Dezvoltate la mijlocul secolului al XX-lea, tranzistoarele au devenit baza dezvoltării rapide a electronicii. Înlocuind tuburile de electroni, aceste au dat startul unei ere de miniaturizare a instrumentelor și dispozitivelor electronice care continuă până în prezent. La fel ca orice altă componentă, un tranzistor poate funcționa defectuos sau poate fi deteriorat. În acest articol vă vom arăta cum să verificați funcționarea corectă a acestor componente electronice.
Ce este un tranzistor – informații de bază
Cea mai simplă explicație a ceea ce este un tranzistor poate fi dată într-o singură propoziție: un tranzistor este un element electronic semiconductor cu 3 electrozi (cu trei pini), sau uneori cu 4 electrozi, cu capacitatea de a amplifica un semnal electric care poate acționa ca un dispozitiv de control al curentului într-un circuit electric.
Apariția tranzistoarelor la mijlocul secolului trecut a schimbat complet dezvoltarea tuturor tehnologiilor, electronica fiind în prim-plan. Înlocuirea tuburilor electronice mari și consumatoare de energie cu aceste componente miniaturale – produse astăzi în dimensiuni nanometrice, ca în cazul microprocesoarelor de calculator – a accelerat dezvoltarea tehnologiei și ne-a adus la nivelul actual de progres al civilizației.
Tranzistoarele sunt împărțite în funcție de mai multe criterii, următoarele tipologii fiind cele mai importante:
-
Tranzistoare bipolare și unipolare
-
Tranzistoare realizate din germaniu, siliciu și alte elemente pentru tehnici de frecvență foarte înaltă (carbură de siliciu, nitrură de galiu, arsenură de galiu)
-
Tranzistoare de putere mică sau mare și, de asemenea, de frecvență mică sau mare.
Ultimele două se referă la materialele utilizate pentru fabricarea tranzistoarelor și la parametrii de bază. Această tipologie este esențială, deoarece descrie două tipuri de bază de tranzistoare care diferă prin principiul lor de funcționare: tranzistoare cu efect de câmp (unipolare) și tranzistoare bipolare. Desigur, există subtipuri suplimentare de tranzistoare în cadrul fiecăruia dintre aceste tipuri (MOSFET, JFET, IGBT etc.), dar principiul cheie de funcționare este comun pentru toate.
În cazul tranzistoarelor cu efect de câmp, curentul circulă printr-un semiconductor cu un singur tip de conductivitate, astfel încât curentul de ieșire este, în cazul lor, o funcție a tensiunii de comandă. Principiul este simplu: un semiconductor este echipat cu doi electrozi – o sursă S și o drenă D – între care circulă un curent (așa-numitul canal). De-a lungul canalului există un al treilea electrod suplimentar (G-gate) care, sub influența unei tensiuni aplicate, modifică conductivitatea canalului și influențează astfel curentul care circulă prin canal. În acest mod simplu, un tranzistor cu efect de câmp permite controlul curentului dintr-un circuit.
Tranzistoarele bipolare au o structură mai complexă. Acestea sunt alcătuite din trei straturi de semiconductori cu diferite tipuri de conductivitate – n sau p (n – negativ, sau p – pozitiv). Aranjamentul acestor trei straturi conductoare diferite poate fi npn sau pnp, dar indiferent cu care dintre ele avem de-a face, există întotdeauna un strat E (emitor), un strat B (bază) și un strat C (colector). Principiul acestor tranzistoare este de a utiliza curentul mic care circulă între bază și emitor pentru a controla curentul mai mare care circulă între colector și emitor. Dacă o tensiune continuă este aplicată pe bornele unui tranzistor în așa fel încât să avem un pol pozitiv pe borna p și un pol negativ pe borna n, obținem un flux de curent și un fel de poartă deschisă. În cazul polarității inverse, poarta se închide din cauza rezistenței ridicate, iar fluxul de curent este oprit.
Datorită proprietăților lor de amplificare, tranzistoarele sunt utilizate, printre altele, în construcția tuturor tipurilor de amplificatoare. Reprezintă elementele de bază ale unui număr mare de circuite electronice, cum ar fi surse de curent, generatoare, stabilizatoare sau cuple electronice, printre altele, ceea ce a dus la utilizarea lor în construcția porților logice. De aici, ne apropiem de cea mai cunoscută aplicație a tranzistoarelor în construcția memoriilor RAM și ROM cu semiconductori și anume microprocesoarele. Fabricarea lor nu ar fi fost posibilă fără tehnologia de integrare (circuite integrate), a cărei utilizare a devenit deja foarte răspândită.
