Verificarea tranzistoarelor.

Salut.

Pentru a putea studia/înţelege scheme electrice cu tranzistoare este suficient să cunoşti modul de funcţionare şi simbolizarea tranzistoarelor. Însă înainte de a te apuca să construieşti montaje electronice cu tranzistoare, trebuie în plus să ştii şi cum arată ele în realitate. Pe lângă asta, nu este deloc o suprinză faptul că în lumea reală tranzistoarele pot fi şi defecte, iar pentru asta ai nevoie să ştii câte ceva despre verificarea tranzistoarelor. Aşadar, pentru a lămuri aceste lucruri, în articolul de astăzi vom aborda următoarele subiecte:

• Categorii de tranzistoare.
• Capsulele tranzistoarelor.
• Verificarea tranzistoarelor
  • Verificarea tranzistoarelor bipolare.
  • Verificarea tranzistoarelor JFET.
  • Verificarea tranzistoarelor MOS-FET.

Categorii de tranzistoare.

Chiar dacă toate în esenţă fac acelaşi lucru, există o sumedenie de categorii de tranzistoare. Deosebirea dintre acestea este dată de parametrii caracteristici, care sunt optimizaţi de către producător pentru anumite game de aplicaţii. Cu alte cuvinte, pentru a folosi la maxim performanţele unui tranzistor trebuie să-l foloseşti doar în aplicaţiile pentru care a fost proiectat şi construit. În continuare, voi vorbi puţin despre cele mai cunoscute categorii de tranzistoare. Aşa cum vei observa pe parcurs, nu există mereu o delimitare clară între aceste categorii, tranzistoarele dintr-o categorie putând avea uneori caracteristici specifice altor categorii.

Tranzistoare de mică putere. Sunt tranzistoare care de regulă:

• suportă curenţi de colector sau de drenă (I_C sau I_D) de maxim de 200-300mA (0,2-0,3 A);
• suportă tensiuni între colector şi emitor (V_CE) sau între sursă şi drenă (V_DS) de maxim 100-200V;
• în cazul tranzistoarelor bipolare, au un factor de amplificare β de cel puţin 200-300;
• sunt capabile de o puterea disipată (puterea electrică pe care o pot transforma în căldură) de cel mult 500-600mW (0,5-0,6W);
• nu au capsula construită în aşa fel încât să poată fi montate pe radiatoare de răcire:
• au frecvenţa maximă de lucru (frecvenţa maximă a semnalelor electrice cu care pot lucra) de circa 200-250 MHz (megaherţi).

Tranzistoare de medie putere. Sunt tranzistoare care de regulă:

• suportă curenţi de colector sau de drenă (I_C sau I_D) de maxim de 2-3 A;
• suportă tensiuni între colector şi emitor (V_CE) sau între sursă şi drenă (V_DS) de maxim 100-200V;
• în cazul tranzistoarelor bipolare, au un factor de amplificare β între 40-150;
• sunt capabile de o putere disipată situată undeva în intervalul 0,5 – 40W;
• sunt construite în aşa fel încât să poată fi montate pe radiatoare de răcire;
• au frecvenţa maximă de lucru sub 5-10MHz.

Tranzistoare de mare putere. Sunt tranzistoare care de regulă:

• suportă curenţi de colector sau de drenă (I_C sau I_D) de cel puţin 2-3 A;
• suportă tensiuni între colector şi emitor (V_CE) sau între sursă şi drenă (V_DS) de cel puţin 50-100V;
• în cazul tranzistoarelor bipolare, au un factor de amplificare β între 40-150;
• sunt construite în aşa fel încât să poată fi montate pe radiatoare de răcire;
• sunt capabile de o putere disipată de cel puţin 40-50W;
• au frecvenţa maximă de lucru sub 2-3 MHz.

Toate categoriile de tranzistoare menţionate până acum mai sunt cunoscute şi sub denumirea de tranzistoare de uz general. Pe lângă acestea există şi categorii mai speciale, denumite conform aplicaţiilor pentru care au fost optimizate. Dintre acestea amintesc:

Tranzistoare de înaltă frecvenţă (sau de radiofrecvenţă). Sunt tranzistoare care au frecvenţa maximă de lucru de cel puţin câteva sute de MHz. Acestea sunt folosite cel mai frecvent în radioelectronică (emiţătoare radio, amplificatoare radio, convertoare de frecvenţă etc.).

