Как проверить биполярный транзистор мультиметром
Сегодня я расскажу, как проверить исправность биполярного транзистора с помощью мультиметра. Эта проверка на наличие пробоя, то есть, она позволяет узнать живой транзистор или нет. Такую проверку я произвожу перед каждым впаиванием элемента при сборке новой схемы или в процессе ремонта. На сленге её также именуют «прозвонкой».
У всех современных мультиметров есть режим диодной проверки, вот его и нужно включить.
После чего необходимо подключить щупы, черный в разъем «COM», а красный в разъем со значком диода или измерения сопротивления.
После включения режима на экране прибора единица, которая означает обрыв, бесконечное сопротивление или закрытый PN переход транзистора или диода.
Дальше необходимо соединить щупы между собой и убедиться, что есть контакт щупов с мультиметром и они исправные.
На дисплее значение изменится с единицы на несколько нулей, в зависимости от точности прибора и сопротивления щупов. Некоторые приборы предусматривают звуковую сигнализацию в режиме проверки диодов (как у меня), это удобно при ремонте устройств, так как в момент проверки можно не смотреть на дисплей мультиметра, а сконцентрироваться на проблемном месте. Звуковой сигнал звучит только при малом сопротивлении (десятки и единицы Ом).
Определяем тип транзистора и обозначение выводов
Биполярные транзисторы бывают двух структур PNP и NPN. От типа структуры будет зависеть их проводимость. В дебри про электронно-дырочную структуру я углубляться не буду, а лишь опишу процесс проверки.
У меня есть транзистор КТ837H, на примере которого я буду описывать процесс проверки.
Первым делом необходимо найти техническое описание элемента (Datasheet) или справочник. В документации находим название структуры транзистора, в моем случае это PNP. Следующая нужная информация это расположение и обозначение выводов (цоколевка).
Транзистор, как два диода…
Транзисторы имеют два PN перехода и их можно представить как два последовательно соединенных диода. И проверять транзисторы можно как два диода. Точка соединения диодов будет базой, а два остальных вывода коллектором и эмиттером.
Если диоды соединены катодами (отрицательными выводами), то база N типа (N- negative, отрицательный).
Если диоды соединены анодами (положительными выводами), то база P типа (P- positive, положительный).
Проверка транзисторов структуры PNP
Для PNP транзисторов соединяем черный щуп(отрицательный) к базе, а красным по очереди касаемся коллектора и эмиттера. Это называется прямым смещением. Переходы должны открыться.
Для исправного транзистора на дисплее должно отобразиться напряжение открытия переходов (обычно несколько сотен милливольт, примерно 500-800мВ), но ни в коем случае не десятки и тем более не единицы милливольт.
Как мы видим, исправный транзистор PNP типа открылся при касании базы черным (отрицательным) щупом, а красным (положительным) мы касались коллектора и эмиттера.
После чего, к базе транзистора PNP типа подключаем уже красный щуп, а черным по очереди касаемся коллектора и эмиттера. Транзистор, точнее его переходы должны быть закрыты, если элемент исправный. Это называется обратным смещением.
В этих положениях переходы заперты и на дисплее должна быть единица (она же бесконечность). Если в этих положениях переходы открываются и на дисплее отображается напряжение открытия (любое), то такой элемент не исправен. Обычно у пробитых элементов показания на дисплее прибора меньше десяти милливольт.
Ниже пример неисправного полупроводникового прибора, у него все выводы замкнуты, сопротивление между ними единицы Ом, поэтому в режиме диодной прозвонки (независимо от положения щупов) на дисплее 2мВ, то есть переход «пробитый».
Если хотя бы один переход звонится накоротко (на дисплее десятки или единицы милливольт), то такой полупроводник сразу подлежит замене.
Проверка транзисторов структуры NPN
Та же самая процедура, что и с PNP структурой, только открытие переходов у исправного элемента происходит при соединении красного (положительного) щупа к базе, а черного (отрицательного) к коллектору и эмиттеру.
При соединении черного щупа к базе, а красного к коллектору и эмиттеру у исправного полупроводника переходы должны быть закрыты и на дисплее «обрыв» (единица).
Примечание
В режиме диодной проверки на дисплее отображается значение не сопротивления в Омах, как многие считают, а значение напряжения открытия PN перехода в милливольтах.
