Испытатель маломощных транзисторов

С помощью описываемого здесь прибора можно измерить обратный ток коллекторного перехода IКБ0 и статический коэффициент передачи тока h2)9 маломощных транзисторов структур р-п-р и п-р-п.

Конструктивно испытатель транзисторов выполнен в виде приставки к аво-метру, так же как транзисторные вольтметры постоянного и переменного токов. Для соединения с микроамперметром авометра приставка снабжена штепсельной колодкой, которую при измерениях вставляют в гнезда «100 мкА» на передней панели авометра. При этом переключатель вида измерений авометра должен находиться в положении «V».

Питается прибор стабилизированным напряжением 9 В от нерегулируемого источника блока питания.

Прежде чем перейти к описанию принципиальной схемы испытателя, несколько слов о положенном в его основу принципе. Подавляющее большинство описанных в радиолюбительской, литературе простых испытателей транзисторов рассчитано на измерение, статического коэффициента передачи тока hjis при фиксированном токе базы (обычно—100 мкА). Это облегчает измерения [шкалу прибора в цепи коллектора проверяемого транзистора можно отградуировать непосредственно в значениях hi20 = lHRB/UcB, где Ugb — напряжение батареи (см. рис. 20,6)], однако такие испытатели имеют существенный недостаток. Дело в том, что коэффициент передачи тока h2is в значительной мере зависит от режима работы транзистора и в первую очередь от тока эмиттера 1э. Вот почему в справочниках всегда приводятся не только значения коэффициента передачи тока h2iв, но и условия, в которых он измерен (ток Iв и напряжение между коллектором и эмиттером Ukb).

Статический коэффициент передачи тока h2is маломощных транзисторов обычно измеряют при токе Ь=0,5 мА (низкочастотные маломощные транзисторы) , 1 мА (остальные низкочастотные) или 10 мА (транзисторы, предназначенные для работы в импульсном режиме). Напряжение 1Лкэ при измерении этого параметра обычно близко к 5 В. Поскольку коэффициент h2ia мало зависит от Uks, у транзисторов малой мощности (кроме высокочастотных) его можно измерять при одном и том же значении Uks.

В испытателях, измеряющих статический коэффициент передачи тока при фиксированном токе базы, коллекторные (а следовательно, и эмиттерные) токи проверяемых транзисторов даже одного типа практически всегда разные. А это значит, что сопоставить результаты измерений со справочными данными (при определенном токе эмиттера) просто невозможно.

Приборы, в которых возможна установка любого заданного тока коллектора (или эмиттера), позволяют получить сопоставимые значения параметра h2iв, однако такие испытатели неудобны в работе, так как требуют при каждом измерении устанавливать ток коллектора заново.

Этих недостатков нет у испытателя транзисторов, входящего в лабораторию. Он рассчитан на измерение статического коэффициента передачи тока h2is при нескольких фиксированных значениях стабилизированного тока эмиттера. Это позволяет оценить усилительные свойства транзистора в режиме, близком к рабочему, т. е. при токе, текущем через транзистор в устройстве, для которого он предназначен.

Упрощенная схема измерителя статического коэффициента передачи тока h2)g при стабилизированном (фиксированном) токе эмиттера изображена на рис. 44. Проверяемый транзистор VT вместе с элементами испытателя образует стабилизатор тока. Напряжение на базе транзистора стабилизировано стабилитроном VD, поэтому в его эмиттерной (коллекторной) цепи течет ток, практически не зависящий от изменения напряжения источника питания GB. Этот ток можно рассчитать по формуле 1b=(\Jvd—Use)/R2, где 1э — эмиттерный ток (в амперах), Uvd — напряжение на стабилитроне (в вольтах), Use — падение напряжения на эмиттерном переходе транзистора (также в вольтах), R2 — сопротивление (в омах) резистора в эмиттерной цепи транзистора. Для получения разных токов через транзистор, в его эмиттерную цепь достаточно ввести переключатель с набором постоянных резисторов, сопротивления которых рассчитаны по приведенной формуле. Поскольку при фиксированном значении тока эмиттера ток базы обратно пропорционален статическому коэффициенту передачи тока h2is (чем он больше, тем меньше ток базы, и наоборот), шкалу прибора РА в цепи базы проверяемого транзистора можно отградуировать в значениях h2i8.