Tranzistoare de comutaţie (rapidă). Sunt tranzistoare care sunt folosite pe post de comutator pornit-oprit, adică în regim de lucru închis-deschis. În acest scop, aceste tranzistoare sunt optimizate astfel încât trecerea de la regimul închis la cel deschis (sau invers) să se poată face foarte rapid (în timpi mai mici de câteva sute sau chiar zeci de nanosecunde). Principalele aplicaţii ale acestor tipuri de tranzistoare sunt în domeniul circuitelor logice şi a surselor de alimentare în comutatie.

Tranzistoare audio. Sunt tranzistoare care au o amplificare liniară pe tot domeniul de lucru al tranzistorului. Cu alte cuvinte, în cazul tranzistoarelor audio, indiferent de cât de mari sunt curenţii care trec prin ele, se păstrează foarte bine proporţionalitatea dintre mărimea semnalului de intrare (I_B sau U_PS) şi semnalul de ieşire (I_C sau I_D). După cum sugerează şi numele, tranzistoarele audio sunt tranzistoare folosite în electronica audio.

Tranzistoare de zgomot mic. Teoretic, semnalul de ieşire al unui tranzistor ar trebui să “asculte” doar de semnalul de intrare al acestuia. În realitate însă, din motive care ţin de tehnologia de fabricaţie, peste semnalul de ieşire se suprapun şi alte semnale decât cele dictate de semnalul de intrare. Aceste semnale parazite sunt numite “zgomotul unui tranzistor”. Cum bănui ca ai intuit deja, tranzistoarele de zgomot mic au valori foarte reduse ale acestui “zgomot”.

Pe lânga cele spuse mai sus despre categoriile de tranzistoare, ţi-ar prinde bine să mai ştii că:

• de regulă, cu cât un tranzistor poate suporta un curent sau/şi o tensiune mai mare, cu atât va avea frecvenţa de lucru mai mică. Excepţii de la această regulă sunt tranzistoarele de putere de înaltă frecvenţă, care însă, pe bună dreptate, sunt mult mai scumpe decât cele de uz general;
• cu cât I_C al unui tranzistor bipolar sunt mai mari, cu atât mai mic va fi factorul beta;
• cu cât un tranzistor are o amplificare mai mare, cu atât va tinde să aibe şi un “zgomot” mai mare.

Capsulele tranzistoarelor.

Capsula unui tranzistor reprezintă forma sub care sunt montate şi împachetate componentele unui tranzistor. Altfel spus, capsula este pentru un tranzistor, ceea ce este carcasa unui televizor pentru componentele acestuia. În afară de rolul protector, capsulele de tranzistor conţin nişte terminale metalice, numite pini prin care avem uşor acces la diverse zone ale tranzistorului. Fără existenţa acestor pini, ţinând cont că în general tranzistoarele sunt foarte mici, ne-ar fi extraordinar de greu să le conectam într-un circuit electric. Nu în ultimul rând, aşa cum spuneam şi mai sus, unele capsule sunt special construite astfel încât să poată fi uşor montate pe radiatoare de răcire.

În continuare îţi voi prezenta pe scurt fiecare din cele mai folosite tipuri de capsule de tranzistor. Vei observa că fiecare din aceste tipuri este simbolizate cu un cod care începe mereu cu TO. Acest TO vine de la Transistor Outline. Tipurile de capsule prezentate mai jos sunt folosite atât pentru împachetarea tranzistoarelor bipolare cât şi a celor cu efect de câmp (JFET, MOS-FET).

Capsula TO-92. Este destinată tranzistoarelor de mică putere de uz general. Configuraţia pinilor este următoarea:

• pinul 1. În general este conectat la colector/drenă, însă în unele cazuri poate fi conectat la bază/poartă;
• pinul 2. În general este conectat la bază/poartă însă în unele cazuri poate fi conectat la colector/drenă;
• pinul 3. Din experienţă mea am observat că este legat mereu la emitor/sursă.

