Как проверить транзистор прямо в схеме, не выпаивая его (схемы простых пробников)

Как проверить транзистор прямо в схеме, не выпаивая его (схемы простых пробников)

Каждый радиолюбитель знает, как порой бывает трудно отыскать в электронной аппаратуре неисправный транзистор, особенно когда нет измерительных приборов. Из схемы приходится выпаивать чуть ли не все транзисторы, пока не отыщется тот самый «виновник» поломки. А как удобно проверить транзистор прямо в схеме, не выпаивая его.

Вот тут-то и незаменим наш прибор. Он позволяет легко и быстро отыскивать неисправные транзисторы, не выпаивая их из схемы. Индикаторами служат лампы от карманного фонаря.

Пробник представляет собой блокинг-генератор, в котором испытуемый транзистор Т1 (рис. 1) является активным элементом. Если он исправен, блокинг-генератор вырабатывает импульсы, поступающие на тиристор Д1. В его анодную цепь включена лампа Л1. Управляющий импульс подается на тиристор Д1 в момент перехода испытуемого транзистора от открытого состояния к закрытому. Тогда, если у него пробит коллекторно-эмиттерный переход, не будет ложных включений Д1.

Рис. 1. Принципиальная схема пробника для проверки транзисторов: R1 20 кОм, С1 20 мкФ, Д2 Д7А — Ж.

Рис. 2. Принципиальная схема пробника для проверки пар транзисторов с гальванической связью: R1 5,1 кОм, R3 30 кОм, С1,С2 20 мкФ, Д2 Д7А — Ж.

Рис. 3. Принципиальная схема универсального пробника для проверки транзисторов: R1 20 кОм, R2 5,1 кОм, R3 30 кОм, С1 20 мкФ, Д2 Д7А — Ж.

Возможность проверять одновременно два транзистора, связанных между собой гальванически (рис. 2), расширяет область применения пробника. В этом случав для получения генераторного режима вводят положительную обратную связь через дополнительный конденсатор С2.
На рисунке 3 представлена универсальная схема, объединяющая в себе обе функции. На крышке корпуса прибора устанавливают две лампы, выключатель питания, гнезда для подключения щупов, переключатель типа проводимости транзисторов (п-р-п или р-п-р). Трансформатор Тр1 намотан на сердечнике 1116,4 X 6 мм (от карманного радиоприемника). Обмотка I содержит 400, а обмотки II и III — по 200 витков провода ПЭВ-2 0,12. Индикаторные лампы Л1, Л2 К6-60 (КМ-1) или МНЗ,5-0,14, В1 — галетный переключатель ПГГЗП4Н, В2 — тумблер ТП1-2, Д1 — тиристор Д235А или КУ201, конденсаторы — К50-6, резисторы — МЛТ-0,5. Питается пробник от батареи 3336Л (КБС-Л-0,5).

К прибору подключают заведомо исправный транзистор и проверяют, есть ли генерация. Для этого к одной из обмоток трансформатора Тр1 подсоединяют осциллограф или телефон. Если генерации нет, выводы обмоток II или III необходимо поменять местами.

Лампа Л1 должна загораться при размыкании щупов «К» и «Э». Если же она загорается при замыкании этих щупов, нужно поменять местами выводы одной из обмоток трансформатора Тр1.
Чем меньше сопротивление резисторов R1 и R2, тем больший ток потребляет прибор от источника питания и тем мощнее транзисторы можно проверять.

При работе с прибором к выводам испытуемого транзистора подключают щупы «Э», «К» и «Б». Переключатель В1 устанавливают в положение «п-р-п» или «р-п-р» и включают питание. Когда горит лампа Л1, испытуемый транзистор годен. Если же загорается лампа Л2, необходимо убедиться, не включен ли испытуемый транзистор по схеме с гальванической связью (см. рис. 2), если нет, значит пробит его коллекторно-эмиттерный переход. В противном случае нужно еще подключить и щупы «КБ» и «Б2». Теперь горящая лампа Л1 указывает, что оба транзистора годные. Но если она не горит, то один из транзисторов надо выпаять и проверить каждый отдельно.

