Простое устройство для измерения параметров полевых транзисторов с управляющим p-n переходом
При работе с дискретными полевыми транзисторами с управляющим p-n переходом (JFET) иногда приходится принимать во внимание значительный разброс параметров у приборов одного типа. Передаточная характеристика JFET обычно аппроксимируется квадратичной функцией:
ID – ток стока,
VGS – напряжение затвор-исток,
β – крутизна характеристики,
VP – напряжение отсечки.
Исходя из этой аппроксимации, начальный ток стока при нулевом напряжении затвор-исток можно выразить следующим соотношением:
IDSS – начальный ток стока.
 | |
| Рисунок 1. | Зависимость ID от VGS для n-канальных полевых транзисторов имеет значительный разброс. |
Изображенный на Рисунке 1 график этой зависимости для трех n-канальных транзисторов демонстрирует значительный разброс передаточных характеристик. Например, в справочных данных на транзистор 2N4416A указан диапазон напряжений отсечки от −2.5 до −6 В, а начальных токов стока – от 5 до 15 мА. Эти два параметра взаимосвязаны, что хорошо видно из рисунка. Крайние кривые характеризуют границы разброса, а средняя, возможно, соответствует типовому случаю: напряжение отсечки равно –4 В, а начальный ток стока – 8 мА.
Конструируя схему для массового производства, вы, естественно, воспользуетесь известными схемотехническими решениями для компенсации разброса параметров. Но иногда требуется найти транзистор с оптимальными для конкретной схемы характеристиками, или подобрать согласованную пару.
На Рисунке 2 показана простая схема, позволяющая решить эту задачу. Хотя на рисунке мы видим n-канальный транзистор, исследуемый прибор может иметь любую полярность, выбираемую с помощью переключателя S1. К контактам в правой части схемы подключается внешний вольтметр. Переключателем S2 выбирается измеряемый параметр – напряжение отсечки или начальный ток стока. При измерении напряжения отсечки оно непосредственно отображается вольтметром. В другом режиме вольтметр показывает падение напряжения, вызываемое протеканием начального тока стока через эффективное сопротивление 100 Ом.
 | |
| Рисунок 2. | Подключая к истоку исследуемого транзистора сопротивления R1 или R2, можно измерять его напряжение отсечки или начальный ток стока. |
Когда переключатель S2 находится в положении измерения напряжения отсечки, R1 ограничивает ток, протекающий через сток транзистора, до величины нескольких микроампер, что позволяет, с учетом полярности, считать напряжение на истоке близким приближением к измеряемому параметру. Операционный усилитель здесь выполняет функцию буферного повторителя с отрицательной обратной связью через резистор R3, поэтому показания внешнего вольтметра будут прямо соответствовать абсолютной величине напряжения отсечки.
Напротив, в режиме измерения начального тока сопротивление между истоком транзистора и землей равно всего 10 Ом, поэтому протекающий через резистор ток можно считать равным начальному току стока. Цепь обратной связи, в которую теперь входят резисторы R4 и R5, устанавливает коэффициент передачи усилителя равным 10. При таком коэффициенте усиления вольтметр может уверенно отображать небольшое падение напряжения на R2, разделив которое на 100 Ом, можно получить значение начального тока. Например, показаниям вольтметра 1 В соответствует начальный ток 10 мА.
При измерении характеристик n-канальных транзисторов в обоих режимах показания вольтметра положительны. Для p-канальных транзисторов все сказанное выше остается в силе, за исключением того, что полярность напряжений на выходе схемы изменится на противоположную. Если исследуемый транзистор вы подключаете с помощью щупов и зажимов, обладающих паразитной последовательной индуктивностью, для предотвращения высокочастотной генерации, возможно, вам придется включить дополнительный конденсатор C1. R6 обеспечивает стабильность схемы, изолируя цепь обратной связи операционного усилителя от влияния паразитной емкости вольтметра и его выводов. Резистор R7 защищает источник питания от случайных замыканий между контактами, к которым подключается транзистор. R4 и R5 можно заменить одним резистором с сопротивлением 1.1 кОм.
Беря по очереди транзисторы из коробки и щелкая переключателем, вы очень быстро подберете пару, параметры которой оптимальны для вашей схемы, а заодно убедитесь в справедливости графиков, изображенных на Рисунке 1.
Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман
Источник
Прибор для подбора пар мощных транзисторов
Несмотря на то, что народ массово кинулся в ламповое и микросхемное усилителе-строение, а на «рассыпухе» — на полевые транзисторы, все еще значительную долю занимают «рассыпные» УМЗЧ на биполярных «выхлопниках». Тем более, подобные аппараты постоянно попадаются для ремонта.
Несмотря на то, что народ массово кинулся в ламповое и микросхемное усилителе-строение, а на «рассыпухе» — на полевые транзисторы, все еще значительную долю занимают «рассыпные» УМЗЧ на биполярных «выхлопниках». Тем более, подобные аппараты постоянно попадаются для ремонта.
Не вызывает сомнений постулат, что для минимизации нелинейных искажений требуется попарный подбор комплементарных транзисторов по крайней мере по коэффициенту их усиления. Особую важность это приобретает для мощных (сценических) УМЗЧ, в которых используется по несколько запараллеленных «выхлопников».
Если для подбора маломощных транзисторов достаточно «китайских» мультиметров с режимом «бетирования», то для мощных транзисторов (по крайней мере отечественных транзисторов старых разработок), проблема измерения коэффициента их усиления (h21e) осложняется еще и тем, что он существенно зависит от тока коллектора. Следовательно, измерять h21e приходится при по крайней мере двух значениях коллекторного тока.
Как-то попались мне для ремонта несколько мощных УМЗЧ, на выходе которых в каждом плече стояло по 4. 8 транзисторов КТ864/865. Покупать по несколько коробок с последующим отбором дома — выходило крайне накладно. Поэтому за день по-быстрому собрал «бетник», конструкция которого и приводится, с помощью которого отобрал нужное количество согласованных транзисторов прямо на рынке. Пользуюсь этим прибором уже более 4-х лет. «Полет — нормальный».
Схемотехника «бетника», в принципе, известная. Он представляет собой микросхемный стабилизатор тока с выходным регулирующим транзистором, коллекторный ток которого и стабилизируется. Его h21e измеряется по току, поступающему в базу транзистора стрелочным измерительным прибором PA1, включенным в диагональ диодного моста, что исключает необходимость коммутации при испытании транзисторов разной структуры. Дополнительный умощняющий каскад на транзисторах VT1-VT2 нужен чтобы не перегружать выход ОУ при тестировании транзисторов с малыми значениями h21e при большом коллекторном токе. На схеме не показана кнопка, кратковременно подающая питание на всю схему, что позволяет экономить автономные источники питания и защищает измерительный прибор при проверке пробитых транзисторов, при неправильном их подключении или при неправильном выборе проводимости. Двухцветный светодиод VD1 индицирует, кроме наличия питания, и полярность тестируемого транзистора (красный — n-p-n, зеленый — p-n-p).
Измерения проводятся при коллекторном токе 50 и 500 мА, выбираемых переключателем SA3. Измерения h21e проводятся в трех диапазонах, выбираемых переключателем SA2 с минимальными значениями 10, 30 и 100. Относительным недостатком является обратная и существенно неравномерная шкала измерительного прибора:
Опорное напряжение для стабилизатора тока задается стабилитронами VD2-VD3, включенными встречно-последовательно. Их следует подобрать по одинаковому напряжению стабилизации. В принципе, оптимальным вариантом было бы использование двуханодного термокомпенсированного стабилитрона, но мне они на напряжение стабилизации менее 6,2 В как-то не попадались, а опорное напряжение желательно бы делать поменьше — тогда на испытуемом транзисторе падает большая часть напряжения питания, что тоже важно для правильного измерения (например, h21e у КТ8101/8102 существенно падает при коллекторном напряжении мене 5 В). Переключение полярности напряжения, поступающего на формирователь опорного напряжения и испытуемый транзистор разных типов производится переключателем SA1.
Номинал эмиттерного резистора R11, задающего коллекторный ток 50 мА, приходится подбирать в зависимости от полученного опорного напряжения:
При этом измерительный мост просто перемыкается накоротко. Номинал эмиттерного резистора R10, подключаемого параллельно R11 для задания тока 500 мА должен быть в 9 раз меньше, чем у R11.
Номиналы резисторов измерительной части рассчитаны для головки на ток 100 мкА сопротивлением 550 Ом. Для других головок их придется пересчитать.
Настройка производится при отключенном от генератора тока диодном мосте. При невозможности точного подбора номиналов низкоомных резисторов ставится ближайшего большего номинала, параллельно которому — более высокоомный, чтобы получить нужное сопротивление.
