Как проверить мосфет транзистор: Как проверить полевой МОП (Mosfet) — транзистор цифровым мультиметром — Интернет-журнал «Электрон» Выпуск №5

Как проверить полевой МОП (Mosfet) — транзистор цифровым мультиметром — Интернет-журнал «Электрон» Выпуск №5

В этой статье я расскажу вам, как проверить полевой транзистор с изолированным затвором, то есть МОП-транзистор. Это вторая часть статьи по проверки полевых транзисторов. В первой части я рассказывал, как проверить транзистор с управляющим p-n переходом.

Да, полевые транзисторы с управляющим p-n переходом уходят в прошлое, а сейчас в современных схемах применяются более совершенные полевые транзисторы с изолированным затвором. Тогда предлагаю научиться их проверять.

Но для того, что бы понять, как проверить полевой транзистор, давайте я вам в двух словах расскажу, как он устроен.

Полевой транзистор с изолированным затвором мы знаем под более привычным названием МОП -транзистор (метал -окисел-полупроводник), МДП -транзистор(метал -диэлектрик-полупроводник), либо в английском варианте MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor)

Эти аббревиатуры вытекают из структуры построения транзистора.

А именно.

Структура полевого MOSFET транзистора.

Для создания МОП-транзистора берется подложка, выполненная из p-полупроводника, где основными носителями заряда являются положительные заряды, так называемые дырки. На рисунке вы видите, что вокруг ядра атома кремния вращаются электроны, обозначенные белыми шариками.

Когда электрон покидает атом, в этом месте образуется «дырка» и атом приобретает положительный заряд, то есть становиться положительным ионом. Дырки на модели обозначены, как зеленые шарики.

На p-подложке создаются две высоколегированные n-области, то есть области с большим количеством свободных электронов. На рисунке эти свободные электроны обозначены красными шариками.

Свободные электроны свободно перемещаются по n-области. Именно они впоследствии и будут участвовать в создании тока через МДП-тназистор.

Пространство между двумя n-областями, называемое каналом покрывается диэлектриком, обычно это диоксид кремния.

Над диэлектрическим слоем располагают металлический слой.

N-области и металлический слой соединяют с выводами будущего транзистора.

Выводы транзистора называются исток, затвор и сток.

Ток в МОП-транзисторе течет от истока через канал к стоку. Для управления этим током служит изолированный затвор.

Однако если подключить напряжение между истоком и стоком, при отсутствии напряжения на затворе ток через транзистор не потечет, потому что на его пути будет барьер из p-полупроводника.

Если подать на затвор положительное напряжение, относительно истока, то возникающее электрическое поле будет к области под затвором притягивать электроны и выталкивать дырки.

По достижению определенной концентрации электронов под затвором, между истоком и стоком создается тонкий n-канал, по которому потечет ток от истока к стоку.

Следует сказать, что ток через транзистор можно увеличить, если подать больший потенциал напряжения на затвор. При этом канал становиться шире, что приводит к увеличению тока между истоком и стоком.

МДП-транзистор с каналом p-типа имеет аналогичную структуру, однако подложка в таком транзисторе выполнена из полупроводника n-типа, а области истока и стока из высоколегированного полупроводника p-типа.

В таком полевом транзисторе основными носителями заряда являются положительные ионы (дырки). Для того, что бы открыть канал в полевом транзисторе с каналом p-типа необходимо на затвор подать отрицательный потенциал.

 

Проверка полевого MOSFET транзистора цифровым мультиметром

Для примера возьмем полевой МОП-транзистор с каналом n-типа IRF 640. Условно-графическое обозначение такого транзистора и его цоколевку вы видите на следующем рисунке.

Перед началом проверки транзистора замкните все его выводы между собой, что бы снять возможный заряд с транзистора.

Проверка встроенного диода

Для начал следует подготовить мультимер и перевести его в режим проверки диодов. Для этого переключатель режимов/пределов установите в положение с изображением диода.

В этом режиме мультиметр при подключении диода в прямом направлении (плюс прибора на анод, минус прибора на катод) показывает падение напряжения на p-n переходе диода. При включении диода в обратном направлении мультиметр показывает «1».

Итак, подключаем щупы мультиметра, как было сказано выше, в прямом включении диода. Таким образом, красный шум (+) подключаем на исток, а черный (-) на сток.

Мультиметр должен показать падение напряжение на переходе порядка 0,5-0,7.

Меняем полярность подключения встроенного диода, при этом мультиметр, при исправности диода покажет «1».

Проверка работы полевого МОП транзистора

Проверяемый нами МОП-транзистор имеет канал n-типа, поэтому, что бы канал стал электропроводен необходимо на затвор транзистора относительно истока либо стока подать положительный потенциал. При этом электроны из подложки переместятся в канал, а дырки будут вытолкнуты из канала. В результате канал между истоком и стоком станет электропроводен и через транзистор потечет ток.

Для открытия транзистора будет достаточно напряжения на щупах мультиметра в режиме прозвонки диодов.

Поэтому черный (отрицательный) щуп мультиметра подключаем на исток (или сток), а красным касаемся затвора.

Если транзистор исправен, то канал исток-сток станет электропроводным, то есть транзистор откроется.

Теперь если прозвонить канал исток-сток, то мультиметр покажет какое-то значение падение напряжения на канале, в виду того, что через транзистор потечет ток.

Таким образом черный щуп транзистора ставим на исток, а красный на сток и мультиметр покажет падение напряжение на канале.

 

Если поменять полярность щупов, то показания мультиметра будут примерно одинаковыми.

Что бы закрыть транзистор достаточно относительно истока на затвор подать отрицательный потенциал.

Следовательно, подключаем положительный (красный) щуп мультиметра на исток, а черным касаемся затвор.

При этом исправный транзистор закроется. И если после этого прозвонить канал исток-сток, то мультиметр покажет лишь падение напряжения на встроенном диоде.

Если транзистор управляется напряжением с мультиметра (то есть открывается и закрывается), значит можно сделать вывод, что транзистор исправен.

Проверка полевого МОП – транзистора с каналом p-типа осуществляется подобным образом. За тем исключением, что во всех пунктах проверки полярность подключения щупов меняется на противоположную.

Более подробно и просто всю методику проверки полевого транзистора я изложил в следующем видеоуроке:

AVR-STM-C++: Как мультиметром проверить MOSFET

Как проверить полевой транзистор мультиметром?
Исходя из особенностей конструкции полевых транзисторов способ проверки отличается от способа проверки биполярных транзисторов. Тем не менее есть один надежный способ проверки.
Транзистор должен быть выпаян, на распаяном транзисторе в большинстве случаев этот способ не сработает за счет обвязки (окружающих деталей). Мультиметр ставим на режим прозвонки диодов.
Сам полевой транзистор может содержать в себе встроенный диод, он будет между Drain и Source. Поэтому для начала ищем даташит на наш полевик — чтобы точно знать с чем имеем дело.
Для примера возьмем MOSFET IRLZ44N. Из даташита на него мы узнаем где у него какие ноги. IRLZ44N цоколевка
Из этого же даташита мы видим, что есть диод, а это значит, что между Drain и Source мы увидим вместо бесконечного сопротивления — некое падение напряжения.

Итак, ставим черный щуп на Drain, красный на Gate. Прибор должен показать бесконечное сопротивление, тоесть показатели просто не поменяются. Меняем щупы местами — картина та же. Переставляем красный с Drain на Source, потом меняем местами (Красный на Gate, черный на Source) — показания меняться не должны. Gate, он же затвор, отделен от Drain и Source, если звониться в какую-либо сторону — затвор пробит, мосфет неисправен.

Теперь нам надо прозвонить Drain и Source, но для начала коротим все ноги щупом — дабы те напряжения, которые мы ему передали при прозвонке, уравнять. Ставим черный щуп на Drain, красный — на Source. Тут мы должны увидеть тот самый диод — тоесть падение напряжения. Меняем щупы местами — бесконечное сопротивление, как и в случае с Gate. Если видим что-то иное — коротим ноги щупом и повторяем замер. Если результат не бесконечное сопротивление — наш полевой транзистор вышел из строя.
Дальше ставим черный щуп на Source, красным касаемся Gate и ставим после этого на Drain. MOSFET должен открыться, тоесть показать низкое сопротивление. Так как напряжение, которым мы открыли полевой транзистор — низкое, то и сопротивление транзистора будет велико.
По сути Gate-Source — это конденсатор, который мы только что зарядили. Пока он заряжен — полевой транзистор открыт.
Если ваш мосфет ведет себя не так — скорей всего он вышел из строя.
Такой способ проверки полевых транзисторов поможет проверить фактически все широко распространенные MOSFET-транзисторы.

Как проверять на исправность полевые транзисторы без тестера | Электронные схемы

как проверять полевые транзисторы

как проверять полевые транзисторы

Полевые транзисторы можно проверять на исправность очень простым способом,которому не нужны мультиметр или тестер.Проверять буду два вида полевых транзисторов: с изолированным затвором и с затвором на основе p-n перехода.

Проверка мосфета с изолированным затвором.У таких транзисторов между затвором и истоком есть конденсатор,его емкость указывают в даташитах как Ciss input.У транзистора irf3205 емкость этого конденсатора равна около 3247 пФ.Если начать заряжать этот конденсатор,транзистор постепенно начнет открываться и сопротивление канала сток-исток начнет уменьшаться,и лампа накаливания начнет светить.

как проверять мосфеты с помощью лампочки и источника питания

как проверять мосфеты с помощью лампочки и источника питания

Подключаем плюс к лампе и цепляем лампу на сток,минус цепляем на исток,питание 10 Вольт. Вначале лампа не светит.

заряжаю входную емкость полевого mosfet транзистора

заряжаю входную емкость полевого mosfet транзистора

Далее касаемся пальцем затвора и стока,конденсатор заряжается и лампа светит.

проверка на исправность полевых транзисторов без мультиметра

проверка на исправность полевых транзисторов без мультиметра

Чтобы выключить лампочку,касаемся пальцем затвора и истока.Конденсатор будет разряжен и лампа не светит.Вот и вся проверка.Если не разрядить конденсатор,то лампа будет светить пока этот конденсатор не разрядиться.

Проверяю полевой транзистор с затвором на p-n переходе.Таким транзистором является КП103. Берем светодиод и подключаем анодом к стоку а катодом к минус питания.Плюс питания цепляем на исток,питание 5 Вольт.Светодиод будет светить.

как проверить полевой транзистор с затвором на p-n переходе

как проверить полевой транзистор с затвором на p-n переходе

Теперь кратковременно касаемся пальцем только до затвора и светодиод погаснет примерно на одну секунду если убрать палец. Если есть такая реакция,значит транзистор исправен.

транзистор кп103 чует проводку в стене и другие источники помех

транзистор кп103 чует проводку в стене и другие источники помех

Затворы таких транзисторов очень чувствительны к различным источникам помех,такие как фон 50 Гц или высоковольтные разряды.На транзисторе кп103 изготавливают детекторы для поиска проводки в стене.Но надо учесть,что затворы также чувствительны к статике,поэтому желательно перед касанием дотронуться пальцем до заземления или до батареи центрального отопления.Таким способом нельзя проверять транзисторы типа кп350,кп305. Для их проверки уже нужен мультиметр или тестер

Проверка MOSFET транзистора / Блог им. woodman / Radistor.ru

MOSFET транзисторы в последнее время все больше и больше набирают популярность. Они могут послужить хорошей заменой реле и биполярным транзисторам.

Чтобы сэкономить деньги и не бегать лишний раз в магазин, MOSFET транзисторы можно выпаять из нерабочей материнской платы или какого-нибудь модуля управления.

Но как проверить работоспособность этих радиокомпонетов?
Для этого нам потребуется всего один прибор — тестер.
У каждого радиолюбителя (даже начинающего) он обязательно должен быть!

В подавляющем большинстве тестеров есть режим «прозвонки», совмещенный с проверкой падения напряжения диодов.

Вот в этот режим мы и переводим тестер.

Теперь посмотрим на схему N-канального MOSFET транзистора.

В цепи сток-исток имеется диод. Кстати его наличие обусловлено технологией производства.
Тестером можно подтвердить наличие этого диода.

0.5В — это падение напряжение на внутреннем диоде Шоттки. Если поменять щупы местами, то должен быть «обрыв».

А теперь можно проверить и затвор.
Тестер должен показывать «обрыв» при проверке затвор-исток и затвор-сток, причем полярность щупов не имеет значения.

Но вот что интересно, если черный щуп («-«) держать на истоке, а красным щупом («+») коснуться затвора, то транзистор откроется. В чем мы можем убедится, опять проверив сток-исток.

Тестер покажет почти нулевое сопротивление.

Теперь поместим щуп «+» на сток, а черный щуп на затвор и проверим сток-исток. Тестер опять будет показывать или падение напряжения на диоде или «обрыв», т.е транзистор закрылся!

Кстати есть еще одна тонкость — если мы откроем транзистор и измерим сопротивление сток-исток, но только не сразу, а через некоторое время, то тестер будет показывать сопротивление отличное от нуля. И чем больше пройдет времени, тем больше будет сопротивление.

Почему же так происходит? А все очень просто — емкость между затвором и стоком достаточно большая (обычно единицы нанофарад) и когда мы открываем MOSFET транзистор, эта емкость заряжается. А так как полевой транзистор управляется полем а не током, то пока не разрядится конденсатор, транзистор будет открыт.

P-канальный MOSFET транзистор можно проверить по такому же принципу, только полярность затвора другая.

Узнаем как проверить транзистор

В мире современной техники никак не обойтись без транзисторов. Они входят в различные электронные устройства, их можно встретить в телефонах и радиоприёмниках, в компьютерах и автомобилях. Иногда возникает необходимость в проверке их работоспособности, и тогда полезно знать, как проверить транзистор и что для этого необходимо. Материал, представленный в статье, освещает данный вопрос.

Транзисторы и их виды

Данное устройство является электронным прибором, который применяют в электросхемах с целью усиления исходного сигнала. Его изготавливают из полупроводниковых материалов. Существует 2 вида транзисторов: полевые и биполярные, которые управляются не напряжением, а током. Кроме этого они могут быть маломощными и мощными, низкочастотными и высокочастотными. Они отличаются по размерам и оформлению корпусов.

Часто при упоминании транзисторов подразумевают биполярные их разновидности, изготавливающиеся из германия или кремния. Биполярными их называют потому, что они работают с электронами (носителями зарядов) и дырками. Одну из областей транзистора, расположенную с краю, именуют эмиттером, промежуточную – базой, а другую, также находящуюся с краю – коллектором. Так 3 электрода создают 2 p-n перехода: коллекторный, расположенный между коллектором и базой, и эмиттерный, который находится между эмиттером и базой. Транзистор может быть во «включенном» состоянии и «выключенном», и переход между ними осуществляется при помощи электрических сигналов.

Основное предназначение транзисторов – генерирование, усиление и преобразование электрических колебаний. Но, как и всякое техническое устройство, транзистор может выходить из строя. Необходимо знать, как проверить транзистор, чтобы результат был достоверным. Для этой цели используют мультиметры.

Проверка транзистора тестером

Мультиметр (он же тестер) – это специальный комбинированный прибор, с помощью которого проводят электроизмерительные работы. Он объединяет несколько функций: как минимум соединяет в себе амперметр, вольтметр, Омметр. Есть аналоговые и цифровые приборы, лёгкие, переносные и стационарные, которые сочетают в себе много возможностей.

Мультиметр – устройство, которое подскажет, как проверить транзистор и сделать это наглядно. Тестер позволяет проводить прозвонку при измерении низкого сопротивления в цепи, при этом раздается сигнализация, звуковая или световая.

