестве аналогового элемента энергонезависимой памяти в своем электрически обучаемом чипе искусственной нейронной сети (ETANN), продемонстрировав потенциал использования устройств FGMOS для приложений, отличных от цифровой памяти.

Три исследовательских достижения заложили основу для большей части нынешних разработок схем FGMOS:

1. Томсена и Брук демонстрация и использование туннелирования электронов в стандартном КМОПЕ дважды поли процесс позволил многим исследователям исследовать FGMOS Circuits концепцию без необходимости доступа к специализированным процессам изготовления.
2. Ν МОП, или нейрон-МОП, схема подход Shibata и Оми при условии , что первоначальное вдохновение и основу для использования конденсаторов для линейных вычислений. Эти исследователи сосредоточились на свойствах схемы FG, а не на свойствах устройства, и использовали либо ультрафиолетовый свет для выравнивания заряда, либо имитировали элементы FG, открывая и закрывая переключатели MOSFET.
3. Адаптивная сетчатка Карвера Мида дала первый пример использования непрерывно работающих методов программирования / стирания FG, в данном случае ультрафиолетового света, в качестве основы технологии адаптивных схем.

Полевые транзисторы с управляющим p-n переходом

Схематически полевой транзистор с управляющим p-n переходом можно представить в виде пластины, к торцам которой подключены электроды, исток и сток. На рис. показана структура и схема включения полевого транзистора с каналом n-типа:

В транзисторе с n-каналом основными носителями заряда в канале являются электроны, которые движутся вдоль канала от истока с низким потенциалом к стоку с более высоким потенциалом, образуя ток стока Ic. Между затвором и истоком приложено напряжение, запирающее p-n переход, образованный n-областью канала и p-областью затвора.

При подаче запирающего напряжения на p-n-переход Uзи на границах канала возникает равномерный слой, обедненный носителями заряда и обладающий высоким удельным сопротивлением. Это приводит к уменьшению проводящей ширины канала.

Изменяя величину этого напряжения, можно изменить сечение канала и, следовательно, изменять величину электрического сопротивления канала. Для полевого n-канального транзистора потенциал стока положителен по отношению к потенциалу истока. При заземленном затворе от стока к истоку протекает ток. Поэтому для прекращения тока на затвор нужно подать обратное напряжение в несколько вольт.

Значение напряжения Uзи, при котором ток через канал становится практически равен нулю, называется напряжением отсечки Uзап

Таким образом, полевой транзистор с затвором в виде p-n-перехода представляет собой сопротивление, величина которого регулируется внешним напряжением.

Полевой транзистор характеризуется следующей ВАХ:

Здесь зависимости тока стока Iс от напряжения при постоянном напряжении на затворе Uзи определяют выходные, или стоковые, характеристики полевого транзистора. На начальном участке характеристик Uси + |Uзи| < Uзап ток стока Iс возрастает с увеличением Uси. При повышении напряжения сток — исток до Uси = Uзап — |Uзи| происходит перекрытие канала и дальнейший рост тока Iс прекращается (участок насыщения). Отрицательное напряжение Uзи между затвором и истоком смещает момент перекрытия канала в сторону меньших значений напряжения Uси и тока стока Iс. Участок насыщения является рабочей областью выходных характеристик полевого транзистора. Дальнейшее увеличение напряжения Uси приводит к пробою р-n-перехода между затвором и каналом и выводит транзистор из строя.

На ВАХ Iс = f(Uзи) показано напряжение Uзап. Так как Uзи ≤ 0 p-n-переход закрыт и ток затвора очень мал, порядка 10-8…10-9 А, поэтому к основным преимуществам полевого транзистора, по сравнению с биполярным, относится высокое входное сопротивление, порядка 1010…1013 Ом. Кроме того, они отличаются малыми шумами и технологичностью изготовления.

Практическое применение имеют две основные схемы включения. Схема с общим истоком (рис. а) и схема с общим стоком (рис. б) , которые показаны на рисунке:

Детали пробника

PA1 — микроамперметр типа М4200 с током 300 мкА, со шкалой на 15 В, возможно использовать другие, от его габаритов завесит размер корпуса, при подборе R3, R4 при настройке, R1, R2 — СП4-1, СПО-1 сопротивлением от 4,7 кОм до 47 кОм, R3, R4 — МЛТ-0,25, С2-23 и другие. Переключатели SA1 — 3П12НПМ, 12П3Н ,ПГ2, ПГ3, П2К, SB1 — П2К. Тумблеры SA2 — SA4 — МТ-1, П1Т-1-1 и другие. Трансформатор ТР1 в преобразователе выполнен в ферритовом броневом магнитопроводе внешним диаметром 30 и высотой 18 мм. Обмотка I содержит 17 витков провода ПЭЛ 1,0, обмотка II — 2х40 витков провода ПЭЛ 0,23. Возможно использовать другой сердечник с соответствующим перерасчетом.