Радиолюбителю приходится иметь дело как с германиевыми, так и с кремниевыми транзисторами. У первых напряжение Uaii=0,2...0,3 В, у вторых Шб=0,6...0,7 В. Чтобы не усложнять прибор, при расчете сопротивлений резисторов, задающих эмиттерные токи, можно взять среднее значение падения напряжения на эмиттерном переходе, равное 0,4 В. В этом случае отклонение тока эмиттера при испытании любых маломощных транзисторов (и выбранном напряжении на стабилитроне Uvd = 4,7 В) не превышает ±10% от номинального, что вполне допустимо.

Принципиальная схема испытателя транзисторов изображена на рис. 45. Он предназначен для измерения обратного тока коллектора Iki;o до 100 мкА и статического коэффициента передачи тока h2ia от 10 до 100 при токе эмиттера la = 1 мА и от 20 до 200 при токах эмиттера, равных 2; 5 и 10 мА. Ориентировочно можно измерить и большие значения параметра h2iв. Если, например, считать минимальный измеряемый ток базы равным 2 мкА, что соответствует одному делению шкалы микроамперметра М24, то при эмиттерном токе 1 мА можно регистрировать значения коэффициента h2is до 500, при токах 2, 5 и 10 мА — до 1000. Следует учесть, что погрешность измерений таких значений h2ia может достигать десятков процентов.

Проверяемый транзистор VT подключают к гнездам розетки XS1. Эмиттер-ный ток, при котором необходимо измерить коэффициент h2is, выбирают переключателем SA3, включающим (секцией SA3.2) в эмиттерную цепь транзистора 

один из резисторов R5 — R8. Для получения указанных пределов измерений коэффициента h2ia (20...200) при токах эмиттера, равных б и 10 мА, в третьем и четвертом положениях переключателя SA3 параллельно микроамперметру РА1 авометра подключаются соответственно резисторы R3 и R2, в результате чего ток полного отклонения его стрелки возрастает в первом случае до 250, а во втором — до 500 мкА.

Из режима измерения коэффициента Ьцэ в режим контроля обратного тока коллектора 1кбо испытатель переводят переключателем SA2. Первый из этих параметров измеряют при напряжении на коллекторе (относительно эмиттера) около 4,7 В, второй — при таком же напряжении, снимаемом со стабилитрона VD1.

Переключателем SA1 изменяют полярность включения источника питания, микроамперметра РА1 и стабилитрона VD1 при испытании транзисторов разной структуры (p-n-р или п-р-п). Резистор R4, вводимый в цепь коллекторного перехода при измерении 1кво, ограничивает ток через микроамперметр в случае, если переход оказывается пробитым. Ток 1кво и коэффициент h2is измеряют при нажатой кнопке SB1.

Конструкция и детали. Внешний вид испытателя транзисторов вместе с аво-метром показан на рис. 46, разметка его лицевой панели — на рис. 47, разметка монтажной платы и схема соединений деталей приставки — на рис. 48.

Как и в транзисторных вольтметрах, несущим элементом конструкции является корпус приставки, изготовленный из листового алюминиевого сплава АМц-П толщиной 1 мм. На лицевой панели (верхней стенке) закреплены кнопка SB1, плата с зажимами для подключения выводов транзисторов и четыре латунные стойки диаметром 4 и длиной 19 мм с резьбовыми отверстиями М2 (глубиной 6 мм) для винтов крепления монтажной платы, на боковой стенке — штепсельная колодка для соединения приставки с микроамперметром авометра.

П-образная крышка (материал тот же, что и корпуса) с пластмассовой пластиной толщиной 3...4 мм прикреплена к корпусу винтами М2х8 с потайными головками. Винты ввинчены в гайки М2, приклеенные к полочкам корпуса с внутренней стороны.

Переключатели SA1 — SA3 — движковые от транзисторного радиоприемника «Сокол». Два из них (SA1 и SA2) использованы без переделки, третий (SA3) переделан в двухполюсный на четыре положения. Для этого удалены крайние неподвижные контакты (по одному в каждом ряду), а подвижные переставлены таким образом, чтобы обеспечивалась схема коммутации, изображенная на рис. 49.

Выводы контактов переключателей вставлены в отверстия 0 2,6 мм платы с обратной стороны (по рис. 48, а) и удерживаются на ней припаянными к ним соединительными проводами (МГШВ сечением 0,14 мм2) и выводами резисторов R1—R8 (MJIT) и стабилитрона VD1. Резисторы R5 — R8 изображены за контуром платы условно, на самом деле они расположены между выводами переключателей SA3 и SA2.