Питается он от любого сетевого адаптера на напряжение 12…15 В и ток до 500 мА, либо от комплекта батарей на то же напряжение. В оригинальном варианте сетевой трансформатор с выпрямителем и фильтрующим конденсатором встроен прямо в корпус прибора.
Алексей (Киев, Украина) (Falconist)
Источник
Проверка и подбор полевых транзисторов
При постройке усилителей без петель отрицательной обратной связи желательно иметь компоненты со строго заданными, или хотя бы по возможности близкими, параметрами. Впрочем, даже в обычном дифференциальном каскаде для уменьшения искажений желательно применять транзисторы или лампы — близнецы, ещё их называют «согласованные пары«. Да и просто проверить полевой транзистор перед тем, как запаять его в схему — будет совсем нелишне. Вобщем я поймал себя на том, что собираю на макетке простенькую схемку для проверки полевиков уже наверное с десятый раз по жизни. Вот как это выглядело в последний раз:
И всё бы ничего, но промерив уже с пару дюжин относительно сильноточных полевичков стал я замечать, что слишком уж разброс велик. Перемеряю — ничего не сходится. Вообще мистика!
Причиной таких «подгулявших» измерений оказалась макетка. Она, конечно, вся такая красиво-прозрачная, но к сожалению годится только мигалки на КМОП логике собирать: сопротивление контактов может варьироваться от единиц до десятков, а то и сотни с гаком Ом. Вот тут то и «осенило» меня гениальной идеей, что пора бы уже прозванивалку транзисторов собрать «в железе». Простейшая схемка для измерения Idss, в принципе, не требует вообще ничего:
Например, J201 именно так и стоит мерить, так как начальный ток стока у них чуть меньше миллиампера. Тем не менее в таком включении полевые транзисторы используются далеко не всегда. Самое интересное начинается, когда проверяешь более или менее сильноточное устройство. Даже маленький J310 уже ощутимо нагревается при своих Idss=20..60mA. Т.е. ты его подключаешь, начинаешь измерять ток, а ток всё уменьшается, уменьшается. Гораздо более стабильные результаты получаются вот в таком включении, которое, кстати, само по себе является более качественным источником тока:
Раз уж взялся за паяльник, решено было собрать нечто, ещё более приближённое к реальным условиям эксплуатации. В таком каскодном включении на токозадающем транзисторе падает совсем небольшое напряжение, определяемое передаточными характеристиками «верхнего» полевого транзистора со встроенным каналом , и в моём случае не превышающее 1..2 Вольт. Соответственно, рассеиваемая на подопытном мощность минимальна, а измеряемый ток, как следствие, менее подвержен изменениям в связи с прогревом всей конструкции.
Дополнение: поскольку depletion MOSFET не слишком легкодоступны, в данной схемке вполне разумно будет использовать LM317 или что-либо подобное в качестве «верхнего» транзистора в каскоде.
Пожауйста, не экономьте на ZIF кроватке — ускорение процесса колоссальное, даже по сравнению с макетками и прочими разъёмами. К тому же в такую кроватку легко устанавливать испытуемый транзистор с помощью пинцета, чтобы избежать нагрева от тепла руки. В итоге — ещё более повторимые результаты измерений. В моём случае при пробных повторных замерах разброс не превышал нескольких единиц в четвёртом (младшем) разряде.
И ничего, что кроватка с большим запасом по количеству ножек. Я сразу распаял и уже использовал разводку и для JFET и для depletion MOSFET. Вот как у меня разведён ряд в ZIF разъёме: D S G D S . В дальнейшем добавлю схемку для проверки обычных MOSFET’ов.
Все данные измерений удобно сразу же набивать в электронную табличку, где каждому полевому транзистору присвоен порядковый номер, а уже проверенные транзисторы втыкать в заранее пронумерованные места на антистатической пенке. После электронная табличка сортируется и — у вас в наличии тщательно подобранные пары (или 4, или 6-ки — как пожелаете!), только выбирай «выигравшие» номера.
Раз уж вы дочитали до этого места — значит статья навела на определённые мысли, или вы чему-то научились, или просто с интересом провели время 😉 Будет просто замечательно, если вы скажете «спасибо» автору нажав хотя бы на одну кнопочку социальной сети, что внизу под текстом. Таким образом и ваши друзья смогут подивиться тем допотопным методам, которыми пользуется в своей работе Сергей Патрушин 🙂
Источник