 

Capsula TO-18.  Este destinată tranzistoarelor de mică putere, în special în cazul celor de zgomot mic şi a celor de radiofrecvenţă. Configuraţia pinilor este următoarea:

•  pinul 1. În general este conectat la colector/drenă, însă în unele cazuri poate fi conectat la bază/poartă;
• pinul 2. În general este conectat la bază/poartă însă în unele cazuri poate fi conectat la colector/drenă;
• pinul 3. Din experienţa mea am observat că pinul 3 este legat mereu la emitor/sursă. Important de menţionat este că TO-18 are undeva într-o margine o bucăţică de tablă ieşită spre exterior. Cel mai apropiat pin de această tăbliţă este emitorul/sursa, cel mai îndepărtat este de regulă colectorul/drena iar cel din mijloc este baza/poarta.

 

Capsula TO-126. Este destinată tranzistoarelor de medie putere. În figura alăturată este surprinsă faţa opusă celei pe care sunt inscripţionate informaţiile despre tranzistor. Configuraţia pinilor este următoarea:

• pinul 1. În general este conectat la emitor/sursă;
• pinul 2. În general este conectat la colector/drenă. Pe cealaltă faţă a capsulei TO-126 se afla o zonă metalizată destinată montării tranzistorului pe un radiator de răcire. Această zonă metalizată este mereu conectată la pinul 2;
• pinul 3. Din experienţa mea am observat că este legat mereu la bază/poartăsursă.

 

Capsula TO-220. Este destinată tranzistoarelor de medie şi mare putere. Configuraţia pinilor este următoarea:

• pinul 1. Este conectat la bază/poartă;
• pinul 2. Este conectat la colector/drenă. Zona metalică a capsulei TO-220 este mereu conectată la pinul 2;
• pinul 3. Este conectat la emitor/sursă.

 

Capsula TO-264. Este destinată tranzistoarelor de mare putere. Configuraţia pinilor este următoarea:

• pinul 1. Este conectat la bază/poartă;
• pinul 2. Este conectat la colector/drenă. Zona metalică a capsulei TO-264 este mereu conectată la pinul 2;
• pinul 3. Este conectat la emitor/sursă.

 

Capsula TO-3. Este destinată tranzistoarelor de mare putere. Deşi pare o capsulă simetrică, dacă te uiţi atent în partea dreaptă a figurii alăturate, vei vedea că cei doi pini (1 şi 3) sunt mai apropiaţi de marginea de sus decât de marginea de jos. Această asimetrie este intenţionat introdusă de fabricant pentru a te ajuta să nu confunzi pinului 1 cu pinul 3 sau invers. Acestea fiind zise, configuraţia pinilor este următoarea:

•  pinul 1. Este conectat la bază/poartă;
• pinul 2. Este reprezentat de carcasa metalică şi este mereu conectat la colector/drenă;
• pinul 3. Este conectat la emitor/sursă.

 

Verificarea tranzistoarelor.

După cum ai văzut în articolul anterior, doar cunoscând tipurile de capsule nu poţi fi mereu sigur care pin este emitorul, care este baza etc. De aceea înainte de a monta tranzistoare într-un circuit este înţelept să cauţi pe net datasheet-urile acestora şi să vezi acolo care este configuraţia pinilor, ce fel de tranzistoare sunt etc. Dacă însă nu poţi găsi datasheet-urile de care ai nevoie, verificarea tranzistoarelor cu un aparat de măsură îţi poate da de multe ori informaţii suficiente pentru a putea pune acele tranzistoare la treabă. Bineînţeles, verificarea tranzistoarelor te ajută în plus să afli care tranzistoare sunt defecte şi care nu.

Pentru verificarea tranzistoarelor ai nevoie de un aparat de măsură care poate măsura diode (se poate şi cu un ohmetru, însă este puţin mai complicat). Nu contează cât este de performant acel aparat, poţi folosi şi unul de 10 lei din bazar cum e cel din figura 1. Presupunând că ai făcut rost de unul, trebuie să-l setezi pe măsurare diode (deşi nu se vede foarte bine, butonul rotativ al aparatului din figura 1 este rotit spre poziţia unde, cu roşu, apare simbolul diodei). După aceea, asigură-te că în borna COM a aparatului de măsură este băgat firul negru iar în borna VΩ este băgat firul roşu.

Figura 1. Aparat de măsură setat pentru verificarea tranzistoarelor.

Verificarea tranzistoarelor prin această metodă presupune să conectezi firele aparatului de măsură, rând pe rând, pe câte o pereche de pini (1-2, 1-3, 2-3, 2-1, 3-1 şi 3-2), verifici ce îţi arată aparatul de măsură pentru fiecare pereche de pini şi tragi concluziile corespunzătoare.

