Методики проверки исправности полевых (MOSFET) транзисторов.

Методики проверки исправности полевых (MOSFET)транзисторов.

Полевые транзисторы (ПТ), благодаря ряду уникальных параметров, в том числе высокому входному сопротивлению, находят широкое применение в блоках питания ПК, мониторов, видеомагнитофонов и другой радиоэлектронной аппаратуры. В качестве электронного ключа импульсных преобразователей напряжения питания компонентов материнских плат всегда используется пара полевых n-канальных МОП-транзисторов (MOSFET-транзисторов).

Обозначение этого типа транзисторов показано на рис. 1 (для сокращения числа внешних компонентов в транзистор может быть встроен мощный высокочастотный демпферный диод). MOSFET - это аббревиатура от английского словосочетания Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor (Металл- Оксидные Полупроводниковые Полевые Транзисторы). Данный класс транзисторов отличается, прежде всего, минимальной мощностью управления при значительной выходной мощности (сотни ватт). В открытом состоянии ПТ имеют чрезвычайно малые значения сопротивления (десятые доли Ома при выходном токе в десятки ампер), а следовательно, минимальную мощность, выделяющуюся на транзисторе в виде тепла.

Рис. 1. Обозначение MOSFET транзисторов (G - затвор, D - сток, S - исток): а - обозначение N-канального транзистора; б - обозначение Р-канального транзистора.

К неоспоримым преимуществам MOSFET транзисторов перед биполярными можно отнести следующие:

- минимальная мощность управления и большой коэффициент усиления по току обеспечивает простоту схем управления (есть даже разновидность MOSFET, управляемых логическими уровнями);

- большая скорость переключения (при этом минимальны задержки выключения, обеспечивается широкая область безопасной работы);

- возможность простого параллельного включения транзисторов для увеличения выходной мощности;

- устойчивость транзисторов к большим импульсам напряжения (dv/dt).

Поэтому данные приборы находят широкое применение и в устройствах управления мощной нагрузкой, импульсных источниках питания (до 1000 В).

MOSFETс N-каналом наиболее популярны для коммутации силовых цепей. Напряжение управления или напряжение, приложенное между затвором и истоком для включения MOSFET, должно превышать порог UT 4В, фактически необходимо 10-12В для надежного включения MOSFET. Снижение напряжения управления до нижнего порога UT приведет к выключению MOSFET. Силовые MOSFET выпускают различные производители:

- HEXFET (фирма NATIONAL);

- VMOS (фирма PHILLIPS);

- SIPMOS (фирма SIEMENS).

При ремонте аппаратов, в которых применены полевые транзисторы, у ремонтников очень часто возникает задача проверки целостности и работоспособности этих транзисторов. Чаще всего приходится иметь дело с вышедшими из строя мощными полевыми транзисторами импульсных блоков питания.

1. Основные характеристики N-канального полевого транзистора. Различных параметров важных, и не очень, у полевых транзисторов достаточно много. Но мы с прикладной точки зрения ограничимся рассмотрением практически необходимых нам параметров:

- Vds - Drain to Source Voltage - максимальное напряжение сток-исток;

- Vgs - Gate to Source Voltage - максимальное напряжение затвор-исток;

- Id - Drain Current - максимальный ток стока;

- Vgs(th) - Gate to Source Threshold Voltage - пороговое напряжение затвор-исток при котором начинает открываться переход сток-исток;

- Rds(on) - Drain to Source On Resistance - сопротивление перехода сток-исток в открытом состоянии;

- Q(tot) - Total Gate Charge – полныйзарядзатвора.

Параметр Rds(on) может указываться при разных напряжениях затвор-исток, как правило это 10 и 4.5 вольта, это важная особенность которую нужно обязательно учитывать.

Максимальное напряжение "сток-исток", Vds - максимальное мгновенное рабочее напряжение. Продолжительный ток стока, Id - максимальный ток, который может проводить MOSFET, обусловленный температурой перехода. Максимальный импульсный ток стока, Idm - больше, чем Id и определен для импульса заданной длительности и рабочего цикла. Максимальное напряжение "затвор-исток", Vgs - максимальное напряжение, которое может быть приложено между затвором и истоком без повреждения изоляции затвора. Кроме того, имеют место: пороговое напряжение затвора, Vt {Vth, Vgs}; Vt - минимальное напряжение затвора, при котором транзистор включается.