Cum se testează un tranzistor – metode de testare a funcționării corecte
În zilele noastre, pentru a verifica funcționarea corectă a unui tranzistor, se poate folosi una dintre cele mai populare două modalități: verificarea cu un multimetru clasic sau utilizarea unor dispozitive special create pentru testarea diferitelor componente electronice bazate pe tranzistoare. Folosind aceste metode, tranzistorul trebuie dezlipit și îndepărtat de pe placa de circuit imprimat, deși, așa cum vom arăta mai târziu, este posibil să se testeze aceste componente și fără această operație.
Aflați cum să verificați un tranzistor cu un multimetru
Testarea unui tranzistor bipolar poate fi efectuată fie prin comutarea multimetrului în modul ohmmetru (test de rezistență), fie prin comutarea la testul de diodă, în primul caz limita trebuind setată la 2kOhm. Următorul pas este să determinați dacă aveți de-a face cu un tranzistor npn sau pnp – documentația tehnică vă poate ajuta în acest sens. Presupunând că este vorba despre un tip pnp și decideți să-l testați în modul ohmmetru, procedați după cum urmează:
-
Conectați sonda negativă a multimetrului (de obicei o sondă neagră) la ieșirea bazei, iar cea pozitivă (roșie) mai întâi la colector și apoi la emitor. Obținerea unei valori în intervalul ~500-1500Ohm confirmă funcționarea corectă a tranzistorului.
-
Sonda roșie este conectată la bază, în timp ce sonda neagră este aplicată o dată la colector și o dată la emitor. Pentru un tranzistor care funcționează corect, multimetrul ar trebui să indice faptul că valoarea măsurată este în afara intervalului specificat.
-
Atât sonda pozitivă, cât și cea negativă ating pinii colector și emitor ai tranzistorului. Rezultatul măsurat trebuie să fie 1, indiferent dacă ați aplicat sonda pozitivă sau negativă.
-
Testați rezistența a cel puțin uneia dintre tranziții în ambele direcții. Un rezultat de 1 în ambele direcții, indicând o rezistență care merge la infinit, confirmă faptul că tranzistorul este defect. În mod identic interpretăm un rezultat egal cu zero sau aproape zero.
Presupunând că tranzistorul este de tip npn și hotărâți să testați dioda (deoarece acest tip de tranzistor seamănă cu un sistem cu două diode în paralel), trebuie mai întâi să comutați multimetrul în poziția corespunzătoare, apoi să conectați sonda roșie la bază și cea neagră la emitor. După această procedură, aparatul de măsură ar trebui să indice pe display-ul său o anumită valoare a tensiunii continue, care trebuie comparată cu datele din documentația tehnică a tranzistorului testat. Aceasta presupune să verificați că măsurarea obținută se încadrează între valorile minime și maxime specificate de producătorul componentei. Dacă da, atunci puteți concluziona că tranzistorul funcționează corect.
În afară de testele de mai sus privind funcționarea corectă a unui tranzistor, se poate să doriți să determinați și amplificarea (câștigul de curent) și anume câștigul de curent notat cu simbolul h21, dar în acest scop aparatul de măsură trebuie să fie echipat cu un soclu special pentru testarea acestor elemente. În acest caz, comutați dispozitivul în modul hFE, apoi introduceți terminalele tranzistorului în prizele corespunzătoare marcate B, E și C (bază, emitor, colector) și citiți valoarea măsurată a câștigului în curent continuu pe ecranul LCD.
Tranzistoare MOSFET și JFET
Tranzistoarele cu efect de câmp de tip MOSFET reprezintă o provocare interesantă. În cazul lor, setați, de asemenea, multimetrul în poziția „test diodă”, apoi urmați secvența de mai jos:
-
sonda pozitivă la drenă, cea negativă la poartă (timp de aproximativ 2 secunde)
-
sonda negativă la sursă (timp de aproximativ 2 secunde)
-
sonda negativă la drenă, sonda pozitivă la poartă
-
sonda pozitivă la sursă.
După efectuarea acestei combinații, ultima dată când sonda roșie este conectată la sursă – nu înainte – ar trebui să apară pe ecranul multimetrului o anumită valoare măsurată. În cazul în care au apărut citiri la conexiunile anterioare, concluzia ar fi că tranzistorul este defect. Acest lucru se datorează unui fapt simplu: poarta ar trebui să fie izolată de celelalte circuite și cu astfel de combinații nu ar trebui să se afișeze nimic.