Перед рассмотрением процесса, как проверить транзистор тестером, важно знать, что эти приборы делятся на 2 типа в соответствии с расположением слоев с различной проводимостью. Так существуют полупроводники с электронной проводимостью (p-n-p), и полупроводники с дырочной проводимостью (p-).

Для проверки прямого сопротивления перехода, к базе подключить «минус» мультиметра, а к эмиттеру и коллектору по очереди подключать «плюс». При замере обратного сопротивления поменять положение «минуса» и «плюса». Для измерения сопротивления перехода p-n-p повторить те же действия, только предварительно поменяв полярность. Во время проверки переходов с базы на эмиттер и коллектор они должны прозваниваться только в 1 сторону.

Так как проверить транзистор мультиметром можно, но это не дает стопроцентной гарантии в исправности прибора, для большей уверенности следует провести его проверку в активном режиме. В таком случае результат будет более достоверным.

И всё-таки: как проверить транзистор и быть уверенным в результатах? У биполярного устройства для удобства можно посчитать за аналоги диода каждый из его переходов, предварительно проверив их исправность. Есть мощные транзисторы, которые включают между эмиттером и коллектором демпферный встроенный диод, и между базой и эмиттером – защитный резистор. При любой полярности мультиметра на таком транзисторе будет сопротивление от тридцати до пятидесяти Ом и прозваниваться между эмиттером и коллектором он будет как диод. Это свидетельствует об исправности детали.

Как работают транзисторы MOSFET | hardware

Мощные транзисторы MOSFET хорошо известны своей исключительной скоростью переключения при весьма малой мощности управления, которую нужно прикладывать к затвору. Основная причина в том, что затвор изолирован, поэтому требуется мощность только на перезаряд емкости затвор-исток, и в статическом режиме цепь затвора практически не потребляет тока. В этом отношении мощные MOSFET по своим характеристикам приближаются к «идеальному переключателю». Основные недостатки, которые не дают MOSFET стать «идеальным», это сопротивление открытого канала R_DS(on), и значительная величина положительного температурного коэффициента (чем выше температура, тем выше сопротивление открытого канала). В этом апноуте обсуждаются эти и другие основные особенности высоковольтных N-канальных мощных MOSFET, и предоставляется полезная информация по выбору транзисторов и их применению (перевод статьи [1]).

Для того, чтобы было проще понять работу полевого N-канального транзистора MOSFET, его стоит сравнить с широко распространенным биполярным кремниевым транзистором структуры NPN. Электроды у биполярного транзистора называются база, коллектор, эмиттер, а у полевого транзистора затвор, сток, исток.

База выполняет те же функции, что и затвор, коллектор соответствует стоку, а эмиттер соответствует истоку.

Давайте рассмотрим простейшую схему включения транзистора NPN:

Когда входной ключ разомкнут, то через эмиттерный переход транзистора T1 ток не течет, и канал коллектор-эмиттер имеет высокое сопротивление. Говорят, что транзистор закрыт, через его канал коллектор-эмиттер ток практически не течет. Когда замыкается входной ключ, то от батарейки B1 через резистор R1 и эмиттерный переход транзистора течет открывающий ток. Когда транзистор открыт, то его сопротивление канала коллектор-эмиттер уменьшается, и почти все напряжение батареи B2 оказывается приложенным к нагрузке R3. Т. е. когда во входной цепи течет ток (через R1), то в выходной цепи тоже течет ток (через R3), но в выходной цепи ток и напряжение (т. е. действующая мощность) в несколько раз больше. Здесь как раз и проявляются усиливающие свойства транзистора — маленькая мощность на входе позволяет управлять большой мощностью на выходе.

А так будет в этой схеме работать транзистор MOSFET:

На первый взгляд все то же самое — когда на входе есть управляющая мощность, она также появляется и на выходе (обычно усиленная во много раз). В этом смысле биполярный транзистор и MOSFET-транзистор очень похожи. Но есть два самых важных различия:

• Биполярный транзистор управляется током, а полевой транзистор напряжением.

Примечание: отсюда, кстати и пошло название полевого транзистора: его канал управляется не током, а электрическим полем затвор-исток.

Это означает, что входное сопротивление биполярного транзистора мало, а входное сопротивление MOSFET-транзистора очень велико. Обратите внимание на входной ток биполярного транзистора — 0.3 мА, этот ток в основном определяется сопротивлением резистора R1. Причина проста: на входе у биполярного транзистора имеется эмиттерный переход, который по сути обыкновенный диод, смещенный в прямом направлении. Если ток через этот диод есть, то транзистор открывается, если нет, то закрывается. Открытый диод имеет малое сопротивление, и максимальное падение напряжения на нем составляет около 0.7V. Поэтому практически все напряжение B1 (если быть точным, то 3.7 — 0.7 = 3V) оказывается приложенным к резистору R1. Этот резистор играет роль ограничителя входного тока биполярного транзистора.

У полевого транзистора MOSFET в этом отношении все по-другому. Входной ток определяется главным образом сопротивлением резистора R2, поэтому входной ток очень мал. Практически все входное напряжение оказывается приложенным к R2 и к переходу затвор — исток полевого транзистора. Причина проста: затвор и исток изолированы друг от друга слоем оксида кремния, по сути это конденсатор, поэтому ток через затвор практически не течет.

По этой причине на низких частотах, когда входная емкость не шунтирует источник сигнала, полевой транзистор имеет гораздо большее усиление по мощности в сравнении с биполярным транзистором. И действительно, в нашем примере входная мощность у биполярного транзистора составляет 0.3 мА * 3.7V = 1.11 мВт, а у полевого транзистора входная мощность составит всего лишь 0.00366 мА * 3.7V = 0.0135 мВт, т. е. в 82 раза меньше! Это соотношение могло бы быть еще больше не в пользу биполярного транзистора, если увеличить сопротивление резистора R2.

• Падение напряжения на выходном канале у полевого транзистора намного меньше, чем у биполярного.

Для данного примера падение напряжения коллектор-эмиттер биполярного транзистора составит примерно 0.3V, а у полевого 0.1V и даже меньше. Обычно выходное сопротивление у полевого транзистора намного меньше, чем у биполярного.

В исходном состоянии, когда на затворе относительно истока нулевое положительное напряжение, сопротивление канала определяется количеством неосновных носителей в полупроводнике, и очень велико. Когда к затвору прикладывается положительное напряжение относительно истока, то появляется проводящий ток канал сток-исток. Поэтому MOSFET иногда называют полевым транзистором с индуцированным каналом.

[Структура мощного транзистора MOSFET]

На рис. 1 показан срез структуры N-канального транзистора MOSFET компании Advanced Power Technology (APT). (Здесь рассматриваются MOSFET только N-структуры, как самые популярные.) Положительное напряжение, приложенное от вывода истока (source) к выводу затвора (gate), заставляет электроны притянуться ближе к выводу затвора в области подложки. Если напряжение исток-затвор равно или больше определенного порогового напряжения, достаточного для накапливания нужного количества электронов для достижения инверсии слоя n-типа, то сформируется проводящий канал через подложку (говорят, что канал MOSFET расширен). Электроны могут перетекать в любом направлении через канал между стоком и истоком. Положительный (или прямой) ток стока втекает в сток, в то время как электроны перемещаются от истока к стоку. Прямой ток стока будет заблокирован, как только канал будет выключен, и предоставленное напряжение сток-исток будет прикладываться в обратном направлении к p-n переходу подложка-сток. В N-канальных MOSFET только электроны формируют проводимость, здесь нет никаких не основных носителей заряда. Скорость переключения канала ограничена только длительностью перезаряда паразитных емкостей между электродами MOSFET. Поэтому переключение может быть очень быстрым, приводя к низким потерям при переключении. Этот фактор делает мощные MOSFET такими эффективными для работы на высокой частоте переключения.

Рис. 1. Срез рабочей структуры транзистора MOSFET.

R_DS(on). Основные составляющие, которые входят в сопротивление открытого канала R_DS(on), включают сам канал, JFET (аккумулирующий слой), область дрейфа R_drift, паразитные сопротивления (металлизация, соединительные провода, выводы корпуса). При напряжениях приблизительно выше 150V в сопротивлении открытого канала доминирует область дрейфа. Эффект R_DS(on) относительно невелик на высоковольтных транзисторах MOSFET. Если посмотреть на рис. 2, удвоение тока канала увеличивает R_DS(on) только на 6%.

Рис. 2. Зависимость R_DS(on) от тока через канал.

Температура, с другой стороны, сильно влияет на R_DS(on). Как можно увидеть на рис. 3, сопротивление приблизительно удваивается при возрастании температуры от 25°C до 125°C. Температурный коэффициент R_DS(on) определяется наклоном кривой графика рис. 3, и он всегда положителен для большинства поставщиков транзисторов MOSFET. Большой положительный температурный коэффициент R_DS(on) определяется потерями на соединении I²R, которые увеличиваются с ростом температуры.

Рис. 3. Зависимость R_DS(on) от температуры.

Положительный температурный коэффициент R_DS(on) очень полезен, когда нужно параллельно включать транзисторы MOSFET, поскольку это обеспечивает их температурную стабильность и равномерное распределение рассеиваемой мощности между транзисторами. Этим MOSFET выгодно отличаются от традиционных биполярных транзисторов. Но это не гарантирует, что параллельно соединенные транзисторы будут равномерно распределять между собой общий ток. Это широко распространенное заблуждение [2]. То, что действительно делает MOSFET простыми для параллельного включения — это их относительно малый разброс по параметрам между отдельными экземплярами в пределах серии, в частности по параметру R_DS(on), в комбинации с более безопасными свойствами канала в контексте перегрузки по току, когда благодаря положительному температурному коэффициенту R_DS(on) сопротивление канала растет при повышении температуры.

Для любого заданного размера кристалла R_DS(on) также увеличивается с увеличением допустимого напряжения V_(BR)DSS, как это показано на рис. 4.

Рис. 4. Зависимость нормализированного R_DS(on) от V_(BR)DSS.

Кривая нормализированного R_DS(on) в зависимости от V_(BR)DSS для Power MOS V и Power MOS 7 MOSFET показывает, что R_DS(on) растет пропорционально квадрату V_(BR)DSS. Эта нелинейная зависимость между R_DS(on) и V_(BR)DSS является побудительным стимулом для исследования технологий с целью уменьшить потери проводимости мощных транзисторов [3].

[Внутренние и паразитные элементы]

JFET. В структуре MOSFET Вы можете представить себе встроенный JFET, как это показано на рис. 1. JFET оказывает значительное влияние на R_DS(on), и является частью нормального функционирования MOSFET.

Внутренний диод на подложке (Intrinsic body diode). Переход p-n между подложкой и стоком формирует внутренний диод, так называемый body diode (см. рис. 1), или паразитный диод. Обратный ток стока не может быть блокирован, потому что подложка замкнута на исток, предоставляя мощный путь для тока через body diode. Расширение канала транзистора (при положительном напряжении на затворе относительно истока) уменьшает потери на прохождение обратного тока стока, потому что электроны проходят через канал в дополнение к электронам и неосновным носителям, проходящим через  body diode.

Наличие внутреннего диода на подложке удобно в схемах, для которых требуется путь для обратного тока стока (часто называемого как ток свободного хода), таких как схемах мостов. Для таких схем предлагаются транзисторы FREDFET, имеющие улучшенные восстановительные характеристики (FREDFET это просто торговое имя компании Advanced Power Technology, используемое для выделения серий MOSFET с дополнительными шагами в производстве, направленными на ускорение восстановления intrinsic body diode). В FREDFET нет отдельного диода; это тот же MOSFET intrinsic body diode. Для управления временем жизни неосновных носителей во внутреннем диоде применяется либо облучение электронами (наиболее часто используемый вариант) или легирование платиной, что значительно уменьшает заряд обратно смещенного перехода и время восстановления.

Побочный эффект от обработки FREDFET — повышенный ток утечки, особенно на высоких температурах. Однако, если учесть, что MOSFET имеет очень малый начальный ток утечки, то добавленный через FREDFET ток утечки остается допустимым до температур перехода ниже 150°C. В зависимости от дозы облучения FREDFET может иметь R_DS(on) больше, чем у соответствующего MOSFET. Прямое напряжение для паразитного диода для FREDFET также немного больше. Заряд затвора и скорость переключения у MOSFET и FREDFET идентичны. Поэтому термин MOSFET здесь будет использоваться всегда для обоих типов MOSFET и FREDFET, если специально не оговорено что-то другое.

Скорость восстановления для паразитного диода у MOSFET или даже у FREDFET намного хуже в сравнении со скоростью быстрого дискретного диода. В приложениях, где жесткие рабочие условия с температурой порядка 125°C, потери на включение из-за восстановления из обратного смещения примерно в 5 раз выше, чем у быстрых дискретных диодов. НА это есть 2 причины:

1. Рабочая область паразитного диода совпадает с рабочей областью MOSFET или FREDFET, и рабочая область у дискретного диода для той же функции намного меньше, поэтому у дискретного диода намного меньше заряд восстановления.

2. Паразитный диод MOSFET или даже FREDFET не оптимизирован под обратное восстановление, как это сделано для дискретного диода.

Как и любой стандартный кремниевый диод, у паразитного диода заряд восстановления и время зависит от температуры, di/dt (скорости изменения тока), и величины тока. Прямое напряжение паразитного диода, VSD, уменьшается с ростом температуры по коэффициенту примерно 2.5 mV/°C.

Паразитный биполярный транзистор. Разделенная на слои структура MOSFET также формирует паразитный биполярный транзистор (BJT) структуры NPN, и его включение на является частью нормального функционирования. Если BJT откроется и войдет в насыщение, то это может вызвать самоблокировку, при которой MOSFET не может быть выключен кроме как через внешний разрыв цепи тока стока. Высокая мощность рассеивания (например, при возникновении сквозного тока в плече моста) при самоблокировке может вывести MOSFET из строя.

База паразитного BJT замкнута на исток, чтобы предотвратить самоблокировку, и потому что напряжение пробоя (breakdown voltage) было бы значительно уменьшено (для того же самого значения R_DS(on)), если бы база была оставлена плавающей. Существует теоретическая возможность самоблокировки при очень большой скорости dv/dt в момент выключения. Однако для современных стандартных мощных транзисторов очень трудно создать схему, где будет достигнута такое высокое dv/dt.

Есть риск включения паразитного BJT, если внутренний диод проводит, и затем выключается с чрезмерно высоким изменением dv/dt. Мощная коммутация dv/dt вызывает высокую плотность неосновных носителей заряда (положительные носители, или дырки) в подложке, что может создать напряжение на подложке, достаточное для включения паразитного BJT. По этой причине в даташите указано ограничение пиковой коммутации (восстановление встроенного диода) dv/dt. Пиковая коммутация dv/dt для FREDFET выше в сравнении с MOSFET, потому что у FREDFET снижено время жизни неосновных носителей заряда.

[На что влияет температура]

Скорость переключения. Температура практически не влияет на скорость переключения и потери, потому что (паразитные) емкости мало зависят от температуры. Однако ток обратного восстановления в диоде увеличивается с температурой, так что температурные эффекты внешнего диода (это может быть дискретный диод, или внутренний диод в MOSFET или FREDFET) влияют на потери включения мощных схем.

