電界効果トランジスタのパラメータの測定。スキーム、説明

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電界効果トランジスタのパラメータの測定。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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低電力電界効果トランジスタの主なパラメータをチェックするためのデバイスは、安価なデジタルマルチメータに基づいており、測定リミットスイッチが故障している可能性があります。これにより、構造の設置と製造にかかる人件費を最小限に抑えました。デジタル読み取りにより、トランジスタの比較と差動段のペアの選択が多少簡単になります。トランジスタの急峻さは、最も単純な計算によって決定されます。

私の仕事の性質上、私はしばしば電界効果トランジスタで計装を修理しなければなりません。これらは、変調器、オシロスコープやデジタル電圧計の増幅器の入力段、スイッチングデバイスなどで使用されます。たとえば、V7-38電圧計には約30個のKP301シリーズトランジスタが取り付けられています。これらのトランジスタは静電気に非常に敏感であり、設置技術に少しでも従わないと故障につながります。電界効果トランジスタの故障に関連するほとんどのデバイスの誤動作は、簡単な交換で解消できますが、トランジスタを差動または「対称」カスケードで使用する場合は、主なパラメータに従って選択する必要があります。

電界効果トランジスタのパラメータの測定
図。 1

電界効果トランジスタの主なパラメータには、初期ドレイン電流、カットオフ電圧、およびスロープが含まれます。それらを決定することは可能であり、したがって、使用する電界効果トランジスタの適合性を決定するために、回路が図1に示されているデバイスを使用します. 3. ゲート電圧を変化させ、ドレイン電流を制御することにより、3 つの基本パラメータすべてを見つけることができます。 pn接合ゲートまたは絶縁ゲートと内蔵チャネルを備えたトランジスタの場合、初期ドレイン電流ISnatはゼロゲート電圧でのドレイン電流です。カットオフ電圧 UXNUMXuots は、ドレイン電流がゼロに近い値に達するゲート電圧です。特性の傾きは、ドレイン電流の変化 ΔIC (mA) と、それを引き起こしたゲートとソース間の電圧の変化 ΔUzi (V) の比として定義されます。難しいことではありません。

制御ｐｎ接合を有する電界効果トランジスタの勾配Ｓは、ゲート電圧Ｕ３ｉに依存し、ゲート電圧ゼロで最大値Ｓｍａｘを有する。初期ドレイン電流ISnachとカットオフ電圧U3uotsの値が測定される場合。勾配は次の式で概算できます。

Smax \u2d XNUMXIsnach / Uziots

S = √Isnach Ic/Uziots

ここで、電圧はボルト単位、電流はミリアンペア単位、勾配は mA/V 単位です [1]。

絶縁ゲートトランジスタの場合、ドレイン電流 Ic と電圧 Uzi での勾配は次の式で計算できます。

S = 2Ic / | Uzi-Uziots |

ここで、UZIots - カットオフ電圧またはしきい値電圧 (誘導ゲートを持つトランジスタの場合)。

このデバイスのレイアウトに基づいて、電界効果トランジスタの主要なパラメータの動作測定とその性能の監視のためのデバイスが作成されました。

技術特性

測定されたゲート電圧、V ...................-12...+12
電圧計の分解能、mV ................... 10
測定されたドレイン電流、mA。 .-20... +20
ミリ電流計の分解能、μA ............ 10
測定誤差 ISnach および Uzi、%、以下....1
デバイスの消費電流、mA、以下.....60

電界効果トランジスタのパラメータの測定
図。 2

デバイスは、テストされたトランジスタを損傷から保護します。

メーター回路を図に示します。 2.トランジスタのゲート電圧を変更するために、バイポーラ2x2 V電源に接続された可変抵抗器R12が使用されます。チャネルと p チャネル。抵抗 R3 は、ゲート電流を制限するために必要です。ドレインの電圧の極性は、スイッチ SB1 によって変更されます。電流計の過負荷を避けるために、トランジスタ VT1 と抵抗 R1 に電流リミッタを使用しました。測定可能な最大電流が 25 mA に設定されているため、20 mA で制限が発生します。ダイオードブリッジ VD1 は、ドレイン電流の任意の方向でリミッタの動作を提供します。リレー K1 および K2 は、測定された電界効果トランジスタの静電気による故障を防ぎます。「測定」ボタン SB2 が押されるまで、リレー巻線がオフになり、トランジスタを接続するための接点が互いに閉じられます。共通線。測定中にボタンを押すと、トランジスタがリレー接点を介して測定回路に接続されます。 HL1 LED は、測定プロセスが進行中であることを示します。

デバイスの主要部分である RA1 ミリ電流計と PV1 電圧計は、既製の M890D マルチメーターアセンブリから組み立てられます。これらのマルチメーターの基礎は、よく知られた ICL7106 チップです。これらの機器は、パラメータメーターの製造における人件費を削減するために、便利な大型ハウジングを備えているために選ばれました。マルチメータのアナログ - デジタルコンバータ (ADC) の電源は、ADC マイクロ回路やデバイスの他の部分に必要なバイポーラ +5 / -5 V 電源から供給されます。マルチメータが図の回路部分に示されているように変更された場合、ADC チップにはそのような機会があります。 3 (要素の番号付けは条件付き)。