Конструкция гнездовой колодки XS1 для подсоединения выводов транзисторов к испытателю показана на рис. 50. Ее корпус состоит из деталей 1 и 3, изготовленных из листового органического стекла и склеенных дихлорэтаном. Контакты 2 изготовлены из листовой бронзы (можно использовать твердую латунь) толщиной 0,3 мм. Чтобы к испытателю можно было подключать транзисторы различной конструкции и с разным расположением выводов, число контактов выбрано равным пяти, а расстояние между ними — 2,5 мм. К корпусу приставки колодка прикреплена двумя винтами М2Хб с потайными головками. Такими же винтами на боковой стенке корпуса закреплена штепсельная колодка, служащая для соединения приставки с микроамперметром авометра.

Устройство самодельной кнопки SB1 показано на рис. 51. Ее корпус состоит из деталей 2 и 5, выпиленных из органического стекла и склеенных дихлорэтаном. Контакты 1 и 3 закреплены на детали 2 заклепками 6. Сама кнопка 4 соединена с подвижным контактом 3 винтом МЗХ5. Для крепления кнопки к корпусу приставки в торцах деталей 2 и 5 предусмотрены резьбовые отверстия под винты М2. Контакты 1 и 3 изготовлены из того же материала, что и пружинящие контакты гнездовой колодки для подключения транзисторов, кнопка 4 — из полистирола (можно использовать органическое стекло, текстолит и т. д.).

Как и в ранее описанных приборах-приставках, для соединения с блоком питания лаборатории использован двухпроводный шнур, оканчивающийся штепселями диаметром 3 мм.

Все надписи выполнены на листе плотной бумаги и защищены от повреждений прозрачной накладкой из органического стекла толщиной 2 мм. Для крепления к корпусу использованы один из винтов крепления колодки для подключения транзисторов и три винта М2х5, ввинченные в резьбовые отверстия накладки.

Налаживание правильно смонтированного испытателя транзисторов сводится в основном к подбору резисторов R3 и R2. Первый подбирают таким образом, чтобы при подключении его к микроамперметру авометра верхний предел измерений повышался до 250 мкА, а второй — таким образом, чтобы он увеличивался до 500 мкА. Практически это удобно делать, собрав электрическую цепь (рис. 52) из микроамперметра авометра РА1, образцового микроамперметра РА2 с пределом измерения 300...500 мкА, батареи GB напряжением 4,5 В (3336Л или три любых гальванических элемента, соединенных последовательно), резистора-шунта R1, токоограничительного резистора R2 и выключателя SA. Установив движки резисторов R1 и R2 в крайнее левое (по схеме) положение (т. е. в положение, соответствующее их максимальному сопротивлению), замыкают электрическую цепь выключателем SA. Затем, попеременно уменьшая сопротивление обоих резисторов, добиваются того, чтобы при токе 250 мкА, отсчитанном по образцовому микроамперметру РА2, стрелка микроамперметра авометра PAl установилась точно на последнюю отметку шкалы. После этого цепь разрывают и отключают приставку от авометра. Переключив последний в режим омметра, измеряют сопротивление введенной части переменного резистора R1 и подбирают постоянный резистор (R3) точно такого же сопротивления (при необходимости его можно составить из двух параллельно или последовательно соединенных резисторов).

Аналогично, но по току в измерительной цепи, равному 500 мкА, подбирают резистор R2. Подобранные резисторы R3 и R2 устанавливают на плату.

Шкалу для измерения статического коэффициента передачи тока h2i9 (или таблицу, если нет желания или возможности разбирать микроамперметр аво-метра) рассчитывают по формуле h2ia = Iэ/1б (здесь 1э — ток эмиттера, соответствующий выбранному режиму измерений; 1б — выраженный в этих же единицах ток базы, отсчитанный по шкале микроамперметра, оба тока в милли- или микроамперах). Значения коэффициента h2i3, соответствующие разным токам базы и эмиттера, приведены в табл. 1.

Проверку транзистора начинают с измерения тока коллекторного перехода 1ябо. Для этого переключатель SA1 устанавливают в положение, соответствующее структуре испытываемого транзистора, SA2 — в положение «1кво» и нажимают на кнопку SB1 («Изм.»). Убедившись в исправнвсти перехода (у германиевых маломощных транзисторов ток 1кбо может достигать нескольких микроампер, у кремниевых он ничтожно мал), переключатель SA2 переводят в положение «h2is», переключателем SA3 устанавливают ток эмиттера, при котором необходимо определить коэффициент h21e, и, нажав на кнопку SB1, отсчитывают значение h2is по шкале микроамперметра (или переводят измеренный ток базы в значение коэффициента, пользуясь таблицей).

Если в авометре использован микроамперметр с параметрами, отличающимися от приведенных в описании авометра, сопротивление резисторов R2 и R3 придется рассчитать и подобрать применительно к имеющемуся прибору.