Verificarea tranzistoarelor bipolare.

Înainte de a vorbi despre verificarea tranzistoarelor bipolare, trebuie să-ţi reamintesc faptul că tranzistorul bipolar este format din două joncţiuni PN. Asta înseamnă că din toate modurile în care putem conecta aparatul de măsură la pinii tranzistorului, nu vom observa apariţia unui curent electric decât în două cazuri: când vom polariza direct joncţiunea B-E şi atunci când vom polariza direct joncţiunea B-C. Cu alte cuvinte:

• pentru un tranzistor NPN funcţional, aparatul de măsură (setat pe măsurat diode) trebuie să-ţi afişeze undeva în jur de 500-700mV (adică tensiunea de deschidere a unei joncţiunii PN cu siliciu) NUMAI atunci când aparatul de măsură este conectat cu plus pe bază şi minus pe emitor sau cu plus pe bază şi cu minus pe colector. În orice alt mod ai conecta aparatul de măsură la tranzistor, aparatul trebuie să afişeze cifra 1 (adică acelaşi lucru care-l afişează atunci când bornele lui nu sunt conectate nicăieri);
• pentru un tranzistor PNP funcţional, aparatul de măsură (setat pe măsurat diode) trebuie să-ţi afişeze undeva în jur de 500-700mV NUMAI atunci când aparatul de măsură este conectat cu minus pe bază şi plus pe emitor sau cu minus pe bază şi cu plus pe colector. În orice alt mod ai conecta aparatul de măsură la tranzistor, aparatul trebuie să afişeze cifra 1 (adică acelaşi lucru care-l afişează atunci când bornele lui nu sunt conectate nicăieri).

Mai adaug faptul că joncţiunea B-E are o tensiune de deschidere mai mare  cu vreo 20-30mV decât joncţiunea B-C.

Ştiind aceste lucruri poţi identifica uşor care sunt baza, emitorul şi colectorul unui tranzistor bipolar, precum şi tipul acestuia (NPN sau PNP). Pentru a fi sigur că ai înţeles cum se face verificarea tranzistoarelor bipolare, îţi prezint următorul exemplu.

Am un tranzistor bipolar despre care nu ştiu nimic şi vreau să aflu dacă este bun şi care îi sunt baza, emitorul şi colectorul. Iau un aparat de măsură setat pe măsurat diode şi încep să-i controlez pinii punând:

• firul roşu pe pinul 1 şi firul negru pe pinul 2, caz în care aparatul îmi afişează 1;
• firul roşu pe pinul 1 şi firul negru pe pinul 3, caz în care aparatul îmi afişează 1;
• firul roşu pe pinul 2 şi firul negru pe pinul 1, caz în care aparatul îmi afişează 0,61V;
• firul roşu pe pinul 2 şi firul negru pe pinul 3, caz în care aparatul îmi afişează 0,64V;
• firul roşu pe pinul 3 şi firul negru pe pinul 1, caz în care aparatul îmi afişează 1;
• firul roşu pe pinul 3 şi firul negru pe pinul 2, caz în care aparatul îmi afişează 1.

Dacă în oricare din combinaţiile de măsurători de mai sus aparatul mi-ar fi afişat mai puţin de 0,1-0,2V, aş fi ştiut că am de a face cu un tranzistor defect.

Din fericire, tranzistorul nostru nu este defect. Ştiu că o joncţiune PN are tensiunea de deschidere undeva în jur de 0,6V. Observ că, din toate combinaţiile de măsurători, aparatul îmi arată în jur de 0,6V doar în combinaţiile fir roşu pe pinul 2/ fir negru pe pinul 1 şi fir roşu pe pinul 2/ fir negru pe pinul 3. Văd că pinul 2 este comun acestor două combinaţii, ceea ce înseamnă că pinul 2 este baza. Faptul că în acest caz baza este legată la firul roşu (deci la plus) îmi spune că este vorba de un tranzistor NPN. A mai ramas să aflu care din cei doi pini rămaşi este emitorul şi care este colectorul. Îmi amintesc că joncţiunea B-E are o tensiune de deschidere mai mare decât joncţiunea B-C, mă uit şi văd care dintre cele două măsuratori (pentru care am obţinut în jur de 0,6V) îmi dă cea mai mare tensiune şi aşa aflu că joncţinea B-E se află între pinii 2 şi 3. Cum pinul 2 este baza, pinul 3 nu poate fi decât emitorul, iar ultimul pin rămas, pinul 1, este colectorul.