Проверка биполярного транзистора мультиметром
Биполярные транзисторы построены из трехслойного полупроводникового «сэндвича» либо NPN, либо PNP. Как таковые транзисторы при проверке мультиметром в режиме «сопротивление» или «проверка диода», как показано на рисунке ниже, показываются как два диода, соединенных друг с другом. Показания низкого сопротивления с черным отрицательным (-) выводом на базе соответствует N-типу материала в базе PNP транзистора. На условном обозначении на материал N-типа «указывает» стрелка перехода база-эмиттер, который в этом примере является базой. Эмиттер P-типа соответствует другому концу стрелки перехода база-эмиттер. Коллектор очень похож на эмиттер и так же является материалом P-типа PN-перехода.
Проверка PNP транзистора мультиметром: (a) прямое смещение переходов Б-Э и Б-К, сопротивление низкое; (b) обратное смещение переходов Б-Э, Б-К, сопротивление равно ∞
Здесь я предполагаю использовать мультиметр с единственной функцией измерения (сопротивление) для проверки PN-переходов. Некоторые мультиметры оснащены двумя отдельными функциями измерения: сопротивление и "проверка диода", каждая служит своей цели. Если у вашего мультиметра есть функция "проверка диода", используйте её, вместо измерения сопротивления, в этом случае мультиметр покажет прямое падение напряжения PN-перехода, а не только то, проводит ли он ток.
Разумеется, показания мультиметра будут совершенно противоположными для NPN транзистора, причем оба PN-перехода будут направлены в противоположную сторону. Показания низкого сопротивления с красным (+) выводом на базе являются «противоположным» состоянием для NPN транзистора.
Если в этом тесте используется мультиметр с функцией «проверка диода», будет установлено, что переход эмиттер-база имеет несколько большее прямое падение напряжения, чем переход коллектор-база. Эта разница прямых напряжений обусловлена несоответствием концентрации легирования между областями эмиттера и коллектора: эмиттер представляет собой кусок полупроводникового материала, гораздо более легированный, чем коллектор, в результате чего его переход с базой создает более высокое прямое падение напряжения.
Зная это, становится возможным определение назначение выводов на немаркированном транзисторе. Это важно, потому что корпуса, к сожалению, не стандартизированы. Разумеется, все биполярные транзисторы имеют три вывода, но расположение этих трех выводов на реальном физическом корпусе не имеет универсального стандартизированного порядка.
Предположим, что техник нашел биполярный транзистор и начинает измерять его проводимость с помощью мультиметра, установленного в режим «проверка диода». Измерения между парами выводов и запись значений, отображаемых мультиметром, дают ему следующие данные.
Неизвестный биполярный транзистор. Где здесь эмиттер, база, коллектор? Ниже приведены показания мультиметра.
Единственными комбинациями тестовых измерений, дающих на мультиметре показания, говорящие о проводимости, являются выводы 1 и 3 (красный щуп на выводе 1, черный щуп на выводе 3) и выводы 2 и 3 (красный щуп на выводе 2, черный щуп на выводе 3). Эти два показания должны указывать на прямое смещения перехода эмиттер-база (0,655 вольт) и перехода коллектор-база (0,621 вольт).
Теперь мы ищем один провод, общий для обоих показаний проводимости. Это должен быть вывод базы транзистора, поскольку база единственным слоем трехслойного устройства, общего для обоих PN-переходов (база-эмиттер и база-коллектор). В этом примере это провод номер 3, являющийся общим для комбинаций тестовых измерений 1-3 и 2-3. В обоих этих измерениях черный (-) щуп мультиметра касался к выводу 3, что говорит нам, что база этого транзистора изготовлена из полупроводникового материала N-типа (черный = отрицательный). Таким образом, это PNP-транзистор с базой на выводе 3, эмиттером на выводе 1 и коллектором на выводе 2, как показано на рисунке ниже.
Выводы биполярного транзистора определены с помощью мультиметра.
Обратите внимание, что вывод базы в этом примере не является средним выводом транзистора, как это можно было бы ожидать от трехслойной «сэндвичной» модели биполярного транзистора. Это довольно частый случай, и, как правило, это часто путает новых студентов. Единственный способ определить назначение выводов – это проверка мультиметром или чтение технического описания на конкретную модель транзистора.