2.3 Проверка полупроводниковых приборов

Отказы сварочного оборудования нередко происходят из-за выхода из строя полупровод­никовых приборов, исправность которых опре­деляют при технологических переходах. Про­верку полупроводниковых приборов осуществ­ляют с помощью мультиметров, называемых ранее тестерами, микро- и миллиамперметров, омметров и других устройств.

В большинстве случаев наладки аппаратуры применяют способ оценки неисправности полупроводниковых приборов по принципу «годен — негоден».

Диоды проверяют с помощью пробника, подключаемого при прямой (рис. 2, а) и обратной (рис. 2, б) полярностях. Об исправ­ности диода судят по изменению показаний прибора. Такой проверкой обнаруживают как обрыв, так и электрический пробой в диоде. При обрывах заменяют все диоды, а при пробо­ях только германиевые и кремниевые, так как селеновые диоды способны к самовосстановле­нию Дело в том, что при пробое электрическая искра оплавляет селен и пробитое место в диоде заполняет аморфный селен, не проводящий ток. Поэтому после устранения причин пробоя селеновый диод продолжает работать.

Транзисторы проверяют по принципу «годен — негоден» путем измерений величин со­противлений постоянному току их коллектор­ных и эмиттерных переходов в прямых и обратных направлениях. Сопротивление эмиттерного перехода измеряют между выводами эмиттера и базы, а коллекторного — между выводами базы и коллектора омметром с напряжением питания не более 1,5 В.

Схемы измерений сопротивлений транзисто­ров в прямых направлениях для р-n-р и n-р-n типов приведены на рис. 2, в; в об­ратном — на рис. 2, г. Прямое сопротивление эмиттерного и коллекторного переходов у тран­зисторов малой мощности 50—100 Ом, средней и большой — 10 – 30 Ом. Наличие большого сопротивления прямого перехода свидетельствует об его обрыве. Обратное сопротивле­ние эмиттерного и коллекторного переходов у транзисторов малой мощности составляет не­сколько десятков кОм, а у транзисторов средней и большой мощности — более 1 кОм. Малые значения обратного сопротивления — признак пробоя перехода.

Усилительные свойства транзисторов харак­теризует статический коэффициент передачи тока базы — параметр h_21Э. Большая буква Э в обозначе­нии указывает, что при измерении этого пара­метра транзистор включают по схеме с общим эмиттером. Практически считают, что параметр h_21Э равен частному от деления силы тока коллектора I_КО на силу тока базы I_Б, т. е.

Наиболее просто можно получить прибли­женную оценку статического коэффициента усиления по току, используя схему на рис. 2, д, по выражению

где R_КЭ1 , R_КЭ2 — значения сопротивления перехо­да коллектор — эмиттер при сопротивлениях в цепи база — коллектор соответственно R1 и R2.

Тиристоры в цеховых условиях прове­ряют простым устройством со световой индика­цией (рис. 2, е). Устройство состоит из батарейки для карманного фонарика GB (4,5 В), кнопки SВ и сигнальной лампочки НL. Тиристор VS для проверки включают, как по­казано на рис. 2, е. Если лампочка НL не загорается, значит тиристор VS не пробит. При кратковременном нажатии кнопки SВ на управляющий электрод УЭ тиристора VS по­дается напряжение и лампочка загорается. Следовательно, тиристор работоспособен и об­рывов нет.