După ce ai aflat care este baza, emitorul, colectorul şi tipul tranzistorului poţi face şi măsurarea factorului de amplificare (β). Aceasta din fericite este mai simplă: roteşti butonul rotativ din figura 1 până ajunge la poziţia hFE, bagi pinii tranzistorului în găurile corespunzătoare din partea stângă-sus a aparatului şi citeşti rezultatul pe display.

Ştiu că explicată prin cuvinte, verificarea tranzistoarelor bipolare pare complicată, însă te asigur că după ce o vei exersa practic de câteva ori, vei ajunge să o consideri ceva banal.

Verificarea tranzistoarelor JFET.

Verificarea tranzistoarelor JFET este ceva mai simplă. Dacă repetăm combinaţiile de măsurători despre care vorbeam la verificarea tranzistoarelor bipolare, vom afla că între două terminale ale JFET-ului, valoarea afişată de aparatul de măsură este foarte apropiată de 0V. Asta înseamnă că cele două terminale sunt drena şi sursa, iar cel de-al treilea terminal este poarta. Pentru a afla ce tip de JFET avem în faţă, trebuie să conectăm aparatul de măsură, în ambele sensuri, între poartă şi oricare din cele două terminale. În aceste condiţii, dacă:

• aparatul de măsură afişează ~0,6V NUMAI atunci când firul roşu al acestuia este legat la poartă, înseamnă că avem de-a face cu un JFET cu canal de tip P;
• aparatul de măsură afişează ~0,6V NUMAI atunci când firul negru al acestuia este legat la poartă, înseamnă că avem de-a face cu un JFET cu canal de tip N.

Dacă între poartă şi oricare dintre celelalte două terminale aparatul de măsură indică mai puţin de ~0,6V, JFET-ul nostru este defect.

Din punct de vedere al principiului de funcţionare, în cazul JFET-ului nu este nici o diferenţă între sursă şi drenă, ceea ce înseamnă că în general tu alegi care pin vrei să-l foloseşti ca drena şi care ca sursă. Este totuşi posibil ca pentru anumite tipuri de JFET-uri, producătorii să fi optimizat un pin pentru a fi folosit ca sursă şi unul pentru a fi folosit ca drenă. În cazul acestora, configuraţia optimă a pinilor o poţi afla doar din datasheet-ul tranzistorului respectiv.

Important de adăugat: înainte de începe verificarea tranzistoarelor JFET, trebuie să descarci eventualele sarcini electrice acumulate în tranzistor, prin scurt-circuitarea tuturor pinilor acelui tranzistor. Scurtcircuitarea pinilor trebuie făcută fără să atingi cu mâna goală părţile metalice ale tranzistorului. Dacă nu respecţi aceste recomandări rişti ca verificarea tranzistoarelor JFET să te conducă la concluzii total greşite.

Verificarea tranzistoarelor MOS-FET.

În cazul MOS-FET-urilor, verificarea tranzistoarelor folosind aparate de măsură nu-ţi poate spune sigur care este poarta, sursa, drena sau tipul acelui tranzistor. Dacă totuşi nu reuşeşti să găseşti datasheet-ul corespunzător, cel mai bine este să foloseşti alt tranzistor.

În practică, verificarea tranzistoarelor MOS-FET se rezumă doar la stabilirea stării de sănătate a tranzistorului. Dacă între oricare terminale ale MOS-FET-ului, aparatul de măsură indică sub 0,1-0,2V este clar că bietul tranzistor şi-a dat deja duhul.

În încheiere, trebuie să subliniez faptul că toate discuţiile despre verificarea tranzistoarelor, aşa cum sunt ele prezentate în acest articol, NU sunt valabile în cazul în care tranzistorul este conectat într-un circuit. Deci înainte de a face verificarea tranzistoarelor, asigură-te că acestea sunt complet deconectate de la alte circuite.

Dacă ţi-a plăcut acest articol, distribuie-l mai departe în grupul tău de prieteni !

Cu bine,

Ciprian