電界効果トランジスタのパラメータの測定
図。 3

バッテリー電源で使用されるメインスイッチでは、ピン30,32、35、30が相互に接続されています。バイポーラ電源では、ピン30（低レベルADC回路）はこのポイントから切断されます。この場合、マイクロ回路はピン31とピン2の間の電位差を測定し、ADC入力は電源回路から切り離されます。唯一の条件は、測定回路の電圧が共通線に対してADC供給電圧を超えてはならないということです。このような改良については、[XNUMX]で説明されています。

このマイクロ回路は最小限の変更で、分圧器なしで最大 200 mV の電圧測定を提供します。ゲート電圧の測定に必要な 20 V の制限を持つ電圧計を構築するには、抵抗 R1 と R100 で構成される 5:6 分圧器が使用されました。測定限界が 20 mA のミリ電流計を構築するには、抵抗 R7 が使用されます。 20 mA の電流では、両端に 200 mV の電圧が降下し、これが ADC によって測定されます。ソース回路にはミリ電流計が取り付けられており、トランジスタの電流を測定します。この決定は、ドレイン回路の電流を測定できないことによって決定されます。これは、ミリ電流計の測定端子に、ADC チップの電源電圧を超える電圧が存在する可能性があるためです。電圧計はゲートとソースの間に接続されているため、R5R6分圧器には最大値12μA以下の電流が流れ、最小桁XNUMX桁のミリ電流計の読み取り値に誤差が生じることがわかります。重要ではないこと。

デバイスの電源ユニットのスキームを図4に示します。四。

電界効果トランジスタのパラメータの測定
図。 4

主電源電圧を 12 V に下げるために、変圧器 T1 が使用されます。さらに、交流電圧は、ダイオードブリッジ VD1 によって整流され、コンデンサ C1、C2 によってフィルタリングされます。バイポーラ電圧安定器+ 12 / -12Vはマイクロ回路DA1、DA2です。バイポーラ電圧 +5 / -5 V は、DA3 および DA4 マイクロ回路を安定させます。安定器は、安定器 DA3 と DA4 での電圧降下を減らすために直列に接続されています。バイポーラ電源のスキームは他のものにすることができます。たとえば、Korundバッテリーからの自律電源を使用することさえ可能です。これを行うには、メーターの残りの部分に電力を供給するために必要なバッテリー電圧コンバーターにバッテリー電圧コンバーターを追加する必要があります。

電界効果トランジスタのパラメータの測定
図。 5

詳細とデザイン。以下の部品がデバイスで使用できます。抵抗R5-R7-C2-29または±0,5％以下の公差を持つその他の抵抗器。ただし、定格は図に示されているものとは異なる場合があります。主なものは抵抗の安定性です。残りの抵抗は任意です。たとえば、MLT0.125です。可変抵抗器R2-マルチターン、たとえばRP1-53または精密調整用に設計（粗い回路による）-SP5-35、SP5-40。

見つからない場合は、抵抗 R2 と R3 をアナログに置き換えることができます。これは、私の設計で行われているように、5 つの変数と 1 つの定数抵抗のノードです。このようなノードの図を図 2 に示します。 XNUMX. 抵抗 RXNUMX は電圧を大まかに設定し、RXNUMX は正確に設定します。

LEDは、たとえば、AL 102、AL307、KIPDシリーズなど、グローの赤色よりも優れた他のものに置き換えることができます。ダイオードブリッジ - 任意の文字の KTs407 の代わりに、整流器で少なくとも 200 mA、電流リミッタで 100 mA の許容平均電流を持つ個別のシリコンダイオードを使用できます。設計を簡素化するために、統合されたスタビライザー7812、7912、7805、および7905のマイクロ回路が使用され、その国内アナログはそれぞれKR142EN8B、KR1162EN12A、KR142EN5A、およびKR1162EN5Aです。

リレー - RES60 (バージョン RS4.569.435-07) または切り替え用の XNUMX つの接点グループを備えた同様のもの。

ネットワーク変圧器T1-2x15Vの出力電圧と少なくとも100mAの電流を提供するもので、少なくとも6ワットの電力のネットワークアダプターから取得できます。このような変圧器の二次巻線は、所望のバイポーラ電圧を得るために巻き戻されます。変圧器と整流器はアダプターケースに配置され、スタビライザー要素はデバイスケースに配置されます。デバイスは、XNUMX線ケーブルでアダプタに接続されています。

メーター全体がマルチメーターの6つのケースに組み込まれています。デバイスの製造中にマルチメーターが開かれ、ボードの不要な部分を取り除いた後、図に示すようにXNUMXつのケースにまとめられました。 XNUMX.