Пороговое напряжение, или напряжение отсечки (Threshold voltage). Напряжение отсечки затвора, обозначаемое как VGS(th), является важным стандартным параметром. Оно говорит, насколько много миллиампер через сток будет течь при пороговом напряжении на затворе, когда транзистор в основном выключен, но находится на пороге включения. У напряжения отсечки есть отрицательный температурный коэффициент; это означает, что напряжение отсечки уменьшается с ростом температуры. Температурный коэффициент влияет на время задержки включения и выключения, и следовательно влияет на выбор «мертвого времени» в мостовых схемах.

Переходная характеристика (Transfer characteristic). На рис. 5 показана переходная характеристика MOSFET-транзистора APT50M75B2LL.

Рис. 5. Пример переходной характеристики MOSFET.

Переходная характеристика зависит как от температуры, так и от тока стока. На рис. 5 при токе ниже 100 A напряжение затвор-исток имеет отрицательный температурный коэффициент (при заданном токе стока уменьшается напряжение затвор-исток при повышении температуры). При токе выше 100 A температурный коэффициент становится положительным. Температурный коэффициент напряжения затвор-исток и ток стока в том месте, где коэффициент меняет знак, важен для проектирования работы схем в линейном режиме [4].

Напряжение пробоя (Breakdown voltage). Напряжение пробоя имеет положительный температурный коэффициент, этот будет обсуждаться в секции Walkthrough.

Устойчивость к перегрузке по току (Short circuit capability). Возможность противостояния коротким замыканиям не всегда встречается в даташите. Причина понятна — MOSFET стандартной мощности не подходят для устойчивой работы в режиме перегрузки по току в сравнению с IGBT или другими транзисторами, работающими с высокой плотностью тока. Само собой разумеется, что MOSFET и FREDFET (в некотором смысле) устойчивы к перегрузке по току.

[Обзор параметров даташита. Максимальные предельные значения]

Назначение даташитов, предоставляемых APT, состоит в предоставлении соответствующей информации, которая полезна и удобна для выбора подходящего устройства в конкретном приложении. Предоставляются графики, чтобы можно было экстраполировать от одного набора рабочих условий к другому. Следует отметить, что графики предоставляют типичную производительность, но не минимумы или максимумы. Производительность также зависит кое в чем от схемы; различные тестовые схемы приведут к отличающимся результатам.

V_DSS, напряжение сток-исток. Это оценка максимального напряжения сток-исток не вызывая лавинного пробоя (avalanche breakdown) с затвором, замкнутым на исток при температуре 25°C. В зависимости от температуры напряжение лавинного пробоя могло бы быть фактически меньше, чем параметр V_DSS. См. описание V_(BR)DSS в разделе «Статические электрические характеристики».

V_GS, напряжение затвор-исток. Это предельное напряжение между выводами затвора и истока. Назначение этого параметра — предотвратить повреждение изолирующего оксидного слоя затвора (например, от статического электричества). Фактическая устойчивость оксидной пленки затвора намного выше, чем заявленный параметр V_GS, но он варьируется в зависимости от производственных процессов, так что если укладываться в предел V_GS, то это гарантирует надежную работу приложения.

I_D, непрерывный ток стока. I_D определяет максимальный уровень продолжающегося постоянного тока, когда транзистор выходит из строя при максимальной температуре перехода T_J(max), для случая 25°C, и иногда для более высокой температуры. Он основан на термосопротивлении между корпусом и переходом RӨJC, и для случая температуры T_C может быть вычислен по формуле:

Это выражение просто говорит о том, какая максимальная мощность может рассеиваться

при максимальной генерируемой теплоте из-за потерь в соединении I²_D X R_DS(on)@T_J(max), где R_DS(on)@T_{J (max)} сопротивление открытого канала при максимальной температуре перехода. Отсюда можно вывести I_D:

Обратите внимание, что в I_D не входят никакие потери на переключение, и случай с температурой 25°C на практике встречается редко. По этой причине в приложениях, где MOSFET часто переключается, фактический коммутируемый ток обычно меньше половины I_D @ TC = 25°C; обычно между 1/4 до 1/3.

Зависимость I_D от T_C. Этот график просто отражает формулу 2 для диапазона температур. Здесь также не учтены потери на переключение. На рис. 6 приведен пример такого графика. Обратите внимание, что в некоторых случаях выводы корпуса транзистора ограничивают максимально допустимый продолжительный ток (переключаемый ток может быть больше): 100 A для корпусов TO-247 и TO-264, 75 A для TO-220 и 220 A для SOT-227.

Рис. 6. Максимальный ток стока в зависимости от температуры.

I_DM, импульсный ток стока. Этот параметр показывает, какой импульс тока может выдержать устройство. Этот ток может значительно превышать максимально допустимый постоянный ток. Назначение этого параметра IDM состоит в том, чтобы удержать рабочий омический регион в пределе выходных характеристик. Посмотрите на рис. 7:

Рис. 7. Выходная характеристика MOSFET.

На этом графике есть максимальный ток стока для соответствующего напряжения затвор-исток, когда транзистор MOSFET открыт. Если рабочая точка при данном напряжении затвор-исток переходит выше омического региона «колена» рис. 7, то любое дальнейшее увеличение тока через сток приведет к значительному увеличению напряжения сток-исток (транзистор переходит из режима насыщения в линейный режим) и последующей потере проводимости. Если мощность рассеивания станет слишком велика, и это будет продолжаться довольно долго, то устройство может выйти из строя. Параметр I_DM нужен для того, чтобы установить рабочую точку ниже «колена» для типичных применений транзистора в ключевом режиме.

Нужно ограничить плотность тока, чтобы предотвратить опасный нагрев, что иначе может привести к необратимому перегоранию MOSFET.

Чтобы избежать проблем с превышением тока через соединительные провода иногда применяют плавкие предохранители. В случае перегрузки по току выгорят именно они вместо транзистора.

Относительно температурных ограничений на I_DM, рост температуры зависит от длительности импульса тока, интервала времени между импульсами, интенсивности рассеивания тепла, сопротивления открытого канала R_DS(on), а также и от формы и амплитуды импульса тока. Если просто удержаться в пределах I_DM, то это еще не означает, что температура перехода не будет превышена. См. обсуждение переходного теплового сопротивления в разделе «Температурные и механические характеристики», чтобы узнать способ оценки температуры перехода во время импульса тока.

P_D, общая мощность рассеивания. Этот параметр определяет максимальную мощность, которую может рассеивать устройство, и он основан на максимально допустимой температуре перехода и термосопротивлении R_ӨJC для случая температуры 25°C.

Линейный коэффициент снижения мощности это просто инверсия R_ӨJC.

T_J, T_STG: рабочий и складской диапазон температур перехода. Этот параметр ограничивает допустимую температуру кристалла устройства во время работы и во время хранения. Установленные пределы гарантируют, что будут соблюдены гарантийные эксплуатационные сроки устройства. Работа в пределах этого диапазона может значительно увеличить срок службы.

E_AS, лавинная энергия одиночного импульса. Если импульс напряжения (возникающий обычно из-за утечки и случайной индуктивности) не превышает напряжение пробоя, то не будет лавинного пробоя устройства, так что нет необходимости рассеивать энергию пробоя. Параметр максимальной лавинной энергии оценивает устройство в плане рассеивания мощности режима лавинного пробоя при переходных процессах с повышенным напряжением.

Все устройства, которые оценены по лавинной энергии, имеют параметр E_AS. Лавинная энергия связана с параметром разблокированного индуктивного переключения (unclamped inductive switching, UIS). E_AS показывает, сколько лавинной энергии устройство может поглотить. Условия для схемы тестирования Вы можете найти в документации по ссылкам, и E_AS вычисляется по формуле:

Здесь L величина индуктивности, из которой поступает импульс тока i_D, случайно поступающий в на закрытый переход транзистора через сток при тесте. Индуцируемое напряжение превышает напряжение пробоя MOSFET, что вызывает лавинный пробой. Лавинный пробой позволяет импульсу тока от индуктивности течь через MOSFET, даже если он закрыт. Энергия, запасенная в индуктивности, аналогична энергии, сохраненной в утечке и/или случайной индуктивности, и она должна быть рассеяна в MOSFET.

Когда транзисторы MOSFET соединены параллельно, это совершенно не означает, что у них одинаковое напряжение пробоя. Обычно пробьется только один транзистор, и только на него поступит вся энергия тока лавинного пробоя.

E_AR, повторная лавинная энергия. Этот параметр стал «промышленным стандартом», но он не имеет смысла без информации о частоте, других потерях и эффективности охлаждения. Рассеивание тепла (охлаждение) часто ограничивает значение повторной рассеиваемой энергии. Также трудно предсказать, сколько энергии находится в лавинном событии. То, о чем говорит E_AR в действительности, означает, что устройство может выдерживать повторяющиеся лавинные пробои без какого-либо ограничения по частоте, если устройство не перегрето, что в принципе верно для любого устройства, которое может испытать лавинный пробой. Во время анализа проекта хорошей практикой является измерение температуры устройства или его радиатора во время работы — чтобы увидеть, что MOSFET не перегрет, особенно если возможны условия лавинного пробоя.

I_AR, ток лавинного пробоя. Для некоторых устройств, которые могут выйти из строя во время лавинного пробоя, этот параметр дает лимит на максимальный ток пробоя. Так что это как бы «точный отпечаток» спецификаций лавинной энергии, показывающий реальные возможности устройства.

[Статические электрические характеристики]

V_(BR)DSS, Drain-source breakdown voltage, напряжение пробоя сток-исток. Параметр V_(BR)DSS (иногда его называют BV_DSS) определяет максимальное напряжение сток-исток, при котором через канал сток-исток будет течь ток не больше допустимого при заданной температуре и нулевом напряжении между затвором и истоком. Фактически этот параметр соответствует напряжению лавинного пробоя канала сток-исток закрытого транзистора. 

Как показано на рис. 8, у параметра V_(BR)DSS есть положительный температурный коэффициент. Таким образом, MOSFET может выдержать больше напряжение, если он нагрет, по сравнению с холодным состоянием. Фактически в охлажденном состоянии V_(BR)DSS будет меньше, чем предельно допустимое напряжение сток-исток V_DSS, указанное для температуры 25°C. В примере, показанном на рис. 8 при -50°C, напряжение V_(BR)DSS будет составлять 90% от максимально допустимого V_DSS, указанного для температуры 25°C. 

Рис. 8. Нормализованная зависимость напряжения пробоя от температуры. 

V_GS(th), Gate threshold voltage, напряжение отсечки затвора. Это пороговое напряжение затвор-исток, при превышении которого транзистор начнет открываться. Т. е. при напряжении на затворе выше V_GS(th) транзистор MOSFET начинает проводить ток через канал сток-исток. Для параметра V_GS(th) также указываются условия проверки (ток стока, напряжение сток-исток и температура кристалла). Все транзисторы MOSFET допускают некоторый разброс порогового напряжения отсечки затвора от устройства к устройству, что вполне нормально. Таким образом, для V_GS(th) указывается диапазон (минимум и максимум), в который должны попасть все устройства указанного типа. Как уже обсуждалось ранее в разделе «На что влияет температура», V_GS(th) имеет отрицательный температурный коэффициент. Это значит, что с увеличением нагрева MOSFET откроется при более низком напряжении затвор-исток. 

R_DS(on), ON resistance, сопротивление в открытом состоянии. Этот параметр определяет сопротивление открытого канала сток-исток при указанном токе (обычно половина от тока I_D), напряжении затвор-исток (обычно 10V) и температуре 25°C, если не указано что-либо другое. 

I_DSS, Zero gate voltage drain current, ток утечки канала. Это ток, который может течь через закрытый канал сток-исток, когда напряжение на затвор-исток равно нулю. Поскольку ток утечки увеличивается с температурой, то I_DSS указывается для комнатной температуры и для нагретого состояния. Потери мощности из-за тока утечки I_DSS через канал сток-исток обычно незначительны. 

I_GSS, Gate-source leakage current, ток утечки затвора. Это ток, который может через затвор при указанном напряжении затвор-исток. 

[Динамические характеристики] 

Рис. 9 показывает месторасположения внутренних емкостей транзистора MOSFET. Величина этих емкостей определяется структурой MOSFET, используемыми материалами и приложенными напряжениями. Эти емкости не зависят от температуры, так что температура не влияет на скорость переключения MOSFET (за исключением незначительного эффекта, связанного с пороговым напряжением, которое зависит от температуры). 

Рис. 9. Паразитные емкости транзистора MOSFET в структуре кристалла. 

Емкости C_gs и C_gd меняются в зависимости от приложенного к ним напряжений, потому что они затрагивают обедненные слои в устройстве [8]. Однако на C_gs намного меньше меняется напряжение в сравнении с C_gd, так что емкость C_gs изменяется меньше. Изменение C_gd при изменении напряжения сток-затвор может быть больше, потому что напряжение может меняться в 100 раз или больше. 

На рис. 10 показаны внутренние емкости MOSFET с точки зрения схемотехники. Емкости затвор-сток и затвор-исток могут повлиять на схему управления, и вызвать нежелательные эффекты при быстрых переключениях в мостовых схемах. 

Рис. 10. Паразитные емкости транзистора MOSFET в рабочей схеме. 

Если кратко, то чем меньше C_gd, тем будет меньше влияние на схему управления при перепаде напряжения при включении транзистора. Также емкости C_gs и C_gd формируют емкостный делитель напряжения, и при большом соотношении C_gs к C_gd желательно защитить схему управления от паразитных помех от перепадов напряжения, возникающих при переключении. Это соотношение, умноженное на пороговое напряжение, определяет качество защиты схемы управления от переключений в выходной цепи, и силовые транзисторы MOSFET компании APT лидируют в индустрии по этому показателю. 

C_iss, Input capacitance, входная емкость. Это емкости, измеренная между выводами затвора истока, когда по переменному напряжению сток замкнут на исток. C_iss состоит из параллельно соединенных емкостей C_gd (емкость затвор-сток) и C_gs (емкость затвор-исток): 

Входная емкость должна быть заряжена до порогового напряжения перед тем, как транзистор начнет открываться, и разряжена до напряжения общего провода перед тем, как транзистор выключится. Таким образом, сопротивление управляющей схемы и емкость Ciss образуют интегрирующую цепь, которая напрямую влияет на задержки включения и выключения. 

C_oss — Output capacitance, выходная емкость. Это емкость, измеренная между стоком и истоком, когда затвор замкнут по переменному току на сток. Coss состоит из параллельно соединенных емкостей C_ds (емкость сток-исток) и C_gd (емкость затвор-сток):

Для приложений с мягким переключением параметр C_oss важен, потому что влияет на резонанс схемы. 

C_rss, Reverse transfer capacitance, обратная переходная емкость. Это емкость, измеренная между стоком и затвором, когда исток соединен с землей. Обратная переходная емкость эквивалентна емкости затвор-сток. 

Обратная переходная емкость часто упоминается как емкость Миллера. Это один из главных параметров, влияющих на время нарастания и спада напряжения во время переключения. Он также влияет на эффекты времени задержки выключения. 

На рис. 11 показан пример зависимости типичных значений емкости от напряжения сток-исток. 

Рис. 11. Зависимость емкости от напряжения. 

Емкости уменьшаются при увеличении напряжения сток-исток, особенно это влияет на выходную и обратную переходную емкости.

Q_gs, Q_gd и Q_g, Gate charge, заряд затвора. Значения заряда отражают заряд, сохраненный на внутренних емкостях, описанных ранее. Заряд затвора используется для разработки схемы управления, поскольку нужно учитывать изменения емкости при изменении напряжения на переходах переключения [9, 10].

На рис. 12 показано, что Q_gs заряжается от начала координат до первого перегиба и далее заряжается до второго перегиба кривой (этот заряд известен как заряд Миллера), и Q_g является зарядом от начала координат до точки, где V_GS равно указанному управляющему напряжению затвора. 