Рис. 2. Система проверок работоспособности полупро­водниковых приборов: а, б — диодов; в, г, д — транзисторов; е — тиристоров

Интегральные микросхемы (ИС) широко применяют в сварочном оборудовании. Например, промышленность выпускает свароч­ные выпрямители с двумя системами фазо­вого управления: транзисторной, каналы уп­равления которой выполнены с использованием стандартных логических элементов «Логика» Т-404 (выпрямители типов ВДУ-504, ВДГ-601, ВДУ-1201), и новой системой управления с применением ИС серии К511 (выпрямители типов ВДУ-505, ВДУ-506, ВДУ-601). Кроме того, в настоящее время узлы управления сварочными циклами также строят на базе логических схем, запоминающих устройств, схем временных задержек, усилителей мощнос­ти и согласующих элементов. Блоки управ­ления сварочными полуавтоматами БУСП-1 выполнены на интегральных операционных усилителях серии К511ЛИ1.

ИС представляет собой миниатюрный элект­ронный блок, содержащий в общем герметич­ном корпусе транзисторы, диоды, резисторы и другие элементы, число которых может дости­гать нескольких десятков тысяч. По своему функциональному назначению ИС делят на две основные группы: аналоговые и логические. Аналоговые ИС применяют для усиления, гене­рирования и преобразования электрических колебаний разных частот, а логические — дли использования в устройствах автоматики и ЭВМ.

Поиск дефектов в логических элементах на первых порах вызывает определенные трудности, так как выпускаемую до сих пор аппаратуру выполняли на релейных элементах. Поэто­му дли облегчения понимания аппаратуры на логических элементах рассмотрим принцип их работы, проводя аналогию с релейными.

Конечно, транзистор не является таким идеальным переключателем, как реле, у кото­рого сопротивление контактов в разомкнутом состоянии бесконечно большое, а в замкну­том — равно нулю. У транзистора сущест­вуют два предельных состояния: насыщение и отсечка. В состоянии насыщения транзистор полностью открыт и его сопротивление колеб­лется (в зависимости от типа) от долей до единиц Ом. В состоянии отсечки транзистор полностью закрыт и его сопротивление нахо­дится в пределах 10 4 —2·10 6 Ом.

Состояние транзистора зависит от тока (напряжения) в цепи база — эмиттер. Если в транзисторе типа р-n-р (большинство транзисторов в серии «Логика» этого типа) база положительна по отношению к эмиттеру, то он находится в состоянии отсечки. Если база отрицательна по отношению к эмиттеру и через нее протекает достаточно большой ток, то транзистор находится в состоянии насыще­ния. Для транзисторов, участвующих в выпол­нении логических операций, режимы работы обычно выбирают так, что они находятся либо в режиме отсечки, либо в состоянии насыще­ния. Промежуточное состояние (между отсеч­кой и насыщением) называют активной зоной транзистора.

Схема, обеспечивающая пребывание тран­зистора в режиме отсечки или в состоянии насыщения, приведена на рис. 4, а. Такая схема имеет два источника питания, один из которых положителен по отношению к общей нулевой точке (+U_СМ называют напряжением смеще­ния, и оно служит для обеспечения режима отсечки транзистора), а второй—отрицателен (-U_П называют напряжением питания, оно служит для обеспечения состояния насыще­нии транзистора и включения различных исполнительных элементов). Входной сигнал подают между выводом «Вход» и нулевой шиной. Выходной сигнал снимают между выводом «Выход» и нулевой шиной.

Рис. 4. Схемы включения транзистора в логических элементах:

а – схема транзисторного ключа; б—каскадное соединение транзистор­ных ключей; в — характеристика вход — выход схемы транзисторного ключа

Рассмотрим работу такой схемы (рис. 4, б), представляющей собой каскадное соединение двух схем, показанных на рис. 4, а. Если транзистор V1 закрыт, то ток от выхода -UП через резистор R1 ответвляется в резистор связи R_СВ2 на переход база — эмиттер транзистора V2 и нулевую шину. При этом ток базы транзистора V2 должен быть таким, чтобы обеспечить его насыщение. Если транзистор V1 открыт, то почти весь ток, проходящий через резистор R1, ответвляется через переход коллектор — эмиттер транзистора V1. Посколь­ку переход коллектор — эмиттер V1 имеет ос­таточное сопротивление, то ко входу второго каскада прикладывают небольшое напряжение, называемое сигналом помехи. Для предотвра­щения перехода транзистора V2 в активный режим служит резистор смещения R_СМ2 и ре­зистор связи R_СВ2.