2. Проверка ПТ обычным омметром. При проверке ПТ чаще всего пользуются обычным стрелочным омметром (предел х100). Для прозвонки подойдет обычный стрелочный омметр (но, цифровым прибором в режиме контроля р-n-переходов это делать более удобно). При проверке сопротивления между истоком и стоком надо обязательно не забыть снять заряд с затвора после предыдущих измерений (кратковременно замкните его с истоком), а то можно получить неповторяющийся результат.

У исправного полевого транзистора между всеми его выводами должно быть бесконечное сопротивление. Причем бесконечное сопротивление прибор должен показывать независимо от прикладываемого тестового напряжения.

Но имеются некоторые исключения. Если при проверке приложить положительный щуп тестового прибора к затвору (G) транзистора n-типа, а отрицательный - к истоку (S), зарядится емкость затвора и транзистор откроется. При замере сопротивления между стоком (D) и истоком (S) прибор покажет некоторое значение сопротивления, которое зависит от ряда факторов. Неопытные ремонтники могут принять такое поведение транзистора за его неисправность. Поэтому перед «прозвонкой» канала «сток-исток» замкните накоротко все ножки транзистора, чтобы разрядить емкость затвора. После этого сопротивление сток-исток должно стать бесконечным. В противном случае транзистор признается неисправным.

Как уже было упомянуто выше, в современных мощных полевых транзисторах между стоком и истоком имеется встроенный диод поэтому канал «сток-исток» при проверке ведет себя как обычный диод. Для того чтобы избежать досадных ошибок при контроле, необходимо помнить о наличии такого диода и не принимать это за неисправность транзистора. А убедиться в наличии такого диода достаточно просто - нужно поменять местами щупы тестера, и он должен показать бесконечное сопротивление между стоком и истоком. Если этого не произошло, то, скорее всего, транзистор пробит. В остальном проверка транзистора не отличается от приведенной выше. Таким образом, имея под рукой обычный омметр, можно легко и быстро проверить и мощный полевой транзистор.

3. Процесс проверки полевого транзистора цифровым мультиметром

Более удобно это делать цифровым мультиметром в режиме тестирования P-N переходов (предел, отмеченный значком ). Показываемое мультиметром значение сопротивления на этом пределе численно равно напряжению на P-N переходе в милливольтах.

Рассмотрим проверку на примере транзистора 20N03 (рис. 2). Система маркировки полевого транзистора 20N03 означает, что он рассчитан на напряжение (Vds) ~30V и ток (Id) ~20A. Буква N означает, что это N-канальный транзистор. Но из любого правила есть исключения, так, например, фирма Infineon указывает в маркировке Rds, а не максимальный ток.

У исправного полевого транзистора между всеми его выводами должно быть бесконечное сопротивление. Причем бесконечное сопротивление прибор должен показывать независимо от полярности прикладываемого напряжения (щупов). В современных мощных полевых транзисторах между стоком и истоком имеется встроенный диод поэтому канал «сток-исток» при проверке ведет себя как обычный диод.

Рис. 2.

Черным (отрицательным) щупом прикасаемся к подложке - D (СТОКУ), красным (положительным) - к выводу S (ИСТОКА). Мультиметр показывает прямое падение напряжения на внутреннем диоде (500 - 800 мВ). В обратном смещении мультиметр должен показывать бесконечно большое сопротивление, транзистор закрыт.

Далее, не снимая черного щупа, касаемся красным щупом вывода G (ЗАТВОРА) и опять возвращаем его на вывод S (ИСТОКА). Мультиметр показывает близкое к нулю значение, причём при любой полярности приложенного напряжения - полевой транзистор открылся прикосновением (на некоторых цифровых мультиметрах возможно значение будет не 0, а 150...170 мВ).

Если теперь черным щупом коснуться вывода G (ЗАТВОРА), не отпуская красного щупа, и вернуть его на вывод подложки - D (СТОКА), то полевой транзистор закроется и мультиметр снова будет показывать падение напряжения на диоде. Это верно для большинства N-канальных полевых транзисторов в корпусе DPAK и D²PAK, применяемых на материнских платах и видеокартах. Если транзистор выполнил всё правильно, как указано выше то он исправен.

Для проверки P-канальных полевых транзисторов нужно поменять полярность напряжений открытия-закрытия (для этого просто меняем щупы мультиметра местами).