Рис. 12. V_GS как функция заряда затвора. 

Заряд затвора незначительно изменяется с током стока и напряжением сток-исток, но не зависит от температуры. Для этого параметра указываются условия тестирования. График заряда затвора, обычно приведенный в даташите, показывает кривые заряда затвора для фиксированного тока стока и различных напряжений сток-исток. Напряжение горизонтального участка V_GS(pl), «плато», показанное на рис. 12, незначительно увеличивается с ростом тока (и соответственно уменьшается при снижении тока). Напряжение  также имеет прямо пропорциональную зависимость от порогового напряжения, так что изменения порогового напряжения коррелирует и изменением напряжения плато. 

[Резистивные параметры времени переключения (данные resistive switching)]

Эти параметры имеются в даташите по чисто историческим причинам. 

t_d(on), Turn-on delay time, время задержки включения. Это время от момента, когда напряжение затвор-исток на 10% превысит напряжение отсечки затвора до момента времени, когда ток стока вырастет больше 10% от указанного выходного тока. Это показывает задержку начала поступления тока в нагрузку.

t_d(off), Turn-off delay Time, время задержки выключения. Это время от момента, когда напряжение затвор-исток упадет ниже 90% напряжения отсечки затвора до момента, когда ток стока упадет ниже 90% от указанного выходного тока. Это показывает задержку отключения тока в нагрузке.

t_r, Rise time, время нарастания. Это время, за которое ток стока вырастет от 10% до 90% (значение тока указывается).

t_f, Fall time, время спада. Это время, за которое ток стока спадет от 90% до 10% (значение тока указывается). 

[Энергии переключения в индуктивностях] 

Из-за того, что данные resistive switching трудно использовать для предсказания потерь на переключение в реальных рабочих условиях мощных преобразователей, компания Advanced Power Technology включает во многие даташиты транзисторов MOSFET и FREDFET данные энергии переключения в индуктивностях. Это предоставляет разработчику ключевых блоков питания удобный способ сравнения быстродействия транзисторов MOSFET или FREDFET с другими транзисторами, даже если они выполнены по другой технологии наподобие IGBT. Поэтому можно использовать для разработки самый подходящий по качеству мощный транзистор. 

На рис. 13 показана схема тестирования переключения транзистора с учетом потерь в индуктивностях. Это импульсный тест, где применяется очень короткий по длительности цикл открытого состояния транзистора, так что энергия, запасенная в индуктивности, успеет рассеяться намного раньше поступления последующих импульсов, и саморазогрев можно не учитывать. Температура транзистора и фиксирующего диода во время теста регулируется принудительно от внешнего термостата. 

Рис. 13. Схема тестирования потерь на индуктивности.

В таблице динамических характеристик указываются следующие условия тестирования: VDD на рис. 13, ток теста, напряжение управления для затвора, сопротивление затвора и температура кристалла. Обратите внимание, то сопротивление затвора может включать сопротивление выхода микросхемы драйвера. Поскольку время переключения и энергии меняются с температурой (главным образом из-за диода в тестовой схеме), то данные предоставляются как для комнатной температуры, так и для разогретого состояния диода и тестируемого транзистора. Также предоставляется график зависимости между временем переключения и энергиями тока стока, и сопротивлением затвора. Определения времени задержки (включения) и времени нарастания и спада тока совпадают с аналогичными временами для данных resistive switching. 

Фактические формы сигнала при переключениях используются в даташите для определения различных измеренных параметров. Рис. 14 показывает форму сигнала включения и определения, связанные с ним. Энергия переключения может быть масштабирована напрямую для изменений между напряжением в приложении и энергией при тестовом напряжении, указанном в даташите. Так что, к примеру, если тесты в даташите были проведены при напряжении 330V, и в приложении применяется напряжение 400, то для масштабирования нужно просто умножить энергию переключения из даташита на коэффициент 400/330. 

Рис. 14. Формы сигналов включения и соответствующие определения. 

Времена переключения и энергии очень зависят от других компонентов и случайных (паразитных) индуктивностей в схеме. Диод сильно влияет на энергию включения. Паразитная индуктивность, включенная последовательно с истоком, является частью пути возвратного управляющего тока, и поэтому значительно влияет на времена переключения и энергии. Таким образом, время переключения и значения энергии, представленные в даташите, могут отличаться от того, что наблюдается в реальном приложении силового узла блока питания или ключа управления мотором. 

E_on, Turn-on switching energy with diode, энергия включения с диодом. Это зафиксированная индуктивная энергия включения, которая включает индуктивный коммутирующий реверсивный ток восстановления диода в тестируемом транзисторе, и она учитывает потери при включении. Обратите внимание, что транзисторы FREDFET в схемах мостов получают жесткие условия переключения, где паразитный диод сложно коммутируется, и энергия включения примерно в 5 раз выше, чем если бы использовался дискретный диод с быстрым восстановлением, наподобие того как показано в схеме рис. 13. 

Энергия включения является интегралом результата от тока стока и напряжения сток-исток на интервале от момента, когда ток стока вырастет больше 5% или 10% от тестового тока, то момента, когда напряжение спадет ниже 5% от тестового напряжения, как это показано на рис. 14. 

E_off, Turn-off switching energy, энергия выключения. Это параметр, характеризующий фиксацию потерь на индуктивности при выключении. На рис. 13 показана схема тестирования, и рис. 15 показывает форму сигнала и определения. E_off является интегралом результата от тока стока и напряжением сток-исток на интервале времени от момента, когда напряжение затвор-исток упадет ниже 90% до момента, когда ток стока станет нулевым. Это соответствует измерениям энергии выключения по JEDEC-стандарту 24-1. 

Рис. 15. Формы сигналов выключения и соответствующие определения. 

[Температурные и механические характеристики]

R_ƟJC, Junction to case thermal resistance, тепловое сопротивления между подложкой и корпусом. Этот параметр характеризует эффективность передачи тепла от кристалла к внешнему корпусу транзистора. Выделяющееся тепло является результатом потерь мощности в самом транзисторе. Обратите внимание, что тесты компании APT показывают температуры пластмассы, совпадающую с металлической частью корпуса дискретного компонента. 

Максимальное значение R_ƟJC включает допуск, учитывающий погрешности изменения для обычного процесса производства. Из-за улучшений производственного процесса в индустрии есть тенденция сокращения разницы между максимальным значением R_ƟJC и его реальным значением. 

Z_ƟJC, Junction to case transient thermal impedance, переходной термический импеданс между подложкой и корпусом. Этот параметр учитывает теплоемкость устройства, так что он может использоваться для оценки мгновенных температур из-за потерь мощности. 

В условиях проведения теста на термоимпеданс на тестируемый транзистор прикладываются импульсы мощности различной длительности, и при этом ждут спада температуры между каждым импульсом. Это дает измерение переходного термосопротивления для «одиночного импульса». Из этого строится модель резистор-емкость (RC) по кривой изменения температуры. Рис. 16 показывает такую RC-модель переходного термосопротивления. Некоторые даташиты могут показывать конденсаторы и резисторы, включенные параллельно, но это будет ошибкой. Конденсаторы «заземлены», как это показано на рис 16, и значения компонента остаются такими же. Нет никакого физического значения для промежуточных узлов в модели. Разное количество пар резистор-конденсатор используется просто для того, чтобы создать хорошую подгонку к фактическим измененным данным термосопротивления. 

Рис. 16. RC-модель переходного термосопротивления. 

Чтобы симулировать возрастание температуры с помощью RC-модели, Вы прикладываете источник тока с магнитудой, соответствующей рассеиваемой мощности в MOSFET. Таким образом, Вы можете использовать систему PSPICE или другой программный симулятор электронных схем, чтобы применить ввод произвольных потерь мощности. Из этого Вы можете оценить повышение температуры участка подложка-корпус как напряжение на ступеньках лестницы, установив ZEXT в ноль, как это показано на рис. 16. Вы можете расширить модель, чтобы включить теплоотвод, добавив дополнительные конденсаторы и/или резисторы. 

Переходное термосопротивление в виде семейства кривых, опубликованное в даташите, это просто симуляция прямоугольного импульса, основанная на RC-модели термосопротивления. Рис. 17 показывает пример. Вы можете использовать семейство кривых для оценки пикового нарастания температуры для прямоугольных импульсов мощности, которые являются обычными в источниках питания. Однако из за того, что минимальная длительность импульса 10 мкс, график имеет значение только для частот ниже 100 кГц. На более высоких частотах Вы будете просто использовать термосопротивление R_ƟJC.

Рис. 17. Семейство кривых термосопротивления.

[Пример анализа даташита]

Предположим, что в реальном приложении ключевого блока питания Вы хотите применить жесткое переключение тока 15A на частоте 200 кГц при напряжении 400V, при средней скважности 35%. Напряжение управления затвора 15V, и сопротивление цепи управления затвора составляет 15Ω для включения и 5Ω для выключения. Также предположим, что Вы хотите позволить максимальную температуру перехода 112°C, с удержанием температуры корпуса транзистора 75°C. С транзистором, рассчитанным на 500V, есть запас только в 100V между напряжением в приложении и V_DSS. С учетом скачков напряжения на шине питания 400V узкий запас по напряжению все равно достаточен, потому что у транзистора MOSFET есть эффект лавинного пробоя, который дает «безопасную цепь». Это конфигурация с продолжительной проводимостью, так что быстро восстанавливающийся диод FREDFET не нужен, MOSFET будет работать достаточно хорошо. Такой транзистор Вам следует выбрать? 

Поскольку это приложение с довольно высокой частотой переключения, то лучшим выбором будет серия Power MOS 7. Посмотрим на транзистор APT50M75B2LL. Его расчетный ток 57A, что больше чем в 3 раза переключаемого тока — хорошая стартовая точка, учитывая высокую частоту и жесткое переключение. Давайте оценим потери проводимости, потери переключения, и посмотрим, будет ли тепло рассеиваться достаточно быстро. Общая мощность, которую можно рассеять: 

При 112°C сопротивление R_DS(on) примерно в 1.8 раз больше, чем при комнатной температуре (см. рис. 3). Так что потери на проводимость составят: 

Pconduction = (1.8*0.075Ω * 15A) * 15A = 30.4 Вт 

Для оценки потерь на включение мы можем посмотреть на график зависимости потерь переключения от тока при температуре 125°C, показанный на рис. 18. Даже при том, что наше приложение требует максимальную температуру перехода 112°C, этот график будет достаточно точен, потому что энергия переключения MOSFET не чувствительна к температуре, за исключением изменений температуры, связанных с диодом в схеме. Поэтому не будет больших изменений при переходе от 112°C к 125°C. В любом случае, наша оценка будет консервативной. 

Рис. 18. Индуктивные потери переключения. 

По рис. 18 на токе 15A значение E_on будет около 300 μJ, и E_off около 100 μJ. Значения были измерены при 330V, а в нашем приложении на шине питания 400V. Так что мы можем просто сделать масштабирование энергий переключения по напряжению:

Данные на рис. 18 были также измерены при сопротивлении затвора 5Ω, и мы будем использовать 15Ω при включении. Поэтому мы можем использовать график зависимости энергии переключения от данных сопротивления затвора, показанный на рис. 19, чтобы снова сделать масштабирование энергии. 

Рис. 19. Зависимость энергии переключения от сопротивления затвора. 

Даже при том, что тестовый ток на рис. 19 больше, чем в нашем приложении, разумно учесть соотношение в изменении энергии переключения между рис. 19 и нашим случаем. От 5Ω до 15Ω значение E_on поменяется с коэффициентом около 1.2 (1500μJ / 1250μJ, см. рис. 19). Применим это с данным, скорректированным по напряжению, которые мы видим на рис. 18, и получим E_on = 1.2*364μJ = 437μJ. 

Потери на переключение составят: 

Pswitch = fswitch — ( Eon + Eoff) = 200kHz — (437μJ +121μJ) = 112 Вт

Pconduction + Pswitch = 142.4 Вт, что дает возможность сохранить температуру перехода ниже 112°C в случае корпуса, охлажденного до 75°C. Так что APT50M70B2LL будет удовлетворять требованиям этого примера применения. Такая же техника может использоваться для менее мощных транзисторов MOSFET. На практике потери часто больше всего бывают на переключении. Чтобы поместить транзистор на радиатор и поддерживать температуру корпуса 75°C вероятно потребуется керамическая прокладка (для электрической изоляции) между корпусом и теплоемким радиатором. Преимущество MOSFET состоит в том, что могут применяться демпферы и/или техники резонанса для уменьшения потерь на переключение, причем с транзисторами MOSFET не нужно беспокоиться о влиянии на переключение эффектов зависимости от напряжения или температуры.

[UPD160207. Figure-of-merit]

Для оценки транзисторов FET применяют так называемый показатель качества, Figure of merit (FOM) [11]. Он учитывает одновременно потери на включенном транзисторе и потери на переключение. Обычно FOM вычисляется как произведение сопротивления канала сток-исток открытого транзистора R_(DS)ON на заряд затвора Q_G. Q_G это заряд, который надо поместить на затвор транзистора MOSFET, чтобы он полностью открылся. С точки зрения рационального дизайна трудно одновременно снизить оба параметра, так что они хороши для оценки качества разработки ключа на полевом транзисторе.

Конечно, сравнение имеет смысл делать только в неком стандартном наборе условий. Это означает, что не только напряжение между затвором и истоком V_GS поставляет заряд, также и напряжение сток-исток V_DS влияет на сопротивление R(DS). (Это означает, что не просто канал полностью открыт, а то, что сопротивление R(DS) изменяется вверх и вниз.) Усложненный анализ учитывает, что R_(DS)ON немного меняется с током стока, так что при сравнении переключающихся транзисторов рабочий ток стока I_D также должен быть определен.

Иногда Вы увидите незначительно отличающийся показатель качества FOM: FOMSW, который будет произведением от which R_(DS)ON и Q. Он характеризует заряд переключения, который немного меньше Q_G.

[Ссылки]

1. Power MOSFET tutorial site:eetimes.com.
2. R. Severns, E. Oxner; «Parallel Operation of Power MOSFETs», technical article TA 84-5, Siliconix Inc. 
3. J. Dodge; «Latest Technology PT IGBTs vs. Power MOSFETs», application note, Advanced Power Technology.
4. R. Frey, D. Grafham — APT, T. Mackewicz — TDIDynaload; «New 500V Linear MOSFETs for a 120 kW Active Load», application note APT0002, Advanced Power Technology.
5. Реле и транзисторы: как они работают в качестве электронных переключателей.
6. JFET site:wikipedia.org.
7. Bipolar junction transistor site:wikipedia.org.
8. N. Mohan, T. Undeland, W. Robbins; «Power Electronics » Converters Applications, and Design», text book published by Wiley.
9. K. Dierberger, «Gate Drive Design for Large Die MOSFETs», application note APT9302, Advanced Power Technology.
10. R. McArthur, «Making Use of Gate Charge Information in MOSFET and IGBT Datasheets», application note APT0103, Advanced Power Technology.
11. Оценка качества транзисторов MOSFET.