Знание того, что биполярный транзистор при тестировании мультиметром в режиме проводимости ведет себя как два соединенных «спинами» диода, полезно для идентификации неизвестного транзистора только по показаниям мультиметра. Это также полезно для быстрой проверки работоспособности транзистора. Если техник измерит проводимость между тремя выводами в разных комбинациях, он или она сразу узнает, что транзистор неисправен (или что это не биполярный транзистор, а что-то еще – отличная возможность, если на детали нет маркировки для точной идентификации!). Однако модель «двух диодов» для транзистора не может объяснить, как и почему он действует как усилительное устройство.
Чтобы лучше проиллюстрировать этот парадокс, рассмотрим одну из схем транзисторных ключей, используя для представления транзистора физическую схему (как показано на рисунке ниже), а не условное обозначение. Так легче будет видеть два PN-перехода.
Небольшой ток базы, протекающий в прямо смещенном переходе база-эмиттер, обеспечивает большой ток через обратно смещенный переход база-коллектор (на рисунке показано направление движения потоков электронов, общепринятые направления электрических токов будут противоположными)
Диагональная стрелка серого цвета показывает направление потока электронов через переход эмиттер-база. Эта часть имеет смысл, так как электроны протекают от эмиттера N-типа к базе P-типа, очевидно прямое смещение перехода. Однако с переходом база-коллектор совсем другое дело. Обратите внимание, как толстая стрелка серого цвета указывает в направлении потока электронов (вверх) от базы к коллектору. С базой из материала P-типа и коллектором из материала N-типа, это направление потока электронов явно указывает на направление, противоположное тому, с каким ассоциируется PN-переход! Обычный PN-переход не позволил бы потоку электронов протекать в этом «обратном» направлении, по крайней мере, не без значительного сопротивления. Однако открытый (насыщенный) транзистор демонстрирует очень малое противодействие электронам на всем пути от эмиттера к коллектору, о чем свидетельствует свечение лампы!
Ясно, что здесь происходит что-то, что бросает вызов простой «двухдиодной» модели биполярного транзистора. Когда я впервые узнал о работе транзистора, я попытался построить свой собственный транзистор из двух диодов, включенных в противоположных направлениях, как показано на рисунке ниже.
Пара включенных в противоположных направлениях диода не действуют как транзистор!
Моя схема не работала, и я был озадачен. Однако полезное «двухдиодное» описание транзистора может использоваться для проверки, оно не объясняет, почему транзистор ведет себя как управляемый ключ.
То, что происходит в транзисторе, заключается в следующем: обратное смещение перехода база-коллектор предотвращает протекание тока коллектора, когда транзистор находится в режиме отсечки (закрыт, т.е. при отсутствии тока базы). Если переход база-эмиттер смещен в прямом направлении с помощью управляющего сигнала, нормально блокирующее поведение перехода база-коллектор изменяется, и ток через коллектор пропускается, несмотря на то, что электроны через этот PN-переход идут «неправильно». Это поведение зависит от квантовой физики полупроводниковых переходов и может иметь место только тогда, когда два перехода расположены правильно, и концентрации легирования этих трех слоев распределены правильно. Два диода, соединенных последовательно, не соответствуют этим критериям; верхний диод никогда не может «включиться», когда он смещен в обратном направлении, независимо от того, какая величина тока проходит через нижний диод в схеме через вывод базы. Для более подробной информации смотрите раздел «Биполярные транзисторы» главы 2.
То, что концентрации легирования играют решающую роль в особых способностях транзистора, еще раз подтверждается тем фактом, что коллектор и эмиттер не являются взаимозаменяемыми. Если транзистор просто рассматривается как два противоположно направленных PN-перехода или просто как N-P-N или P-N-P сэндвич материалов, может показаться, что любой конец этого сэндвича может служить в качестве коллектора или эмиттера. Это, однако, неверно. При «противоположном» включении транзистора в схему, ток база-коллектор не сможет управлять током между коллектором и эмиттером. Несмотря на то, что эти оба слоя (эмиттер и коллектор) биполярного транзистора имеют один и тот же тип легирования (либо N, либо P), коллектор и эмиттер определенно не одинаковы!
Ток через переход эмиттер-база позволяет протекать току через обратно смещенный переход база-коллектор. Действие тока базы можно рассматривать как «открывание клапана» для тока через коллектор. Более конкретно, любая заданная величина тока от эмиттера к базе допускает протекание ограниченной величины тока от базы к коллектору. На каждый электрон, который проходит через переход эмиттер-база и через вывод базы, через переход база-коллектор проходит определенное количество электронов и не более.