Транзисторы VT1 — КТ315, КТ3102, VT2, VT3 — КТ801А, КТ801Б, VT4 — КТ805Б и другие, диоды VD1, VD2 — КД522, КД521, VD4-VD7 — КД105, КД208, КД209 или диодный мост КЦ407, микросхема DD1 — К555ЛН1, К155ЛН1.

В качестве XS3 используется кроватка для микросхем установленная на печатной плате и распаянная под тип ПТ (расположение выводов) для того чтобы не загибать выводы ПТ или другой разъем распаянный соответствующим образом. Монтаж объемный. На дно (задняя крышка) установлена плата преобразователя.

Как пользоваться цифровым мультиметром

Для того чтобы провести измерения, тестер подключается набором проводов к измеряемому элементу. На одном конце каждого из проводов находится штекер, предназначенный для установки в гнездо измерителя, а на другом — контактный щуп. Порядок измерения электронным мультиметром в общем виде можно представить в виде следующих действий:

1. Включить устройство, нажав на кнопку ON/OFF.
2. Вставить штекера проводов в соответствующие гнёзда на панели. COM — общее гнездо для подключения щупа. V/Ω — положительное гнездо для подключения щупа.
3. Поворотный выключатель установить в положение диодной прозвонки «o)))».
4. Прижать измерительные щупы к выводам прибора.
5. Снять показания с экрана.

Проверка IGBT модулей (транзисторов)

Большинство производителей IGBT модулей полностью тестируют их перед отправкой и гарантируют их соответствие утвержденным параметрическим данным. Обычно мы не рекомендуем пользователям проводить повторные тесты, так как это может повредить радиодеталь. Если Вам все же необходимо произвести проверку, то следуйте нижеуказанным тестам:

• Всегда используйте безопасный антистатический материал при транспортировке, после тестирования замените токопроводящий пеноматериал на контактах база-эмиттер.¹
• Никогда не подключайте к эмиттеру напряжение, превышающее значение Vces (указанно в документации для IGBT), а также ни когда не подключайте базу-коллектор к напряжению, превышающему Vges, когда отслеживаете кривую линейных изменений напряжения.
• Никогда не используйте напряжение больше 20В. для коллектора-эмиттера с открытой базой (с открытым затвором).
• Избегайте теплового удара. Никогда не кладите холодную деталь на нагревательные приборы. Интенсивность нагрева не должна быть более чем 10Сº/мин.

Процедура тестирования цифровым мультиметром (ЦММ):

• Требования к оборудованию – ЦММ с режимом проверки диодов и напряжением батареи менее чем 20В. (Обычно используются батареи с напряжением 9V, например «Крона»).
• Тест перехода коллектор-эмиттер:

1. Когда деталь находится вне схемы удалите токопроводящий пеноматериал и замкните базу на эмиттер.
2. ЦММ в режиме проверки диодов, при подключении положительного полюса относительно эмиттера и отрицательного полюса относительно коллектора, должен дать такие же результаты, как при проверке диодов.
3. Цифровой мультиметр должен показывать какое-либо значение, если положительный щуп подключен к коллектору, а отрицательный к эмиттеру. Поврежденный IGBT будет замкнут в обоих направлениях (положительном и отрицательном), или открыт в обоих направлениях.

Тест оксидного слоя затвора: с помощью цифрового мультиметра, в режиме сопротивления, необходимо замерить сопротивление между затвором и коллектором, а также между затвором и эмиттером, на исправных модулях оно равно бесконечности. На поврежденных IGBT модулях данные выводы могут быть замкнуты или иметь утечку, что покажет наличие сопротивления между затвором и коллектором и/или эмиттером.

Читать также: Предприятия черной металлургии на карте россии

1) Все IGBT модули отправляются изготовителем с токопроводящим пеноматериалом, на затворе и эмиттере. Никогда не прикасайтесь к выводам затвора во время монтажа и не удаляйте токопроводящий пеноматериал.

Знаете ли вы, что проверить IGBT транзистор (узнать, годен ли он) можно даже без мультиметра. Простейшая схема для проверки IGBT транзистора не содержит дефицитных или дорогостоящих деталей. Но прежде чем её собирать, откройте datasheet (документ с техническим описанием) конкретной модели IGBT транзистора и внимательно посмотрите на соответствие реальных выводов схематическим. Иными словами, вы должны точно знать, где у IGBT транзистора вывод затвора (обозначается буквой G – Gate), вывод эмиттера (E –Emitter) и вывод коллектора (С – Collector). На рисунке пример для IGBT транзистора FGH60N60SFD

Обратите внимание, что один из выводов мощных транзисторов обычно соединен с корпусом – именно поэтому, чтобы не допустить замыканий, корпуса транзисторов перед монтажом изолируют специальными термостойкими прокладками

Чтобы проверить IGBT транзистор, важно знать, как его правильно подключить! Обратите внимание на полярность!