Как подобрать замену для MOSFET-транзистора || AllTransistors.com

 

Для большинства MOSFET-транзисторов достаточно просто подобрать аналоги, схожие по параметрам. Если заменить неисправный MOSFET-транзистор на такой же невозможно, то для поиска аналога необходимо:

1. Узнать полное наименование транзистора по его маркировке. Для MOSFET-транзистора в корпусе СМД название можно расшифровать по маркировке: СМД-коды 🔗.
2. Изучить схему включения MOSFET-транзистора для определения режима его работы (ключ в цепях коммутации, импульсное устройство, линейный стабилизатор и т.д.).
3. Найти даташит для неисправного MOSFET-транзистора и заполнить форму для подбора аналога на сайте.
4. Выбрать наиболее подходящий аналог MOSFET-транзистора, учитывая режим его работы в устройстве.

На что нужно обратить внимание

Открыв PDF-даташит, в первую очередь надо выяснить: тип транзистора (MOSFET или JFET), полярность, тип корпуса, расположение выводов (цоколевку).

Из числовых параметров это, прежде всего предельные характеристики, такие как Pd — максимальная рассеиваемая мощность, Vds — максимальное напряжение сток-исток, Vgs — максимальное напряжение затвор-исток, Id — максимальный ток стока. У подбираемого транзистора эти параметры должны быть не меньше чем у исходного транзистора.

Для MOSFET-транзистора важным параметром является сопротивление сток-исток открытого транзистора (Rds). От значения Rds зависит мощность, выделяемая на транзисторе. Чем меньше значение Rds, тем меньше транзистор будет нагреваться.

Однако необходимо помнить, что чем больше Id и меньше Rds, тем больше ёмкость затвора у MOSFET-транзистора. Это приводит к тому, что требуется большая мощность для управления этим затвором. А если схема не обеспечит нужную мощность, то возрастут динамические потери из-за замедленной скорости переключения транзистора и, как итог, MOSFET будет больше нагреваться. Поэтому необходимо проверить температурный режим (нагрев) транзистора после включения устройства. Если транзистор сильно нагревается, то дело может быть как в самом транзисторе, так и в элементах его обвязки.

 

Расшифровка основных параметров MOSFET-транзисторов

Тип транзистора – в реальных устройствах могут использоваться полевые транзисторы разных типов: транзистор с управляющим p-n – переходом (J-FET) или униполярные транзисторы МДП-типа (MOSFET).

Полярность — полевые транзисторы могут быть прямой проводимости или обратной, то есть с P-каналом или N-каналом.

Максимальная рассеиваемая мощность (Pd) — необходимо убедиться, что выбранный транзистор может рассеивать достаточную мощность. Этот параметр зависит от максимальной рабочей температуры транзистора — при повышении температуры максимальная рассеиваемая мощность уменьшается. Если рассеиваемая мощность недостаточна — ухудшаются некоторые характеристики транзистора. Например, сопротивление Rds может удвоиться при возрастании температуры от 25°C до 125°C.

Предельно допустимое напряжение сток-исток (Vds) – это максимальное напряжение сток-исток не вызывающее лавинного пробоя при температуре 25°C. Оно имеет зависимость от температуры: напряжение уменьшаться при уменьшении температуры транзистора. Например, при -50°C, напряжение, не вызывающее лавинного пробоя, может составлять 90% от Vds при 25°C.

Предельно допустимое напряжение затвор-исток (Vgs) – при подаче на затвор напряжения более допустимого, возможно повреждение изолирующего оксидного слоя затвора (это может быть и статическое электричество). Не стоит использовать транзисторы с большим запасом по напряжениям Vds и Vgs, т.к. обычно они имеют худшие скоростные характеристики.

Пороговое напряжение включения Vgs(th) — если напряжение на затворе выше Vgs(th), MOSFET транзистор начинает проводить ток через канал сток-исток. Vgs(th) имеет отрицательный температурный коэффициент: с увеличением температуры MOSFET-транзистор начинает открываться при более низком напряжении затвор-исток.

Максимально допустимый постоянный ток стока (Id) – следует иметь ввиду, что иногда выводы из корпуса транзистора ограничивают максимально допустимый постоянный ток стока (переключаемый ток может быть больше). С ростом температуры максимально допустимый ток уменьшается.

Максимальная температура канала (Tj) — этот параметр ограничивает температуру канала транзистора во включенном состоянии. Если ее превысить, срок службы транзистора может сократиться.

Общий заряд затвора (Qg) — заряд, который нужно сообщить затвору для открытия транзистора. Чем меньше этот параметр, тем меньшая мощность требуется для управления транзистором.

Время нарастания (tr) — время, за которое ток стока увеличится с 10% до 90% от указанного.

Сопротивление сток-исток открытого транзистора (Rds) — сопротивление открытого канала сток-исток при заданных параметрах: Id, Vgs и Tj.

Выше описаны наиболее важные параметры MOSFET-транзисторов. В даташитах производитель указывает много дополнительных параметров: заряд затвора, ток утечки затвора, импульсный ток стока, входная емкость и др.

Что важно учесть при монтаже MOSFET-транзистора

При работе с MOSFET транзисторами нужно учесть, что они могут быть повреждены статическим электричеством на ваших руках или одежде. Перед монтажом на печатную плату необходимо соединить выводы транзистора между собой тонкой проволокой. Для пайки лучше используйте паяльную станцию, а не обычный электрический паяльник. Вместо отсоса для удаления припоя используйте медную ленту для удаления припоя. Это уменьшит вероятность пробоя затвора статическим электричеством. Или используйте антистатический браслет.

 

 

 

Как узнать, неисправен ли MOSFET

Ниже приведены инструкции о том, как узнать, неисправен ли MOSFET. Это наиболее распространенные методы, которые можно использовать для проверки неисправности полевого МОП-транзистора.

Шаг № 1 о том, как узнать, неисправен ли MOSFET

: Проверка диодов

Первое, что мы попробуем узнать, неисправен ли MOSFET, — это проверить падение диода. Возьмите цифровой мультиметр и установите его в диодный режим. Для NMOS выполните настройку ниже.

Для PMOS выполните настройку, указанную ниже.

Хороший полевой МОП-транзистор должен иметь показания от 0,4 В до 0,9 В (в зависимости от типа полевого МОП-транзистора). Если показание равно нулю, МОП-транзистор неисправен, а когда показание «открыто» или нет, МОП-транзистор также неисправен.

Когда вы меняете местами подключения датчиков цифрового мультиметра, показания должны быть «открытыми» или отсутствовать для исправного полевого МОП-транзистора. Если показание равно нулю, МОП-транзистор неисправен.

Шаг № 2, как узнать, неисправен ли полевой МОП-транзистор

: Проверка сопротивления

Следующий метод определения неисправности полевого МОП-транзистора — это проверка сопротивления.Хороший полевой МОП-транзистор должен иметь высокое сопротивление между стоком и истоком независимо от полярности датчика цифрового мультиметра.

Затвор исток также имеет высокое сопротивление в любом случае для хорошего полевого МОП-транзистора. Однако вы должны принять во внимание, что когда вы помещаете положительный вывод цифрового мультиметра на затвор, а отрицательный — на источник NMOS, полевой МОП-транзистор включается. Вы можете ошибочно решить, что МОП-транзистор неисправен, когда измеряете сопротивление сток-исток, поскольку цифровой мультиметр покажет 0 Ом. Итак, чтобы избежать этого сценария, убедитесь, что на затворе разрядился заряд.

То же самое с PMOS, когда вы подключаете положительную клемму к источнику, а отрицательную клемму цифрового мультиметра к затвору, MOSFET включается.

Если вы измеряете сопротивление вывода MOSFET на вывод, вы должны учитывать соответствующие резисторы, поскольку они влияют на показания. Например, в приведенной выше схеме, когда вы измеряете сопротивление между затвором и источником, вы читаете не высокое сопротивление, а значение R1, равное 10 кОм. Удаление резистора 10 кОм повысит показание.

Шаг № 3 о том, как узнать, неисправен ли MOSFET

: Проверка целостности

Третий метод определения неисправности полевого МОП-транзистора — это проверка целостности цепи. Установите цифровой мультиметр в режим проверки целостности цепи. В современных цифровых мультиметрах режим непрерывности обычно имеет слышимый звук при подключении измеренных точек. Положите плюсовой провод на сток, а отрицательный на цифровой мультиметр — на источник или наоборот, когда показание равно нулю или звук цифрового мультиметра не исчезает, устройство повреждено; закороченный сток-исток.

Используйте тот же подход к другим выводам полевого МОП-транзистора и сделайте то же самое. Однако, когда вы подключаете положительный полюс цифрового мультиметра к затвору, а отрицательный — к источнику для NMOS или наоборот для PMOS; прибор включится и при измерении непрерывности между стоком и истоком; чтение равно нулю. Вы можете ошибиться в том, что MOSFET неисправен. Итак, убедитесь, что вентиль всегда разряжается до источника.

Для проверки выключите прибор и снова измерьте целостность.Чтобы выключить NMOS, подключите положительную клемму цифрового мультиметра к источнику, а отрицательную клемму — к затвору. Сделайте иначе, чтобы выключить PMOS. Хороший полевой МОП-транзистор не должен иметь непрерывности между клеммами. Если да, то действительно неисправен.

Краткое изложение того, как узнать, неисправен ли MOSFET

Вышеуказанные методы являются общими для того, чтобы узнать, неисправен ли MOSFET. Я знаю, что есть несколько других техник. Поэтому я предлагаю объединить вышеперечисленные методы с другими методами, которые вы изучили, чтобы вы могли выполнять точный поиск и устранение неисправностей.

Если вам интересно узнать, как искать и устранять неисправности диодов, прочтите «Как узнать неисправный диод». С другой стороны, если вам интересно узнать, как устранить неполадки BJT, прочтите «Как узнать, неисправен ли транзистор». Если вы хотите узнать больше о полевых МОП-транзисторах, прочтите «Расчетные уравнения силовых полевых МОП-транзисторов».

Следите за electronicsbeliever.com:

https://www.facebook.com/electronicsbeliever

Связанные

Тестирование полевого МОП-транзистора — Как провести эффективный тест

Тест MOSFET — это тип транзистора, который использует напряжение для регулирования степени проводимости.Относится к полевым транзисторам.

Уровень приложенного напряжения определяет изменение проводимости полевого МОП-транзистора. Это свойство делает устройство пригодным для регулирования и усиления сигналов так же, как переключатель.

Тем не менее, полевой МОП-транзистор — сложное устройство, которое также сложно настроить. Таким образом, проверка его эффективности является сложной задачей. Если вы хотите узнать, как проверить полевой МОП-транзистор, мы подробно расскажем вам.

1.Когда нам нужно тестировать полевой МОП-транзистор?

Рисунок 1: Детали полевого МОП-транзистора

Тестирование полевого МОП-транзистора перед его подключением к цепи — важная вещь для защиты других компонентов. МОП-транзистор состоит из трех основных частей. Они включают сток, исток и затвор. При использовании неисправного полевого МОП-транзистора происходит замыкание стока на затвор. Это вредно для схемы.

Результирующим эффектом этого короткого замыкания может быть обратная связь по напряжению стока, которая также влияет на вывод затвора.Достигнув этого вывода, напряжение далее проходит в схему драйвера через резистор затвора. Эта трансмиссия может привести к дальнейшему повреждению схемы привода. Предотвращение таких повреждений является причиной того, что тестирование полевого МОП-транзистора является обязательным перед его использованием, чтобы избежать повреждения всей схемы.

2. Компоненты, необходимые для тестирования полевого МОП-транзистора

Рисунок 2: Цифровой мультиметр

При тестировании полевого МОП-транзистора сначала необходимо собрать необходимые компоненты.Наиболее часто используемый MOSFET — это N-канальный MOSFET, также известный как NMOS. Для тестирования N-канального MOSFET требуются следующие элементы:

• Источник питания 5 В постоянного тока
• Один измерительный прибор — это может быть омметр или мультиметр с диапазоном сопротивления.
• Один мультиметр с диодным режимом
• A Q1 MOSFET
• Один резистор 100E
• Один резистор 10 кОм
• Один резистор 220E
• Один светодиод общего назначения
• Один кнопочный переключатель

3.Как проверить полевой МОП-транзистор?

Вы можете использовать два основных метода для проверки эффективности полевого МОП-транзистора. К ним относятся: использование измерительного прибора и использование электронных компонентов.

Метод 1: Использование измерительного прибора

Рисунок 3: Цифровой мультиметр

Этот метод включает в себя проверку работоспособности полевого МОП-транзистора с помощью омметра или мультиметра. Для этого варианта вы можете использовать любой из следующих трех основных способов.

• Проведите проверку диодов.Для этой операции потребуется мультиметр с диодным режимом.
• Испытание на сопротивление.
• Вы также можете использовать мультиметр и омметр в диодном режиме.

Метод 2: Тестирование полевого МОП-транзистора с использованием электронных компонентов

Этот метод требует сборки тестовой схемы для проверки правильности работы полевого МОП-транзистора.

Рисунок 4: Электрическая плата

Метод 3: Тестирование полевого МОП-транзистора с помощью измерительного прибора

Рисунок 5: Измерительный прибор

Тестирование MOSFET – диода

Провести этот тест несложно, так как нужен только мультиметр с диодным режимом.МОП-транзистор имеет внутренний диод. Поэтому в NMOS основной диод обычно проходит от истока к стоку. В этом случае анод находится у истока, а катод — у стока.

Полученное значение зависит от типа диода. Когда полевой МОП-транзистор находится в режиме прямого смещения, падение напряжения на диоде в разной степени меньше. Для большинства полевых МОП-транзисторов прямое падение составляет примерно от 0,4 до 0,9 В.

Когда NMOS имеет обратное смещение, диод работает как цепь.Вероятно, неисправен диод, показания которого не соответствуют этому диапазону. Диод, который тоже показывает ноль на мультиметре, тоже неисправен.

Рисунок 6: Мультиметр показывает нулевое показание

Ниже приведены некоторые из важнейших этапов проверки проводимости полевого МОП-транзистора с помощью проверки диодов:

1. Сначала убедитесь, что мультиметр находится в режиме диода.
2. Для тестирования NMOS подключите красный датчик мультиметра к истоку MOSFET, а черный датчик — к стоку.При этом основной диод находится в режиме прямого смещения. В этом режиме мультиметр должен показывать показания от 0,4 В до 0,9 В. Если мультиметр показывает нулевое значение или отсутствие показаний, этот полевой МОП-транзистор неисправен.
3. Поменяйте местами подключения датчиков, чтобы создать разрыв цепи. Мультиметр не должен показывать никаких показаний в этом режиме, поскольку диод теперь имеет обратное смещение. Если мультиметр показывает любое показание, отличное от нуля, прибор неисправен.

Проверка сопротивления MOSFET

Рисунок 7: Омметр

Когда нет запускающего импульса на выводе затвора полевого МОП-транзистора, его сопротивление от стока к истоку высокое.Тест сопротивления использует это свойство для проверки неисправности полевого МОП-транзистора. Этот тест также прост, и для его выполнения требуется только омметр. Ниже приведены некоторые из основных этапов проведения теста на сопротивление:

1. Правильно функционирующий полевой МОП-транзистор должен указывать на высокое сопротивление между стоком и истоком независимо от подключения щупов омметра. Следовательно, полярность подключения не имеет значения для результата теста.
2. Вы также можете использовать омметр вместо мультиметра для проверки сопротивления стока к истоку.Переведите мультиметр в режим сопротивления, чтобы начать тест. Вы должны получить показания, указывающие на чрезвычайно высокое сопротивление. Сопротивление полевого МОП-транзистора настолько велико, что это значение должно быть в мегаомах.
3. Сравните показание, полученное в результате этого показания, с таблицей данных MOSFET. Если вы обнаружите, что значение сопротивления меньше, чем указано в таблице данных или равно нулю, это неисправно. Измеритель или омметр должны показывать сопротивление, указанное в таблице данных.