Оптимальный выбор сопротивлений резис­торов R_СВ2 и R_СМ2 обеспечивает положитель­ное смещение базы транзистора V2 в режиме отсечки и максимальный базовый ток в состоя­нии насыщения. Правильно рассчитанные схе­мы обеспечивают оба режима работы при на­ихудших сочетаниях параметров компонентов интегральной схемы и предельных воздействиях температуры.

На рис. 4, в показана характеристика вход — выход схемы, изображенной на рис. 4, б, из которой видно, что напряжение U1 являет­ся максимально допустимым, когда транзистор выходит из состояния отсечки. Это напря­жение называют сигналом нуля («0»), Сигнал небольшого напряжения (не более 0,9 В) или, иначе говоря, сигнал низкого уровня (в соот­ветствии с двоичной системой счисления) обо­значают нулем («0»). Напряжение U2 — это максимально допустимое напряжение, при кото­ром транзистор V1 входит в состояние на­сыщения. Это напряжение, называемое сиг­налом высокого уровня (по сравнению с логи­ческим нулем), обозначают единицей («1»). Сигнал высокого уровня («1») должен быть по абсолютной величине не менее 4 В. Поляр­ность сигнала относительно нуля — отрицатель­ная.

Состояния «0» и «1» транзистора V1 можно определить прибором, если одни конец подсое­динить к нулевой шине, а второй — к выходу. Если, например, говорят: «На выходе элемента логическая «1», то это значит, что в данный мо­мент времени на выходе элемента появился сигнал высокого уровня, напряжение которого соответствует уровню логической «1». Таким образом строятся логические схемы И, ИЛИ, НЕ.

Схема И—логического умножения (совпа­дения). Сигнал высокого уровня («1») на выхо­де этой схемы появляется только тогда, когда сигналы высоких уровней («1») присутствуют на всех ее входах.

Схема ИЛИ — логического сложения имеет одни выход и не менее двух входов. Сигнал высокого уровня («1») на выходе схемы появляется, когда сигнал высокого уровня («1») присутствует хотя бы на одном, на нескольких или на всех ее входах.

Схема НЕ – логического отрицания (инверсия) имеет один вход и один выход. Сигнал низкого уровня («0») на выходе, когда сигнал высокого ирония («1») на входе и наоборот.

В настоящее время логические схемы ши­роко выпускают в интегральном исполнении и представляют собой комбинации И — НЕ и ИЛИ — НЕ.

Рассмотрим обнаружение неисправностей в тех элементах серии «Логика», которые нашли наибольшее применение в сварочной технике.

Определение исправности логических эле­ментов проводят в последовательности: внеш­ний осмотр, правильность монтажа, измерение сопротивления изоляции, измерение напряжения питания, проверка элементов на функцио­нирование и проверка внешних цепей.

О проверке полевых транзисторов импульсных цепей питания

При эксплуатации видеокарт с повышенной нагрузкой (например, при майнинге) иногда возникают ситуации, когда они выходят из строя. Частой причиной их поломки является неисправность элементов цепей питания. В случае, если какие-то транзисторы, конденсаторы или другие детали сгорели с образованием короткого замыкания, от пожара должен спасать блок питания, точнее его защита от КЗ (высокого тока).

Как правило, если у видеокарты имеется короткое замыкание по цепям, идущим от разъема дополнительного питания +12V, либо по напряжениям +3.3V/+12 со слота PCI-E, срабатывает защита блока питания и компьютер не включается. Если БП не имеет такой защиты, либо она не работает, то последствия могут быть очень печальными: появление возгораний, прогаров и других проблем, которые очень тяжело устранить.

В то же время, неисправность цепей питания видеокарт, не сопровождающаяся прогарами, достаточно легко устраняется даже специалистами среднего уровня подготовки.