Чтобы проверить IGBT транзистор, важно знать, как его правильно подключить! Обратите внимание на полярность!

1. В правом (по схеме) положении тумблера IGBT транзистор открыт (лампочка светится, если он исправен). 2. В левом – IGBT транзистор закрыт (лампочка НЕ светится, если он исправен). Поклацайте тумблером туда-сюда. Если лампочка не светится – транзистор не пропускает ток. Вероятно, из-за отсутствия контакта внутри корпуса или неправильно собранной схемы! Если лампочка светится постоянно – внутри транзистора произошло короткое замыкание! Такой IGBT транзистор лучше сразу выбросить – при его случайной установке в схему в ней фактически произойдет короткое замыкание, и «полетят» другие детали! Как видите, проверить IGBT транзистор легко даже без мультиметра.

Купить IGBT транзисторы по самым низким ценам можно –> здесь

Основные правила при использовании мощных МОП ПТ

Необходимо остерегаться выбросов напряжения сток-исток, которые появляются при переключениях.
Нельзя превышать параметры пикового тока
Не рекомендуется работать на среднем значении тока, выше нормированного значения.
Желательно оставаться в заданных температурных пределах.
Обязательно нужно обращать внимание на топология схемы.
Необходимо соблюдать осторожность, применяя интегральный диод тело-сток.
Нужно соблюдать предельную внимательность, сравнивая нормы токовых значений.

Обладая огромными преимуществами, мощные полевые транзисторы МОП при правильном применении служат для улучшения конструкции системы, которая при обладании меньшим количеством элементом может быть лучше, компактнее, функциональнее, чем аналогичные приборы, но другой компоновки и типа.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Мостовые драйверы

Мостовые драйверы от Renesas способны работать с напряжением до 100 В, обладают лучшими в отрасли показателями времени нарастания и спада, а также исключительными характеристиками по задержке распространения между входом и выходом.

Renesas предлагает мостовые драйверы с интегрированными МОП-транзисторами для управления небольшими электродвигателями с напряжением 3, 5 или 12 В и током до 0,5А

• Найти и сравнить

Главные типы МОП-транзисторов

1. Транзистор с индуцированным каналом, считающимся доминирующим элементом в новейших интегральных схемах. Прибор характеризуется положительным пороговым напряжением, от 0,5 до 1 В.
2. МОП-транзистор со встроенным каналом

Рис. №2. а) структура МОП ПТ с индуцированным каналом. б) графическое изображение.

МОП-транзистор со встроенным каналом

Подобный прибор  обладает ненулевым значением тока, называемым начальным, при этом напряжение имеет нулевое значение. Действует в режиме обеднения и обогащения.

Рис.№3. МОП ПТ с встроенным каналом: а) транзисторная структура; б) графическое изображение.

Применение МОП-транзисторов

Использование в конструкции импульсных источников питания высокой частоты в качестве дискретных компонентов, в устройствах инверторного преобразования и регуляторах скорости электродвигателей различного типа. Использование их в конструкции высокочастотных генераторов применяемых для индукционного нагрева, в ультразвуковых генераторах, усилителях звука и устройствах периферийного назначения для компьютеров. Использование транзисторов в регуляторах скорости ограниченно низким напряжением (подключением к аккумуляторам) и небольшой мощностью, потому как кремниевая поверхность способна выдержать высокое напряжение в закрытом состоянии и низкое падение в открытом состоянии.

Внутреннее строение транзистора с управляющим PN-переходом

Для того, чтобы проверить полевой транзистор с управляющим PN-переходом, достаточно вспомнить его внутреннее строение.

N-канальный выглядит вот так:

А P-канальный вот так:

Теперь давайте вспомним, какой радиоэлемент у нас состоит из ? Все верно, это диод. Получается что Затвор и Исток образуют один диод, а Затвор и Сток – другой диод. Сам канал обладает каким-то сопротивлением, а это есть нечто иное как резистор.