Проверка полевого МОП-транзистора — с помощью омметра и мультиметра в диодном режиме

Рисунок 8: MOSFET на материнской плате

При проверке эффективности полевого МОП-транзистора с помощью этого метода запускается терминал затвора устройства.В свою очередь, это приводит к тому, что сопротивление стока к истоку становится очень низким. Фактическое значение, до которого падает это сопротивление, зависит от типа полевого МОП-транзистора.

Вы можете запустить полевой МОП-транзистор с помощью мультиметра, поскольку у него есть источник питания, обычно батарея. Следовательно, когда вы устанавливаете измеритель в диодный режим, он будет действовать как источник питания полевого МОП-транзистора. Тем не менее, вам необходимо принять некоторые меры предосторожности.

Убедитесь, что пороговое напряжение полевого МОП-транзистора не слишком велико.Пороговое напряжение должно быть в пределах диапазона мультиметра для оптимальной работы.

Рисунок 9: Различные модели полевых МОП-транзисторов

Ниже приведены некоторые из основных шагов при выполнении этого теста:

1. Используйте тест сопротивления, чтобы определить сопротивление стока к истоку. Было бы полезно, если бы вы записали значение сопротивления стока до истока полевого МОП-транзистора в выключенном состоянии. Вы будете использовать это значение для справки на следующем шаге.
2. Запустить полевой МОП-транзистор. Для этого сначала убедитесь, что мультиметр находится в диодном режиме. Затем подключите черный зонд к стоку полевого МОП-транзистора, а затем поместите красный зонд на затвор на несколько секунд. Этот процесс запустит вентиль, и MOSFET должен включиться через этот запуск.
3. С помощью омметра проверьте сопротивление между стоком и истоком полевого МОП-транзистора. Следует ожидать очень низкого показания омметра, которое на этом этапе стремится к нулю. Если вы получите такое показание, значит, полевой МОП-транзистор находится в хорошем состоянии.
4. Затем вам нужно проверить техническое описание полевого МОП-транзистора, чтобы подтвердить сопротивление стока до истока, когда устройство включено. Сравните значение в таблице данных устройства с вашими показаниями. Если ваши показания значительно отличаются от значений, указанных в таблице данных устройства, полевой МОП-транзистор неисправен. Кроме того, если ваши показания совпадают с показаниями полевого МОП-транзистора в закрытом режиме, у него есть неисправности.
5. Если вы обнаружите, что показание, когда полевой МОП-транзистор находится во включенном режиме, соответствует значению в таблице данных, вам необходимо провести дополнительные тесты.Сначала разрядите полевой МОП-транзистор, закоротив сток или затвор. Можно использовать палец или перемычку.
6. Наконец, вам необходимо проверить сопротивление от стока к истоку, используя метод сопротивления. Это показание должно быть аналогично предыдущему показанию устройства в выключенном состоянии. Если это не так, MOSFET неисправен.

Метод 2: Тестирование полевого МОП-транзистора с использованием электронных компонентов.

Этот метод требует сборки тестовой схемы для проверки правильности работы полевого МОП-транзистора.

Рисунок 10: Электронная плата

Этот метод гарантирует получение наиболее точных результатов при проверке эффективности полевого МОП-транзистора. Тем не менее, сначала вам нужно будет собрать схему, выполнив следующие действия:

1. Создайте импульс запуска стробирования. Светодиод, подключенный к нагрузке, покажет вам, включен или выключен MOSFET.
2. Когда схема находится в рабочем состоянии, сопротивление затвор-исток полевого МОП-транзистора будет действовать как сопротивление понижения.Он также защитит полевой МОП-транзистор от повреждений из-за разряда паразитной емкости полевого МОП-транзистора.
3. Сначала, когда кнопка находится в нормальном состоянии, сопротивление стока к истоку слишком велико. Таким образом, в этом состоянии светодиод должен оставаться выключенным, показывая, что полевой МОП-транзистор выключен. Если светодиод горит, этот MOSFET неисправен.
4. Когда вы нажмете кнопку, сопротивление стока к истоку упадет до очень низкого уровня. Светодиод должен загореться, указывая на то, что полевой МОП-транзистор включен, если светодиод не горит, пока полевой МОП-транзистор неисправен в этом режиме.
5. Когда вы отпустите кнопку, вы разорвете цепь, и светодиод должен погаснуть. Если после отпускания контроллера светодиод продолжает гореть, этот полевой МОП-транзистор также неисправен.

Рисунок 11: Компоненты тестирования полевого МОП-транзистора

Существует несколько мер предосторожности, которые необходимо предпринять при тестировании полевого МОП-транзистора. В их числе:

1. Убедитесь, что входной источник питания больше или эквивалентен пороговому напряжению полевого МОП-транзистора.
2. Вы также не должны превышать напряжение стока и напряжение затвора полевого МОП-транзистора выше напряжения пробоя.
3. Для используемого светодиода требуется примерно 20 мА. Поэтому вам следует выбрать подходящий резистор-ограничитель тока для питания светодиода.
4. Вы всегда должны использовать затвор для источника сопротивления в ваших соединениях. Это поможет избежать шума на затворе, а также облегчит разряд паразитной емкости устройства.
5. Вы также должны всегда использовать малый диапазон резисторов на затворе MOSFET.Оно должно быть примерно от 10 до 500 градусов.
6. Наконец, при тестировании с помощью метода тестовой схемы убедитесь, что вы используете схему переключения низкого уровня. В противном случае MOSFET не будет работать.

Заключение

Как подчеркивается в этой статье, перед использованием необходимо проверить, неисправен ли MOSFET. Неисправный может потенциально вызвать множество проблем в цепи.

Мы изложили все важные идеи по тестированию полевого МОП-транзистора.Таким образом, вы можете использовать любой из вышеперечисленных методов. Любой из этих методов должен работать для вас эффективно и без сбоев. Мы также готовы предоставить экспертные консультации по МОП-транзисторам и другим электронным устройствам. Свяжитесь с нами, и наша команда специалистов ответит на ваши вопросы в кратчайшие сроки. Мы здесь чтобы помочь вам.

Видео: Тестирование полевого МОП-транзистора

Тестирование полевого транзистора — тест на утечку и отказ

Советы по тестированию полевого транзистора — тестовый полевой элемент с аналоговым мультиметром

Правильный способ проверки МОП-транзистора — использовать аналоговый мультиметр.Стенд Mosfet для области металлооксидных полупроводников транзистор с эффектом или мы просто назвали его фет. Импульсный источник питания и многие другие схемы используют в качестве части схемы транзисторы. Отказ МОП-транзистора и утечка в цепи довольно велики, и вам нужно знать, как точно проверить Это.

Измерительные компоненты с двумя выводами, например резисторы, конденсаторы и диоды намного проще, чем измерить транзистор и фет, у которых есть три ножки.Многие мастера по ремонту электроники испытывают трудности особенно проверяя компоненты трех отведений. Сначала найдите распиновку затвора, стока и истока из книги по замене полупроводников или поиск по его таблице данных из поисковой системы.

Если у вас есть перекрестная ссылка или диаграмма для каждого контакта mosfet, затем используйте аналоговый мультиметр, настроенный на диапазон 10 кОм, чтобы проверить его. Предполагая, что вы тестируете N-канальный MOSFET, установите черный щуп к сливному штифту.

Коснитесь штифта затвора красным щупом, чтобы разрядить внутреннюю емкость в MOSFET. Теперь переместите красный зонд к контакту истока, пока черный зонд все еще касается дренажного штифта. Используйте свой правый палец и коснитесь затвора и сливного штифта вместе, и вы заметите, что стрелка аналогового мультиметра переместится вперед к центральному диапазону измерителя. шкала.

Коснитесь пальцем заслонки и сливного штифта.

Поднимая красный зонд с вывода источника и снова вставляя на исходном штифте, указатель по-прежнему останется в середине шкалы измерителя. Чтобы разрядить его, нужно поднять красный зонд и прикоснуться к нему. всего один раз на штифте ворот. Это в конечном итоге снова разрядит внутреннюю емкость.

В это время используйте красный щуп, чтобы снова коснуться вывода источника, указатель вообще не пинает, потому что вы уже разрядили его, прикоснувшись к штифту затвора.Это хорошая характеристика МОП-транзистора. нужно потренироваться больше, взяв немного еды со скамьи или из отделения для компонентов. Как только вы узнаете секреты, протестируйте другой MOSFET так же просто, как и проверить диод.

Если вы заметили, что весь результат, который вы измерили, снизился до нуля и не разрядится, тогда фет считается закороченным и требует замены. Тестирование полевого транзистора Fet с каналом P происходит так же, как и при проверке N канал фет.Что вы делаете, так это переключите полярность датчика при проверке P-канала. Некоторые аналоговые мультиметры имеют диапазон 100 кОм, Этот тип измерителя не может действительно проверить фет из-за отсутствия батареи 9 В внутри мультиметра. У этого типа измерителя не будет достаточно мощности для срабатывания МОП-транзистора. Убедитесь, что вы используете глюкометр с переключатель диапазона раз 10 кОм.

Типичные номера деталей MOSFET с N каналом: 2SK791, K1118, IRF634, IRF. Номер детали 740 и P-канального транзистора: J307, J516, IRF 9620 и т. Д.Вы также можете получить тестер mosfet на рынке и один из Известный бренд — портативный супер-крикетный транзистор sencore tf46 и тестер фет. Вы можете сделать ставку на Ebay.

Тестер транзисторов и полевых транзисторов Sencore TF46

---

Testing MOSFET — (Часть 16/17)

MOSFET — это более часто используемые транзисторы.Они известны своей высокой скоростью переключения и высоким входным сопротивлением. Вот почему их предпочитают использовать при изготовлении интегральных схем и высокочастотных прикладных микросхем. Индивидуальные полевые МОП-транзисторы также широко используются во многих приложениях. Перед использованием полевого МОП-транзистора в схеме важно проверить, не неисправен ли он. В неисправном МОП-транзисторе сток может закоротиться на затвор. Это может вызвать обратную связь по напряжению стока на выводе затвора, и это напряжение затем будет поступать в схему драйвера через резистор затвора, который может еще больше взорвать схему драйвера.Поэтому лучше протестировать полевой МОП-транзистор, прежде чем использовать его в схеме. Поскольку N-канальные MOSFET более распространены, тестирование N-канальных MOSFET обсуждается только в этом руководстве.

Необходимые компоненты —

Рис.1: Список компонентов, необходимых для тестера MOSFET

Методы испытаний полевого МОП-транзистора

Существует два распространенных метода тестирования полевого МОП-транзистора —

.

1) С помощью измерительного прибора — в этом методе полевой МОП-транзистор проверяется с помощью мультиметра или омметра.В этом методе снова есть три способа проверить неисправный полевой МОП-транзистор —

.

I) Тест диода — требуется мультиметр с режимом диода

II) Тест сопротивления — требуется омметр

III) С помощью омметра и мультиметра в диодном режиме

2) Используя основные электронные компоненты — В этом методе тестовая схема предназначена для проверки рабочего состояния полевого МОП-транзистора.

Тест диодов

В этом методе для проверки полевого МОП-транзистора требуется мультиметр с диодным режимом.Поскольку полевой МОП-транзистор имеет внутренний основной диод, в N-канальном МОП-транзисторе этот основной диод проходит от истока к стоку с анодом на истоке и катодом на стоке диода. При прямом смещении падение на диоде очень мало в зависимости от типа диода. В большинстве полевых МОП-транзисторов прямое падение на диоде составляет от 0,4 В до 0,9 В. При обратном смещении этот диод действует как разомкнутая цепь или цепь с высоким сопротивлением. Таким образом, МОП-транзистор можно проверить, исследуя проводимость через этот корпусный диод исток-сток. Выполните следующие шаги, чтобы провести тест диода —

1.Для этого теста установите мультиметр в диодный режим.

2. Для N-канального MOSFET подключите красный зонд (положительный) к истоку, а черный — к стоку (общий). Таким образом, основной диод находится в состоянии прямого смещения. Теперь на мультиметре должно быть получено показание от 0,4 В до 0,9 В (как показано на рисунке ниже). Если показание равно нулю или нет показаний, значит, полевой МОП-транзистор неисправен.

Рис. 2: Принципиальная схема, показывающая падение напряжения на полевом МОП-транзисторе при прямом смещении

3.Перевернув щупы измерителя, должно произойти состояние обрыва цепи, и на мультиметре не должно появиться никаких показаний из-за обратного смещения диода (см. Рисунок ниже). Если показание не равно нулю, МОП-транзистор неисправен.

Рис. 3: Принципиальная схема, показывающая падение нулевого напряжения на полевом МОП-транзисторе при обратном смещении

Испытание на сопротивление

В этом методе требуется омметр. Сопротивление сток-исток (Rds) полевого МОП-транзистора очень велико (в мегаомах), когда на его вывод затвора не подается пусковой импульс.Таким образом, эту функцию MOSFET можно использовать для тестирования неисправного MOSFET. Выполните следующие шаги, чтобы провести тест сопротивления —

1. Хороший полевой МОП-транзистор должен иметь высокое сопротивление (Rds) от стока до истока независимо от полярности измерительных щупов.

2. Установите измеритель в режим измерения сопротивления или с помощью омметра проверьте сопротивление стока к истоку. Показания должны иметь сопротивление в мегаомах (как показано на рисунке ниже). Проверьте таблицу данных MOSFET, чтобы проверить сопротивление между стоком и истоком (Rds) в выключенном состоянии, и сравните его с наблюдаемым значением Rds (выкл.).

Рис. 4: Принципиальная схема, показывающая высокое сопротивление сток-исток на полевом МОП-транзисторе

3. Если значение сопротивления между стоком и истоком (Rds (off)) оказывается равным нулю или меньше указанного в его техническом описании, полевой МОП-транзистор неисправен.

Проверка MOSFET омметром и мультиметром в диодном режиме

В этом методе полевой МОП-транзистор проверяется срабатыванием терминала затвора.Когда срабатывает затвор полевого МОП-транзистора, сопротивление стока к истоку (Rds) полевого МОП-транзистора становится очень низким (от мегаом до ома) в зависимости от типа полевого МОП-транзистора. МОП-транзистор может быть активирован мультиметром, так как в нем есть батарея. Таким образом, он действует как источник питания, когда он установлен в диодном режиме. Но перед запуском MOSFET убедитесь, что пороговое напряжение (Vth или Vgs) MOSFET не слишком велико, что мультиметр не может обеспечить. Выполните следующие шаги, чтобы провести этот тест —

1.Проверьте сопротивление между стоком и истоком с помощью теста сопротивления, упомянутого выше. Обратите внимание на сопротивление стока к истоку, Rds (выкл.) Для справки.

2. Включите полевой МОП-транзистор, установив мультиметр в режим диода, затем прикрепите черный (отрицательный) щуп измерителя к стоку и на мгновение прикоснитесь к красному щупу к затвору. Это должно вызвать срабатывание ворот (как показано на рисунке ниже). При этом MOSFET должен включиться.

Рис. 5: Принципиальная схема, показывающая срабатывание затвора полевого МОП-транзистора

3.Возьмите омметр и проверьте сопротивление стока до истока, Rds (вкл.). На этот раз показание должно быть очень низким (ноль или приблизительно ноль), чем предыдущее показание Rds (выкл.) (Как показано на рисунке ниже). Это подтвердит, что полевой МОП-транзистор находится в хорошем состоянии. Обратитесь к таблице данных полевого МОП-транзистора, чтобы проверить значение сопротивления между стоком и истоком в состоянии Rds (вкл.) И сравнить его с наблюдаемым значением. Если наблюдаемое значение сильно отличается от указанного в таблице данных, MOSFET неисправен.