În cazul tranzistoarelor de tip JFET, situația este diferită. Dacă doriți să le testați, amintiți-vă că acestea au o rezistență mică între drenă și sursă și, în plus, canalul acestor tranzistoare se închide sub influența tensiunii aplicate. Prin urmare, dacă totuși se înregistrează o întrerupere, concluzia este că trebuie înlocuit tranzistorul cu unul nou, deoarece unitatea testată este cu siguranță defectă.
Trebuie menționat faptul că tranzistoarele unipolare (cu efect de câmp) sunt componente sensibile la electricitatea statică. Prin urmare, o măsurare neatentă sau inadecvată poate duce la deteriorarea unei componente care a funcționat anterior. Acest lucru este cu atât mai adevărat în cazul tranzistoarelor IGBT.
Verificarea tranzistoarelor cu testere de componente electronice
Testerele multifuncționale de componente electronice sunt dispozitive mici asemănătoare multimetrelor clasice, cu excepția faptului că domeniul lor este testarea tranzistoarelor, rezistențelor, condensatoarelor, diodelor și a multor alte componente utilizate în electronica convențională. Acestea pot măsura tensiunea, rezistența și alți câțiva parametri și pot prezenta parametrii măsurați pe ecranele lor. De obicei, sunt alimentate cu baterii (în mod uzual de 9V sau 12V), au un nivel ridicat de funcționare automată, au socluri speciale în partea din față și sunt foarte ușor de utilizat. Unele au sonde clasice în loc de sloturi pentru terminalele elementelor de testare, dar chiar și în cazul acestora totul este automat. Pur și simplu atașați orice sondă la orice pin și testerul va identifica automat toți pinii, va recunoaște tipul de joncțiune semiconductoare, va determina tipul de tranzistor și va testa tensiunea de conducție, tensiunea de tăiere (pentru MOSFET-uri), curentul de scurgere, tensiunea de prag, rezistența sau va măsura câștigul de curent.
Cum să verificați un tranzistor fără a-l dezlipi
Verificarea performanțelor unui tranzistor fără a-l dezlipi din circuit este foarte dificilă și este supusă unui risc ridicat de eroare, deoarece rezultatul măsurătorii poate fi afectat de alte componente ale circuitului. Pentru ca un astfel de test să fie semnificativ, este important să se cunoască schema electronică și particularitățile componentelor sale individuale, precum și interacțiunile acestora. Totuși, există pe piață echipamente cu o funcție care ne permite să verificăm funcționarea corectă a tranzistoarelor fără a fi nevoie să le dezlipim. Acestea pot fi, de exemplu, osciloscoapele cu funcție de testare a componentelor de la Rohde&Schwarz. Este important faptul că documentația tehnică a acestor dispozitive de testare include diagrame care arată funcționarea corectă a componentelor selectate.
Desigur, achiziționarea unui osciloscop cu funcție de testare a componentelor este asociată cu o cheltuială considerabilă, dar în cazul serviciilor profesionale, de exemplu, este o investiție excelentă, deoarece funcția de testare a componentelor permite o comparație rapidă a caracteristicilor dispozitivelor a căror funcționare este sigură, cu caracteristicile celor care necesită reparații. Acestea sunt instrumente de diagnosticare ideale care vor reduce semnificativ timpul consacrat reparațiilor.
Cum să verificați un tranzistor cu un multimetru din oferta TME
Utilizând catalogul TME, în categoria de produse „multimetre digitale portabile”, utilizați filtrul „testarea tranzistorului”. Obțineți apoi o listă a acelor modele care permit efectuarea testării tranzistorului atât cu ajutorul sondelor clasice, cât și cu ajutorul unor mufe speciale cu pini, lucrând cu tranzistori pnp și npn. Aici găsiți produse interesante, de la mărci precum Peaktech, B&K Precision, Axiomet și Uni-T, printre altele. Toate modelele selectate sunt unități compacte, cu afișaje LCD cu retroiluminare, mai multe socluri și un selector principal ușor de utilizat pentru alegerea modului de funcționare. De asemenea, cele mai multe dintre ele sunt protejate de carcase realizate din materiale plastice durabile și cu absorbție de impact pentru a le crește durata de viață.
Text elaborat de Transfer Multisort Elektronik Sp. z o.o. Sursă text.
Transfer Multisort Elektronik | https://www.tme.eu