Для N-канального транзистора

Эквивалентная схема будет выглядеть вот так:

Для P-канального

Эквивалентная схема будет выглядеть вот так:

Получается, для того, чтобы узнать целостность транзистора, нам достаточно проверить все эти три элемента 😉

Примеры применения

Может быть, аудиоусилители являются наиболее популярной областью применения p-канальных MOSFET-транзисторов. На рис. 10а n-канальный MOSFET применен в качестве верхнего ключа (HS), а p-канальный — в качестве нижнего (LS). Выход аудиоусилителя как бы является в данном случае схемой истокового повторителя. Если коэффициент усиления по напряжению данной схемы равен 1, схема устойчива. На рис. 10б использован транзистор Дарлингтона в комбинации p-n-p- и n-канального транзисторов, вместо p-канального MOSFET. MOSFET включен по схеме с общим истоком, которая имеет большой коэффициент усиления по напряжению и обратную связь, контролируемую p-n-p-транзистором. То есть эта схема может быть неустойчива. После компенсации частотный диапазон этой схемы не может быть достаточен для передачи аудиосигнала высокого качества.

Рис. 10. Выходной каскад на MOSFET для аудиоусилителя:
а) n-канальный и p-канальный;
б) оба n-канальные

Напряжение пробоя

Напряжением пробоя (BVDSS) называется напряжение сток-исток, при котором обратносмещенный внутренний p-n-переход между р-областью и областью дрейфа пробивается и за счет лавинного процесса увеличения носителей заряда через прибор начинает протекать значительный ток, даже если исток и затвор закорочены. Для напряжений ниже BVDSS и при отсутствии смещения на затворе канал не образуется, и все напряжение стока падает на закрытом внутреннем p-n-переходе. BVDSS обычно измеряется при токе стока 250 мкА.

Рис. 6. Зависимость тока стока от напряжения сток-исток при различных значениях напряжения на затворе

Кроме пробоя за счет лавинообразного процесса, в неудачно разработанных или некачественно изготовленных приборах могут существовать два связанных по смыслу явления, приводящих к подобному результату. Оба этих эффекта вызываются «проколом» p-n-перехода. В первом случае область обеднения внутреннего p-n-перехода в области p (рис. 6) доходит до области истока при напряжениях, меньших, чем напряжение пробоя BVDSS. Область p в месте прокола фактически перестает существовать, что можно охарактеризовать как прокол базы паразитного биполярного транзистора. Для тока появляется путь в обход канала, что вызывает «мягкий» пробой, характеристика которого показана на рис. 7. Ток утечки между истоком и стоком обозначается как IDSS. Существует определенная дилемма — уменьшение сопротивления канала за счет его укорочения с одной стороны, и попытка избежать явления прокола за счет удлинения канала — с другой. Проколу также может быть подвержена область дрейфа, что имеет место при достижении подложки областью обеднения внутреннего p-n-перехода со стороны области дрейфа (n—) при напряжениях ниже напряжений образования лавины в эпитаксиальном слое. Как только область обеднения заходит в насыщенную носителями область подложки, дальнейшее повышение напряжения стока приводит к быстрому достижению критической величины напряженности поля в 2×105 В/см, при котором начинается лавинообразный процесс.

Рис. 7. Зависимость тока стока от напряжения сток-исток при пробое

Состав

Поперечное сечение транзистора с плавающим затвором.

FGMOS может быть изготовлен путем электрической изоляции затвора стандартного МОП-транзистора, так что нет резистивных соединений с его затвором. Затем несколько вторичных вентилей или входов размещаются над плавающим затвором (FG) и электрически изолированы от него. Эти входы подключены к FG только емкостным образом, так как FG полностью окружен высокоомным материалом. Итак, с точки зрения рабочей точки постоянного тока FG является плавающим узлом.

Для приложений, в которых необходимо изменить заряд FG, к каждому транзистору FGMOS добавляется пара небольших дополнительных транзисторов для выполнения операций инжекции и туннелирования. Затворы каждого транзистора соединены вместе; у туннельного транзистора есть свои исток, сток и выводы большого объема, соединенные между собой для создания емкостной туннельной структуры. Инжекционный транзистор подключается нормально, и прикладываются определенные напряжения для создания горячих носителей, которые затем вводятся через электрическое поле в плавающий затвор.

Транзистор FGMOS для чисто емкостного использования может быть изготовлен в версиях N или P. Для приложений изменения заряда туннельный транзистор (и, следовательно, работающий FGMOS) должен быть встроен в колодец, следовательно, технология диктует тип FGMOS, который может быть изготовлен.

Похожие записи:

Генератор ван де граафа своими руками. описание и принцип работы 12 лучших прожекторов с датчиком движения Проверка резистора в домашних условиях: алгоритм проверки неисправности, проверка переменного резистора Управление реле ардуино: скетч 8 способов подключения компьютера к телевизору Область использования, функции и разновидности выключателей с таймером отключения