Рис. 6: Принципиальная схема, показывающая низкое сопротивление сток-исток (Rds) полевого МОП-транзистора во включенном состоянии

4. Если показание такое же, как Rds (выкл.), То также неисправен полевой МОП-транзистор.

5. Если значение сопротивления между стоком и истоком в состоянии, Rds (вкл.) Соответствует значению, указанному в таблице данных, то для дальнейшего тестирования разрядите полевой МОП-транзистор, закоротив затвор и сток пальцем или любым другим способом. перемычка.

6. Еще раз проверьте сопротивление стока к истоку (Rds) методом сопротивления. Показание должно быть равно предыдущему показанию сопротивления стока к истоку в выключенном состоянии, Rds (off). Если показание меньше предыдущего значения Rds (выкл.), То также неисправен полевой МОП-транзистор.

Тестирование полевого МОП-транзистора с использованием основных электронных компонентов

Этот метод тестирования — один из лучших и точных способов проверки полевого МОП-транзистора.Для проведения этого теста, прежде всего, соберите схему, как показано ниже —

Рис.7: Принципиальная схема для тестирования полевого МОП-транзистора

Для проведения этого теста выполните следующие шаги —

1. Подайте импульс запуска стробирования через сопротивление R1 с помощью кнопки.

2. К нагрузке подключен светодиод (показанный как сопротивление R3) для визуальной индикации включения и выключения полевого МОП-транзистора.

3. В схеме сопротивление затвор-исток полевого МОП-транзистора (Rgs) действует как понижающее сопротивление, а также разряжает паразитную емкость полевого МОП-транзистора, которая защищает полевой МОП-транзистор от любых повреждений.

4. Изначально кнопка находится в нормальном состоянии, следовательно, ворота не подключены к источнику питания. В этом состоянии сопротивление стока к истоку очень велико, что подтверждается испытанием сопротивления. Таким образом, светодиод при нагрузке не должен включаться (как показано на рисунке ниже).Это указывает на то, что полевой МОП-транзистор находится в выключенном состоянии. Если светодиод горит, МОП-транзистор неисправен.

Рис. 8: Принципиальная схема, показывающая, что светодиод выключен перед срабатыванием ворот

5. Когда кнопка нажата, срабатывает затвор, и это делает сопротивление стока к истоку очень низким, приближаясь к нулю Ом. Таким образом, нагрузка должна получить все падение напряжения на ней, и это должен включить светодиод. Это будет означать, что полевой МОП-транзистор находится во включенном состоянии и работает правильно (как показано на рисунке ниже).Если светодиод остается в выключенном состоянии, это означает, что полевой МОП-транзистор неисправен.

Рис. 9: Принципиальная схема, показывающая, что светодиод включен после срабатывания шлюза

6. Когда кнопка отпускается, затвор разряжается через затвор до сопротивления источника (Rgs), и светодиод снова должен погаснуть. Если он не выключается, значит, MOSFET неисправен.

7. В этой тестовой схеме светодиод потребляет ток около 20 мА, чего достаточно для приличной яркости светодиода.Для ограничения тока к нему должно быть последовательно подключено сопротивление ограничителя тока. Сопротивление нагрузки работает как сопротивление ограничителя тока в цепи.

Значение этого сопротивления можно рассчитать следующим образом —

.

(входное напряжение светодиода), Vin = 5V

По закону Ома Vin = IL * RL

желаемый ток для светодиода, IL = 20 мА

Путем выставления всех значений,

5 = 0,02 * RL

RL = 250E

В зависимости от наличия, для токоограничивающего резистора принято сопротивление 220E.Итак,

RL = 220E

При тестировании полевого МОП-транзистора с использованием тестовой схемы необходимо соблюдать следующие меры предосторожности —

1. Входное питание затвора должно быть больше или равно пороговому напряжению (Vgs (the)) полевого МОП-транзистора, в противном случае он не включит полевой МОП-транзистор. Для этого обратитесь к таблице данных MOSFET в случае.

2. Не превышайте входное напряжение (напряжение стока и напряжение затвора) полевого МОП-транзистора, превышающее его напряжение пробоя, так как это может повредить полевой МОП-транзистор.

3. Обычно потребляемый ток светодиода составляет 20 мА (прибл.). Итак, выберите соответствующий резистор ограничителя тока (RL), чтобы он мог обеспечивать достаточный ток для включения светодиода.

4. Всегда используйте сопротивление затвора к истоку, чтобы избежать любого внешнего шума на затворе и разрядить паразитную емкость полевого МОП-транзистора. В противном случае полевой МОП-транзистор может быть поврежден, поскольку этот паразитный конденсатор будет продолжать заряжаться и превысит предел напряжения пробоя затвор-исток.

5. Всегда используйте низкое сопротивление резистора (от 10E до 500E) на затворе полевого МОП-транзистора. Это решит проблему звона (паразитных колебаний) и скачков напряжения в полевом МОП-транзисторе.

6. При тестировании полевого МОП-транзистора методом тестовой схемы используйте схему переключения низкого уровня (как на схеме выше). Не используйте схему переключения на стороне высокого напряжения для MOSFET, поскольку она никогда не включит MOSFET, и тогда можно будет проверить неисправный MOSFET.

Фиг.10. Прототип испытательной схемы полевого МОП-транзистора

В следующем руководстве будет обсуждаться схема начальной загрузки для управления полевым МОП-транзистором верхнего плеча.

Видео проекта

---

Подано в: Electronic Projects

---

Как тестировать автомобильный усилитель Mosfet транзисторов РЕМОНТ / ОБСЛУЖИВАНИЕ

Если ваш автомобильный усилитель перегорел, то есть не включается или нет басов из ваших сабвуферов, первое, что нужно проверить, — это транзисторы MOSFET.Эти электрические компоненты устанавливаются в автомобильные усилители несколько раз, чтобы преобразовать входную мощность в сигнал для питания ваших динамиков. Теперь, чтобы проверить, неисправен ли МОП-транзистор, лучше всего отпаять его от печатной платы. Это связано с тем, что цифровой или аналоговый мультиметр, если он все еще припаян к плате, может давать неточные показания. Поэтому перед тестированием МОП-транзисторов на автомобильном усилителе удалите их. Но если вы видите явные признаки повреждения, например, обгоревшую ногу или трещину в квадратной черной части, вы уже знаете, что ее нужно заменить.В Интернете есть много разных руководств, которые информативны, но очень сбивают с толку. Это сделано для того, чтобы вы легко понимали, что делать, на самом деле даже мой трехлетний ребенок проверял некоторые из них просто для шуток.

1) МОП-транзистор имеет три ножки, называемые истоком, затвором и стоком.

2) С помощью поворотного переключателя настройте мультиметр на конфигурацию проверки диодов.

3) Присоедините черный щуп к проводу источника, а красный щуп — к проводу затвора.

4) Теперь переместите положительный зонд к сливному патрубку.Внимательно посмотрите на дисплей мультиметра. Если все в порядке, на экране должно отображаться показание с низким сопротивлением.

5) Удерживая положительный датчик за дренажную ветвь, возьмитесь за стойки истока и затвора пальцами. Цифровой мультиметр должен немедленно показать очень высокое значение. Если mosfet делает полную противоположность, он поджаривается и его необходимо заменить.

Очень важно протестировать МОП-транзистор с помощью мультиметра, чтобы убедиться, что он плохой, потому что вы не хотите тратить деньги на их замену, если из четырех плох только один.Всегда заменяйте перегоревший МОП-транзистор на такой же, на нем будет напечатан код. Если вы поищете это в Интернете, вы, надеюсь, найдете точную замену.

Руководство по идентификации набора дискретных полупроводников

Добавлено в избранное Любимый 14

Обзор

Начнем с пары определений.

Дискретный
1. Отдельный; отчетливый; индивидуальный; прерывистый.
2. Это может восприниматься индивидуально, а не как связанное с чем-либо или как часть чего-то еще.
3. (Электротехника) Наличие отдельных электронных компонентов, таких как отдельные резисторы и катушки индуктивности — противоположность интегральной схемы. Сдержанный
1. Соблюдать конфиденциальность или секретность; тихий; дипломатический.
2. Не привлечение внимания, гнева или вызова; незаметный.

Примечания по использованию
Не путайте с дискретным.

Предоставлено Викисловарь.орг

Фон

Если вы что-то делаете с электроникой, вы, вероятно, уже используете транзисторы, но вы, вероятно, используете их в больших, высокоинтегрированных кластерах. Например, ATMega328P (основной чип RedBoard и ProMini) содержит их сотни тысяч. Они крошечные, заключены в пластик и уже настроены для использования в качестве микроконтроллера.

Но иногда вам нужен только один … и если у вас его нет под рукой, может быть неудобно идти и заказывать один транзистор.

Что входит в комплект Discretes?

Набор дискретных полупроводников удовлетворяет ваши основные потребности в дискретных полупроводниках. Он имеет биполярные транзисторы PNP и NPN, N-канальные и P-канальные MOSFET, диоды, регулируемые источники опорного напряжения и регулируемые регуляторы напряжения.

Это руководство проведет вас через определение каждого из этих компонентов.

Справочные материалы

• Наше руководство по транзисторам охватывает основы транзисторов с биполярным переходом.
• Есть , по словам Пита, эпизодов, в которых он обсуждает:
• Все компоненты этого набора поляризованы.

Состав набора

Вылилось на верстак

Содержание

В комплекте вы найдете следующие детали.

907 MOSSPET MOSFET 907 907 907 907 9035 903 3

Комплект дискретных полупроводников Спецификация материалов
Количество	Номер детали и ссылка на техническое описание	Тип		Тип	32		NP-			7	2N3904
25	2N3906	Транзистор PNP	2N3906
10	5LN01SP		7	XB
20	1N4148	Кремниевый диод	4148
20	1N4004	Силовой диод Опорное напряжение
1n4004		1n4004
5	LM317L	Регулятор напряжения	LM317LZ

Многие из этих деталей выглядят очень похоже.Столбец «Маркировка» выше указывает обозначение, которое вы найдете напечатанным на самой детали. За исключением полевых МОП-транзисторов, маркировка обычно содержит версию номера детали. Некоторые детали также могут иметь дополнительные символы или печать с указанием таких вещей, как производитель и дата производства.

BJT, источники опорного напряжения и регуляторы имеют общий форм-фактор TO-92, с корпусом размером с ластик для карандашей и тремя выступающими ножками. Полевые МОП-транзисторы представляют собой немного меньший корпус SC-72 (также известный как «Single SPA»).

Сравнение пакетов ТО-92 и SC-72

Полярность этих устройств важна и обычно обозначается номером контакта.

Чтобы идентифицировать штифты, держите устройство так, чтобы маркировочная сторона касалась вас, а ножки были направлены вниз. Слева направо контакты пронумерованы 1, 2 и 3. Функция, назначенная каждому контакту, зависит от устройства, и мы рассмотрим это для каждой части в соответствующем разделе.

TO-92 Нумерация контактов

Технические характеристики

Поскольку дискретные полупроводники являются основным строительным блоком электронных схем, они имеют гораздо более подробные спецификации, чем другие компоненты.Критический параметр в одном приложении может оказаться бессмысленным в другом. Это затрудняет представление сокращенного синопсиса спецификаций деталей. Вместо того, чтобы перечислять некоторые параметры в строке, мы вместо этого решили упростить доступ к параметрической информации, связав номера деталей в таблице выше с соответствующими таблицами данных.

Диоды

Диоды — это простейшие полупроводники в комплекте, каждый с двумя выводами. Оба они представляют собой кремниевые диоды, в целом похожие, но с разными характеристиками максимального напряжения и тока.

Силовые диоды

Силовые диоды 1N4004 представляют собой черные цилиндры с серой маркировкой, они больше, чем малые сигнальные диоды. В комплекте их 20 штук. Маркировка «1N4004» нанесена на корпус.

1N4004

Поскольку это силовые диоды, они могут выдерживать высокое напряжение и ток. Они рассчитаны на максимальное обратное напряжение 400 В и средний выходной выпрямленный ток 1 А. Прямое напряжение, необходимое для их включения, очень высокое, максимум 1 вольт.Случайные испытания прямого падения на верстаке показали, что фактическое прямое напряжение несколько ниже, около 0,7 В.

Силовые диоды обычно используются в качестве мостовых выпрямителей в источниках питания.

Малосигнальные диоды

Есть еще 20 шт. Малосигнальных диодов 1N4148. Он меньше, чем силовые диоды, с оранжевым стеклянным корпусом, опять же с полосой на одном конце.

1N4148

«4148» напечатано на корпусе диода, но из-за того, что корпус прозрачный, номер может быть плохо различим.

Эти диоды подходят для приложений, в которых не требуется высокое напряжение или ток. Они рассчитаны на максимальное обратное напряжение 100 В и средний прямой ток 200 мА. Как и для силовых диодов, заявленное максимальное прямое напряжение составляет 1 В, но обычно его значение приближается к 0,65 В. Типичные применения включают диодную логику или прецизионные выпрямители.

Полярность диода

Полярность обоих диодов обозначена полосой на одном конце корпуса. Полоса соответствует линии на схематическом обозначении катода.Другой конец (без полосы) — это анод, обозначенный треугольником на условном обозначении.

Полярность диода

При превышении прямого напряжения через диод протекает ток от анода к катоду. Это приводит нас к некоторым мнемоническим устройствам для запоминания с помощью терминала.

• Линия в схематическом обозначении, напечатанная на корпусе, является катодом. Линия похожа на знак минус, потому что это будет более отрицательный конец диода.
• Треугольник в условном обозначении — это узел A , буква «A» образует треугольник.
• Треугольник в символе также соответствует стрелке, которую мы рисуем для представления текущего потока.

Вспоминая, как рисуют диод

Транзисторы

Транзисторы с двухслойным переходом

Обычный транзистор — это транзистор с биполярным переходом. Инженеры-электрики часто сокращают название до инициализма «BJT».«Этот комплект содержит по 25 штук каждого из 2n3904 и 2n3906 BJT. Это повсеместно распространенные« желейные »части, которые можно использовать во многих транзисторных схемах общего назначения.

Если вы заглянете в книгу основных транзисторных схем, есть большая вероятность, что вы наткнетесь на 2N3904 и его дополнение, 2N3906. Они производятся в течение длительного времени и представляют собой очень полезные транзисторы общего назначения.

2N3904 НПН

2N3904 имеет четкую маркировку.

Распиновка довольно проста:

1. Излучатель
2. База
3. Коллектор

2N3904s легко использовать на макетной плате, потому что основание находится посередине — схематический символ и сама деталь соответствуют.

2N3906 PNP

2N3906 является дополнением PNP к 2N3904.

Также четко обозначен.

Порядок вывода 2N3904 и 2N3906 легко запомнить, потому что они одинаковы. Просто запомните буквы «EBC».

Несмотря на то, что контакты расположены в одном порядке, имейте в виду, что эмиттер переключается между вариантами NPN и PNP! Вы можете рассматривать 2N3906 как зеркальное отображение 2N3904.

МОП-транзисторы

Полевые МОП-транзисторы в комплекте меньше других транзисторов — корпус примерно вдвое меньше.Они меньше по размеру, поэтому на них меньше места для печати, поэтому номера деталей представляют собой сжатый код.

5LN01SP N-канальный полевой МОП-транзистор

YB не так уж и очевидно

Буквы «YB» на упаковке являются идентификатором. Другая маркировка на фотографии — это номер партии или код даты, что не имеет особого значения, если вы не знаете, как его расшифровать.