В следующем разделе это ограничение тока транзистора будет исследовано более подробно.
Как проверить транзистор мультиметром
Приветствую всех любителей электроники, и сегодня в продолжение темы применение цифрового мультиметра мне хотелось бы рассказать, как проверить биполярный транзистор с помощью мультиметра.
Биполярный транзистор представляет собой полупроводниковый прибор, который предназначен для усиления сигналов. Так же транзистор может работать в ключевом режиме.
Транзистор состоит из двух p-n переходов, причем одна из областей проводимости является общей. Средняя общая область проводимости называется базой, крайние эмиттером и коллектором. Вследствие этого разделяют n-p-n и p-n-p транзисторы.
Итак, схематически биполярный транзистор можно представить следующим образом.
Рисунок 1. Схематическое представление транзистора а) n-p-n структуры; б) p-n-p структуры.
Для упрощения понимания вопроса p-n переходы можно представить в виде двух диодов, подключенных друг к другу одноименными электродами (в зависимости от типа транзистора).
Рисунок 2. Представление транзистора n-p-n структуры в виде эквивалента из двух диодов, включенных анодами друг к другу.
Рисунок 3. Представление транзистора p-n-p структуры в виде эквивалента из двух диодов, включенных катодами друг к другу.
Конечно же для лучшего понимания желательно изучить как работает p-n переход, а лучше как работает транзистор в целом. Здесь лишь скажу, что чтобы через p-n переход тек ток его необходимо включить в прямом направлении, то есть на n – область (для диода это катод) подать минус, а на p-область (анод).
Это я вам показывал в видео для статьи «Как пользоваться мультиметром» при проверке полупроводникового диода.
Так как мы представили транзистор в виде двух диодов, то, следовательно, для его проверки необходимо просто проверить исправность этих самых «виртуальных» диодов.
Итак, приступим к проверке транзистора структуры n-p-n. Таким образом, база транзистора соответствует p- области, коллектор и эмиттер — n-областям. Для начала переведем мультиметр в режим проверки диодов.
В этом режиме мультиметр будет показывать падение напряжения на p-n переходе в милливольтах. Падение напряжения на p-n переходе для кремниевых элементов должно быть 0,6 вольта, а для германиевых – 0,2-0,3 вольта.
Сначала включим p-n переходы транзистора в прямом направлении, для этого на базу транзистора подключим красный (плюс) щуп мультиметра, а на эмиттер черный (минус) щуп мультиметра. При этом на индикаторе должно высветиться значение падения напряжения на переходе база-эмиттер.
Далее проверяем переход база-коллектор. Для этого красный щуп оставляем на базе, а черный подключаем к коллектору, при этом прибор покажет падение напряжения на переходе.
Здесь необходимо отметить, что падение напряжения на переходе Б-К всегда будет меньше падения напряжения на переходе Б-Э. Это можно объяснить меньшим сопротивлением перехода Б-К по сравнению с переходом Б-Э, что является следствием того, что область проводимости коллектора имеет большую площадь по сравнению с эмиттером.
По этому признаку можно самостоятельно определить цоколевку транзистора, при отсутствии справочника.
Так, половина дела сделана, если переходы исправны, то вы увидите значения падения напряжения на них.
Теперь необходимо включить p-n переходы в обратном направлении, при этом мультиметр должен показать «1», что соответствует бесконечности.
Подключаем черный щуп на базу транзистора, красный на эмиттер, при этом мультиметр должен показать «1».
Теперь включаем в обратном направлении переход Б-К, результат должен быть аналогичным.
Осталось последняя проверка – переход эмиттер-коллектор. Подключаем красный щуп мультиметра к эмиттеру, черный к коллектору, если переходы не пробитые, то тестер должен показать «1».
Меняем полярность ( красный -коллектор, черный— эмиттер) результат – «1».
Если в результате проверки вы обнаружите не соответствие данной методике, то это значит, что транзистор неисправен.
Эта методика подходит для проверки только биполярных транзисторов. Перед проверкой убедитесь, что транзистор не является полевым или составным. Многие изложенным выше способом пытаются проверить именно составные транзисторы, путая их с биполярными (ведь по маркировки можно не правильно идентифицировать тип транзистора), что не является правильным решением. Правильно узнать тип транзистора можно только по справочнику.