В данной статье рассматривается последовательность действий по проверке исправности полевых транзисторов фаз питания видеокарт, которые приводят к срабатыванию защиты блока питания компьютера.

Выявление причин неисправности видеокарты, которая не дает компьютеру включиться

При установке видеокарты с коротким замыканием по питанию в материнскую плату (либо в райзер), при включении компьютера блок питания уходит в защиту.

Для уточнения причин неисправности в первую очередь нужно проверить сопротивление на разъеме дополнительного питания +12 вольт и контактах +3.3 и +12 вольт на контактах PCI-E видеокарты.

Если сопротивление очень мало или равно нулю, то это свидетельствует о выходе из строя каких-то элементов в цепях питания видеокарты.

Для нахождения причин проблемы нужно произвести внимательный осмотр деталей на плате на предмет потемнений, повреждений, обуглений и других отклонений от нормы.

Частой причиной короткого замыкания является использование некачественных керамических конденсаторов в цепях питания. Они иногда выходят из строя с образованием участка с очень малым сопротивлением. Подробнее о таких проблемах можно прочитать в статье «Устранение типичной неисправности в цепи питания Sapphire Radeon RX400/500-й серий».

Если визуальный осмотр не дает никаких результатов, нужно приступать к проверке сопротивлений подозрительных электронных элементов в цепях питания видеокарты.

Наиболее частой причиной появления проблем, связанных с появлением коротких замыканий, являются пробои полевых транзисторов фаз питания. Точно проверить их исправность можно только выпаяв их с печатной платы, хотя у пробитого полевого транзистора выявить короткое замыкание можно и не снимая его с платы. Для оценки состояния полевых транзисторов используется измерение сопротивления, а также падение напряжения между выводами.

О роли полевых транзисторов в импульсных источниках питания

В современных видеокартах в качестве ключевых элементов импульсных фаз питания чаще всего используются n-канальные полевые транзисторы с изолированным затвором.

Полевые транзисторы являются электронными ключами, обеспечивающими работу фаз питания видеокарт (картинка с сайта techpowerup):

Это активные электронные компоненты с МОП-структурой (металл-окисел-полупроводник), в которых используется полевой эффект.

На английском языке их называют MOSFET-транзисторами (Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor):

MOSFET-транзисторы еще называют МДП-транзисторами (структура метал-диэлектрик-полупроводник), МОП-транзисторами (структура метал-окисел-полупроводник).

Упрощенная структура n-канального полевого транзистора:

N-канальные транзисторы имеют три вывода:

• G-gate (затвор) — служит для управления состоянием транзистором (аналог сетки электронных ламп или базы на биполярных транзисторах);
• D-drain (сток) — является входом управляемой электрической цепи (аналог коллектора биполярных транзисторов);
• S-source (исток) — выход управляемой электроцепи (аналог эмиттера у биполярных транзисторов).

Типовая электрическая схема N-канального полевого MOSFET-транзистора:

Как видно из схемы, между истоком и стоком n-канального полевого транзистора (иногда) включается диод. Это элемент, который должен защищать транзистор от всплесков обратного напряжения, вызванных переходными процессами на индуктивной нагрузке фаз питания при выключении транзистора. Он должен гасить на себе всплеск напряжения от катушки индуктивности в момент закрытия транзистора.

MOSFET-транзисторы выпускаются в четырех видах корпусов:

• для поверхностного монтажа — TO-263, TO-252, MO-187, SO-8, SOT-223, SOT-23, TSOP-6 и другие;
• с проволочными выводами — TO-262, TO-251, TO-274, TO-220, TO-247 и другие;
• DirectFET — DirectFET M4, DirectFET MA, DirectFET MD, DirectFET ME, DirectFET S1, DirectFET SH и другие;
• PQFN — PQFN 2×2, PQFN 3×3, PQFN 3.3×3.3, PQFN 5×4, PQFN 5×6 и другие.