Распиновка

1. Источник
2. Слив
3. Ворота

5LP01SP МОП-транзистор с P-каналом

Из-за особенностей физики полупроводников, полевые МОП-транзисторы с P-каналом встречаются реже, чем N-канальные.Семейство 5Lx01SP в некоторой степени уникально тем, что оно включает вариант с P-каналом, который является разумным дополнением для своего N-канального брата.

«XB», но не XBee

Опять же, маркировка на детали несколько загадочная — «XB», напечатанная на корпусе, является идентификатором.

Распиновка соответствует его N-канальному родственнику (исток, затвор, сток). Как и биполярные транзисторы, эти полевые МОП-транзисторы имеют одинаковую распиновку, но с обратной полярностью.

Хотя 5LP01SP предназначен как дополнение к 5LN01SP, его характеристики не являются идеальным зеркальным отображением.Его крутизна ниже, емкость затвора выше, а время переключения меньше. Эти различия могут быть незначительными в типичных приложениях.

Устройства напряжения

Мы на самом деле немного обманываем определение дискретности следующими двумя компонентами. На самом деле это интегральные схемы!

Но они все еще в упаковке ТО-92. Первый на самом деле является заменой стабилитронов общего назначения. Второй — стабилизатор напряжения — опять же, не дискретный, но очень удобный.

TL431A Опорное напряжение

Когда мы выбирали детали для этого набора, мы подумали, что было бы неплохо иметь несколько стабилитронов, но не было согласия относительно напряжения стабилитрона. Что нам действительно нужно, так это регулируемый стабилитрон: введите опорное напряжение TL431A. Он работает аналогично стабилитрону, но напряжение устанавливается с помощью внешних резисторов.

TL431A

Выходное напряжение может изменяться от 2,5 В до напряжения источника питания до 36 В.Как и стабилитрон, он требует резистора, включенного последовательно с катодом.

Шунтирующие цепи на стабилитронах

полезны, когда вы хотите генерировать стабильное и постоянное напряжение, но входное напряжение меняется. Например, RedBoard может принимать от 7 до 15 В постоянного тока на своем цилиндрическом разъеме. Если нам нужно получить из этого стабильное опорное напряжение, наиболее очевидным подходом будет использование делителя напряжения, но мы обнаружим, что результирующее напряжение будет варьироваться в зависимости от входного напряжения. Шунт Зенера (или активное опорное напряжение) — это способ получения опорного напряжения, независимого от входа.

Полярность

TL431A имеет три контакта: опорное напряжение, анод и катод. Терминология анода и катода заимствована из стабилитронов.

Напоминаем, что когда мы используем стабилитроны в качестве опорного напряжения, мы используем их обратное напряжение пробоя . Проще говоря, мы смещаем их назад, при этом на катод подается более положительное напряжение.

Это станет более понятным, если мы рассмотрим следующие примеры.

Образцы схем

Для простейшей схемы TL431A требуется единственный резистор на катоде. Контрольный штифт привязан к катоду, а выходной сигнал снимается с катода. Результат — 2,5 В на катоде, независимо от входного напряжения.

Входной резистор, показанный на схеме выше, необходимо выбрать для смещения TL431A минимум на 1 мА. Максимальное значение можно найти по формуле Rin = (Vin-Vout) /0,001 . Типичные приложения используют значения от 150 Ом; и 10 кОм; Для использования в качестве источника опорного напряжения без нагрузки входной резистор относительно некритичен, хотя при подаче значительного тока резистор меньшего размера будет рассеивать меньшую мощность.

Для изменения выходного напряжения требуются еще два резистора.

Вы можете сделать переменное опорное напряжение, если вы используете потенциометр для R1, как показано на Рисунке 10 таблицы данных.

Вы заметите, что первая схема на самом деле является крайним случаем второй схемы. R1 равно 0, а R2 равно бесконечности, член R1 / R2 становится 0, а выход становится Vout = (2,5 В * 1) или просто 2,5 В .

Выход TL431A лучше всего подходит в качестве эталона для других схем (таких как компараторы или аналого-цифровые преобразователи) и не особенно подходит для питания внешних схем.Хотя он создает стабильное выходное напряжение, для него требуется катодный резистор, который будет рассеивать тепло, если нагрузка потребляет очень большой ток. Регулируемый регулятор напряжения представляет собой аналогичную интегральную схему, которая обходит это ограничение.

LM317L Регулятор напряжения

LM317L похож на TL431A, но предназначен для использования в качестве части источника питания.

LM317L

Вы заметите, что маркировка на детали на фотографии имеет дополнительный суффикс «Z», который указывает на корпус TO-92, упакованный отдельно (в отличие от ленты).

Конфигурация LM317L также аналогична LT431A, с парой резисторов, устанавливающих выходное напряжение. Вы заметите, что для этого не требуется резистор на входе, как это было у TL431A.

В этой схеме стоит отметить конденсаторы между входом и землей и выходом на землю. В даташите указано

Входной конденсатор не требуется, но рекомендуется, особенно если регулятор не находится в непосредственной близости от конденсаторы фильтра блока питания.
…
Выходной конденсатор улучшает переходную характеристику, но не требуется для стабильности.

Далее рекомендуются значения 0,1 мкФ для входного конденсатора и 1 мкФ для выхода.

LM317L рассчитан на питание до 100 мА. Если вам нужно больше тока, подумайте об усилении старшего брата LM317L, LM317 в корпусе TO-220. Если вы добавите большой радиатор, вы сможете потреблять от него значительно больше тока.

Ресурсы и дальнейшее развитие

Ресурсы

• Паспорта на каждое устройство:
• Вот пара удобных онлайн-калькуляторов.
• Эти забавные номера деталей 1Nxxxx и 2Nxxxx являются примерами системы нумерации JEDEC.

Дальше

• Если вы создаете схемы из дискретных полупроводников, вам, вероятно, понадобятся другие компоненты, чтобы получить от них максимальную отдачу.
• Существует множество видеороликов Пита , в которых обсуждаются применения дискретных полупроводников.
Книги
• Форреста Мима полны простых схем, которые вы можете построить на макетной плате с горсткой компонентов. Особое значение для дискретных полупроводников имеют схемы в электронных формулах, символах и схемах.
• Для более продвинутого проекта гуру Hi-Fi аудио Нельсон Пасс написал отличную статью о создании дискретных операционных усилителей с использованием биполярных транзисторов, полевых МОП-транзисторов и электронных ламп.

Как проверить полевой МОП-транзистор?

MOSFET ( Металлооксидный полупроводниковый полевой транзистор ) Существует два типа, а именно;

1. MOSFET расширения,
2. Depletion — MOSFET.
( MOSFET ) — это транзистор, используемый для усиления или переключения электронных сигналов.Хотя полевой МОП-транзистор представляет собой четырехконтактное устройство с выводами истока (S), затвора (G), стока (D) и корпуса (B), корпус (или подложка) полевого МОП-транзистора часто подключается к выводу истока, что делает это трехконтактное устройство, как и другие полевые транзисторы. Поскольку эти две клеммы обычно соединены друг с другом (замкнуты накоротко) внутри, на электрических схемах появляются только три клеммы.
MOSFET, безусловно, является наиболее распространенным транзистором как в цифровых, так и в аналоговых схемах, хотя одно время гораздо более распространенным был транзистор с биполярным переходом.
Путем приложения поперечного электрического тока к изолятору, нанесенному на полупроводниковый материал, можно управлять толщиной и, следовательно, сопротивлением проводящего канала полупроводникового материала. MOSFET используется чаще, чем scr, и является отличным переключающим устройством в мегагерцовом диапазоне. Скорость переключения устройства определяется рабочим циклом и частотой генератора ШИМ. Полевой транзистор
MOSFET хорошо знаком с металлооксидным полупроводниковым полевым транзистором. При работе с полевыми МОП-транзисторами необходимо соблюдать особую осторожность из-за их высокой степени чувствительности к статическим напряжениям.
СИМВОЛЫ MOSFET

• IRF 540 N-Channel PDF Подробности: MOSFET IRF540-datasheet
• N-канальный MOSFET PDF Подробности: N-Channel MOSFET-datasheet
ИСПЫТАТЕЛЬНЫЕ ЦЕПИ МОП-транзистора
• : Подробности: IRF540-TEST CIRCUIT-datasheet

ПЕРЕД ТЕСТИРОВАНИЕМ MOSFET НЕКОТОРЫЕ СОВЕТЫ: ​​
1. Паяльник должен быть заземлен.
2. Металлическая пластина должна быть помещена на верстак и заземлена на корпус судна через резистор сопротивлением 250 кОм — 1 МОм.
3. Вам также следует носить браслет с прикрепленным к нему ремнем заземления и заземляться на корпус корабля через резистор сопротивлением 250 кОм — 1 мОм.
4. Запрещается использовать вакуумный плунжер (присоску для припоя) из-за сильных электростатических зарядов, которые он может генерировать. Рекомендуется удаление припоя капилляром. Также рекомендуется оборачивать полевые МОП-транзисторы металлической фольгой, когда они находятся вне цепи.
Анимация работы MOSFET:

ПЕРВОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЦИФРОВОГО МУЛЬТИМЕТРА : DMM означает цифровой мультиметр

ТЕСТИРОВАНИЕ С DMM — (диодный режим)

1.Никогда не превышайте предельные значения защиты, указанные в технических характеристиках для каждого диапазона измерения.
2. Если масштаб измеряемой величины неизвестен заранее, установите переключатель диапазонов в крайнее верхнее положение.
3. Когда счетчик подключен к измерительной цепи, не прикасайтесь к неиспользуемым клеммам. Перед поворотом переключателя диапазонов для изменения функций отключите все провода от тестируемой цепи. Никогда не проводите измерения сопротивления в цепи под напряжением. Всегда будьте осторожны при работе с напряжением выше 60 В постоянного тока или 30 В переменного тока RMS.
4. ПРИ ИЗМЕРЕНИИ УПРАВЛЯЙТЕ ПАЛЬЦАМИ ЗА БАРЬЕРАМИ ЗОНДА. ПРЕЖДЕ ЧЕМ ПЫТАЙТЕСЬ ВСТАВИТЬ ТРАНЗИСТОРЫ ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ, ВСЕГДА УБЕДИТЕСЬ, ЧТО ИСПЫТАТЕЛЬНЫЕ ПРОВОДНИКИ ОТКЛЮЧЕНЫ ОТ ЛЮБОЙ ЦЕПИ ИЗМЕРЕНИЯ. КОМПОНЕНТЫ НЕ ДОЛЖНЫ ПОДКЛЮЧАТЬСЯ К ВЧ-РОЗЕТКЕ ПРИ ИЗМЕРЕНИИ НАПРЯЖЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ ТЕСТОВЫХ ПРОВОДОВ.

ВАЖНО:

A. Если измеряемое сопротивление превышает максимальное значение выбранного диапазона или вход не подключен, будет отображаться индикация превышения диапазона.

B. При проверке внутрисхемного сопротивления убедитесь, что в проверяемой цепи отключено все питание и что все конденсаторы полностью разряжены.

C. Для измерения сопротивления выше 1 МОм измерителю может потребоваться несколько секунд для получения стабильных показаний. Это нормально для измерений высокого сопротивления. .

ШАГ-1 . ВЫБЕРИТЕ РЕЖИМ ДИОДА В ЦИФРОВОМ МУЛЬТИМЕТРЕ (DMM)
Подключите положительный измерительный провод цифрового мультиметра к PIN-1 (Gate)
DMM Отрицательный измерительный провод к PIN-2 (слив) разомкнут или ‘1’ или OL
DMM Отрицательный измерительный провод к контакту 3 (источник) OL или «1» открыт

STEP-2 .Подключите отрицательный измерительный провод DMM к PIN-1 (G)
DMM положительный измерительный провод к PIN-2 (D) СЧИТЫВАНИЕ DMM ПОКАЗЫВАЕТ OL или ‘1’ или ОТКРЫТЬ
Положительный измерительный провод DMM на PIN-3 (S) OL или «1» или откройте
ШАГ-3.
Подключите отрицательный измерительный провод цифрового мультиметра к PIN-2 (D).
DMM положительный измерительный провод к PIN-3 (S) СЧИТЫВАНИЕ DMM ПОКАЗЫВАЕТ = (0,427 = 427 мВ) ХОРОШО.
ШАГ-4.
Подсоедините положительный измерительный провод цифрового мультиметра к PIN-2 (D)
DMM Отрицательный измерительный провод к PIN-3 (S) разомкнут или «1» или OL
Проверка: Если показания цифрового мультиметра показывают, что состояние равно ХОРОШО .
ЛЮБЫЕ ДРУГИЕ ЧТЕНИЯ ДАЕТ, ЧТО УСТРОЙСТВО МОЖЕТ ОТКАЗАТЬСЯ В настоящее время большинство мультиметров имеют диапазон проверки диодов. На большинстве мультиметров (но далеко не на всех!) Это дает около 3-4 В на тестируемом устройстве. Этого достаточно, чтобы включить большинство полевых МОП-транзисторов — хотя бы частично, и достаточно для тестирования. Счетчики, которые используют более низкое испытательное напряжение холостого хода (иногда 1.5v) этот тест не пройдёт!
Пластиковый пакет IRF 540
Шаг 1. Подключите отрицательный щуп измерителя к источнику полевого МОП-транзистора. Это указано стрелкой на рисунке выше, на котором показаны самые популярные полевые МОП-транзисторы TO220. Держите полевой МОП-транзистор за корпус или язычок, если хотите, не имеет значения, касаетесь ли вы металлического корпуса, но будьте осторожны, не касайтесь выводов до тех пор, пока вам это не понадобится.
Шаг 2. Прикоснитесь плюсовым щупом измерителя к затвору. Теперь переместите положительный зонд измерителя в слив.У вас должно быть низкое чтение.
Емкость затвора полевого МОП-транзистора была заряжена измерителем, и устройство было включено.
Шаг 3. Когда плюс измерителя все еще подключен к сливу, коснитесь пальцем между истоком и затвором (и стоком, если хотите, это не имеет значения).
Затвор будет выпущен через ваш палец, и показания счетчика должны стать высокими, указывая на непроводящее устройство. Такой простой тест не может быть стопроцентным, но он полезен и обычно бывает адекватен. То, что на самом деле измеряет приведенный выше тест, — это напряжение отсечки: самое высокое напряжение, которое может быть приложено к затвору полевого МОП-транзистора без того, чтобы он начал проводить.
Схема ниже показывает лучший способ

ТЕСТИРОВАНИЕ МОП-транзистора С ЦЕПЕЙ

Необходимые компоненты: —
1. Блок питания 12В.
2. ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ ВКЛ / ВЫКЛ.
3. Резистор R = 1 кОм, 68 кОм.
4. МОП-транзистор IRF540 Подключите и проверьте схему, указанную выше, как светодиод будет включаться или выключаться.
Неисправный полевой МОП-транзистор: При выходе из строя полевого МОП-транзистора в них часто происходит короткое замыкание стока на затвор. Это может вернуть напряжение стока на затвор, где, конечно, если оно будет подано (через резисторы затвора) в схему управления, возможно, это сработает.Он также попадет в любые другие параллельные ворота MOSFET, взорвав их. Итак — если полевые МОП-транзисторы умерли, проверьте также и драйверы!

Это, вероятно, лучшая причина для добавления стабилитрона затвор-источник: стабилитрон выходит из строя при коротком замыкании, а правильно подключенный стабилитрон может ограничить повреждение в случае отказа!

.