При отсутствии режима проверки диодов в вашем мультиметра, осуществить проверку транзистора можно переключив мультиметр в режим измерения сопротивления на диапазон «2000». При этом методика проверки остается неизменной, за исключением того, что мультиметр будет показывать сопротивление p-n переходов.
А теперь по традиции поясняющий и дополняющий видеоролик по проверке транзистора:
ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!
Как проверить мультиметром транзистор?
Транзисторы — важнейшие элементы в большинстве электронных систем и конструкции различных радиоприборов. Однако ничто не вечно, и транзисторы, по той или иной причине, со временем выходят из строя. Стоит разобраться с тем, как проверить мультметром транзистор.
Подготовка
Перед тем, как прозвонить транзистор мультиметром, необходимо определиться с тем, какой именно тип транзистора нужно проверить и какие у него характеристики. Наиболее простой способ – посмотреть маркировку транзистора, благодаря которой можно получить распиновку и требуемую информацию в сети.
Зачастую кодировка указана на английском языке, но этого достаточно, чтобы разобраться в том, какой используется транзистор и какие у него основные характеристики и особенности. После того, как будет определен тип и цоколевка устройства, необходимо выпаять деталь. Только затем можно приступать к основной процедуре – проверке мультиметром.
Проверка биполярного транзистора
Данный транзистор имеет два p-n перехода, в итоге его структура имеет вид NPN либо PNP. Проверка транзистора мультиметром проводится в режиме «сопротивление» или «проверка диода» как показано на схеме ниже:
1. Присоединить к мультиметру щупы. Включить тестер в режиме прозвонки или режим проверки диодов.
3. Подсоединить черный щуп к соответствующему выводу транзистора. То же самое проделать с красным щупом, согласно схеме.
4. Посмотреть на показания мультиметра, величина падения напряжения на p-n переходе будет отображаться на дисплее прибора.
Следует отметить, что нужно проверить каждый p-n переход. Точно такая же проверка выполняется для транзисторов обратной проводимости. Единственное отличие – смена положения щупов.
Проверка полевого транзистора
Для примера используем n-канальный mosfet транзистор. Тестер, как и в предыдущей схеме, используем в режиме прозвонки или проверки диодов. Следующие действия, как проверить полевой транзистор мультиметром, выглядят так:
- Черный щуп подсоединяем на сток ( D ), а красный подключаем на исток ( S ) – на дисплее значение p-n перехода встроенного встречного диода .
- Красным щупом касаемся затвора ( G ) – так мы частично открываем транзистор.
- Красным щупом касаемся истока ( S ). З начение перехода стало меньше — полевик частично открылся. Иногда он может открыться полностью, в таком случае мультиметр запищит, показывая отсутствие сопротивления .
- Черным щупом касаемся з атвора ( G ) — закрываем транзистор .
- Возвращаем черный щуп обратно — полевик закрывается .
Проверка составного транзистора
Еще одно название этого элемента – транзистор Дарлингтона. Особенность его заключается в том, в одном корпусе имеется два транзистора, соединенные по схеме:
Проверка таких транзисторов не отличается от схемы проверки биполярного транзистора, за исключением того, что падение напряжения переходах база-эмиттер составляет 1,2…1,4В, а в обычного около 0,6-0,7В. Некоторые цифровые мультиметры имеют на щупах напряжение меньшее 1,2В, чего не хватает для открывания р-n перехода, это нужно учесть при выборе мультиметра для теста составного транзистора.
Проверка однопереходного транзистора
Проверка на пробой однопереходного транзистора возможна с использованием мультиметра. Необходимо подключиться щупами к выводам Б1 и Б2 , если сопротивление, измеренное мультиметром, имеет небольшое значение, значит, в цепи есть пробой. Для точной диагностики исправности элемента необходимо использовать простые схемы, например генератор звука или др.
Что делать, если нельзя выпаивать схему?
Этим вопросом задаются многие, так как не всегда удобно выпаивать транзистор из платы. К сожалению, подобный вариант практически всегда невозможен. Объясняется это тем, что другие элементы обвязки транзистора, влияют на показания мультиметра, из-за чего в показаниях возникает абсолютно неверный результат.