電界効果トランジスタのパラメータの測定
図。 6

余分な部品 - 分圧抵抗器、スイッチなど - は削除されます（したがって、そのようなデバイスを製造する理由は、そのようなマルチメータのスイッチの致命的な欠陥である可能性があります）。それらは、ICL7106チップ、インジケータ、チップとインジケータの「ストラップ」要素、およびスイッチSB1、SB2として機能する電源ボタンを備えたボードの一部のみを残します。これらのスイッチにつながる印刷導体を切断する必要があります。

マルチメーターの底部カバーは加工されていないため、上部は仕上げ加工が必要です。あるデバイスでは、蓋が切り取られ、インジケーターとボタンのある部分のみが残ります。 XNUMX 番目では、リミットスイッチが配置されている場所の中央が切り取られ、最初のデバイスのデザインの切り取られた部分がこの場所に接着されます。上部カバーから部品を切断する場合、ラックは保持され、そこにセルフタッピングねじがねじ込まれ、上部カバーと下部カバーが固定されます。ボタンの上の近くに、ゲートの電圧を調整する抵抗器が取り付けられています。下からは電界効果トランジスタを接続するためのコネクタが取り付けられています。マイクロ回路用のコレットパネルをコネクタとして使用しました。パネルの中央が切り取られ、多数の接点が接着されます。コレットパネルが選択されるのは、その高い耐摩耗性によるものです。

私の設計では、パネル、LED、リレーが取り付けられたホイルテキソライトで作られた小さなボードが使用されました。次に、ボードは7本のネジでフロントパネルに取り付けられています。フロントパネルの余分な穴は、サイズに合わせてカットされたプラスチックまたは電気段ボールのプレートで塞がれ、その上にプリンターで印刷されたオーバーレイが接着されます。その外観を図 XNUMX に示します。 XNUMX。

電界効果トランジスタのパラメータの測定
図。 7

ほとんどのトランジスタには、ピンを識別するためのキーラベルが付いた円筒形の本体があります。電界効果トランジスタを接続するためのコネクタの接点は、ピン配置を指定する必要なく、各タイプのトランジスタが独自の場所を持つように、目的に応じて相互接続されます。提案されたバージョンでは、トランジスタはキーを上にして取り付けられます。トランジスタケースの個別の出力のソースへの接続、およびKP306、KP350シリーズのトランジスタの8番目のゲートのドレインへの接続は、対応するソケット間のジャンパーを備えたコネクタを介して提供されます。完成したデバイスの外観を図 XNUMX に示します。 XNUMX。

電界効果トランジスタのパラメータの測定
図。 8

初めてデバイスの電源を入れる前に、スタビライザーの出力電圧値を確認する必要があります。デバイスのセットアップは、電流制限器の設定と、ミリ電流計と電圧計の例示的な電圧の設定で構成されます。リミッターを設定するには、測定対象のトランジスタを接続するコネクタの接点「C」と「I」の間に典型的なミリ電流計を接続し、「測定」ボタンを押して抵抗器R1を選択し、25 ...の読み取り値を達成する必要があります。 30mA。電流制限パラメータに従ってトランジスタを事前に選択し、抵抗 R1 をジャンパに置き換えることができます。次に、例示的なミリメートル電流計が同じ接点に可変抵抗器と直列に接続され、１０ｍＡの電流が設定され、例示的な電圧設定抵抗器がデバイスのミリメートル電流計と同じ読み取り値を達成する。電圧計を調整するには、例示的な電圧計を端子「10」および「AND」に接続し、デバイスの抵抗器でゲート電圧を3Vに設定し、デバイスの電圧計調整抵抗器で同じ読み取り値を設定します。

静電気によりFETが損傷する可能性があるため、以下の操作手順をお勧めします。接続する前に、電界効果トランジスタのすべての出力をワイヤジャンパーで閉じる必要があります。チャネル伝導率のタイプはデバイスで設定され（nチャネルまたはpチャネル）、[測定]ボタンが離されます。電界効果トランジスタをソケットに接続し、ジャンパを端子から外し、「測定」ボタンを押してパラメータを制御します。測定後、ボタンを押し、トランジスタのリード線を閉じて、ソケットからトランジスタを取り外します。

デバイスの助けを借りて、電界効果トランジスタのあらゆる種類の誤動作を簡単に診断できます。実践が示しているように、ほとんどのトランジスタの誤動作は、大きなゲートリーク電流、ブレークダウンまたはオープンチャネル、または端子の XNUMX つの内部ブレークに帰着します。「測定」ボタンを押したときに、ゲートの電圧が設定値と比較して低下した場合、ゲートから電流が漏れています。電流計の読みは、どのゲート電圧でもゼロにはなりません。それ以外の場合はすべて、初期ドレイン電流とカットオフ電圧を測定できないことは、測定された半導体デバイスの誤動作を示しています。

文学

Titze U.、Shenk K. 半導体回路。 - M.: ミール、1983年。
Sadchenkov D. A. 現代のデジタルマルチメーター。 - M.: SOLON-R, 2001.

著者: V. Andryushkevich、トゥーラ。出版物: radioradar.net

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