Виды корпусов MOSFET-транзисторов:

Чтобы проверить полевые транзисторы, нужно знать хотя бы на базовом уровне их устройство, принцип работы, назначение выводов и какое сопротивление должно быть между ними в выключенном состоянии.

Как работают ключевые MOSFET-транзисторы в фазах питания импульсных цепей питания

N-канальные транзисторы обычно открываются путем подачи на затвор положительного потенциала.

Упрощенный пример подключения нагрузки через MOSFET-транзистор (Enhancement-типа):

В данной схеме для того, чтобы n-канальный MOSFET-транзистор заработал, к его стоку(drain) необходимо подать позитивное напряжение Vdd, а на затвор (gate) — минимальное напряжение Vg. После этого n-канал между стоком-истоком откроется, по нему потечет ток от стока (+Vdd) к истоку (минусовой вывод) — транзистор перейдет во включенное, открытое состояние.

Иллюстрация работы n-канала, образующегося при открытии MOSFET-транзистора:

Чтобы выключить MOSFET, нужно отключить напряжение Vdd или Vg.

Более подробно о работе импульсных фаз питания можно почитать в статье «Как работает VRM материнских плат».

Как омметром проверить полевой транзистор?

Исходя из логики работы рассмотренного полевого транзистора, в закрытом состоянии он не должен проводить ток между стоком-истоком, то есть его сопротивление должно быть очень велико.

В связи с тем, что между выводами сток-исток включен диод, сопротивление между этими выводами будет значительно отличаться при разной полярности щупов омметра. Если к истоку (source) подключить плюсовой вывод, а на сток (drain) — минус, то сопротивление будет очень маленьким — оно должно соответствовать внутреннему сопротивлению диода (здесь можно измерять падение напряжения на его переходе). При обратной полярности (на истоке — минус, ан стоке — плюс) сопротивление должно быть очень большим.

Сопротивление между затвором и стоком, а также затвором-истоком должно быть очень большим, так как затвор электрически изолирован от других выводов.

При подаче на затвор небольшого положительного потенциала (например, от плюсового вывода щупа мультиметра) транзистор должен открываться, а сопротивление между всеми выводами — падать практически до нуля (в связи с этим поведение открытого полевого транзистора похоже на пробитый элемент с коротким замыканием). Закрыть транзистор после этого можно путем подачи отрицательного потенциала на затвор.

Для исключения влияния других электронных элементов, лучше всего транзисторы проверять в отпаянном от платы состоянии. Так как это не всегда удобно делать, то оценить состояние транзисторов приходится не снимая их с видеокарты (другого устройства).

Для этого мультиметром в режиме измерения сопротивления измеряется его начение между стоком (drain) — истоком (Source). Если щуп минуса находится на стоке, а плюс — на истоке, то транзистор, находящийся в закрытом состоянии должен показывать высокое сопротивление (что соответствует падению напряжения, равному сотням милливольт).

В качестве практического примера проверки полевых транзисторов VRM рассмотрим видеокарту Nvidia GeForce GTX950.

Практическая проверка полевых транзисторов на печатной плате видеокарты

На видеокарте Nvidia GeForce GTX950 (модель Strix от фирмы ASUS) используется 4 фазы питания GPU и 1 фаза для VRAM (аналогичная схемотехника используется и во некоторых других видеокартах Nvidia).

Четыре фазы питания GPU у видеокарты GeForce GTX950 собраны на транзисторах M3056M (две штуки, формирующие нижнее плечо фазы питания) и одного M3054M (верхняя фаза). Три фазы управляются ШИМ-контроллером uP9501P (справа вверху на изображении), еще одна — uP1959R:

Одна фаза питания памяти видеокарты Nvidia GeForce GTX950 состоит из двух полевых транзисторов M3056M и одного M3054M под управлением ШИМ-контроллера uP1541P:

Полевые транзисторы M3056M выпускаются в корпусе с восемью выводами типа QFN-8. Это N-канальные MOSFET-транзисторы со следующими параметрами:

• напряжение сток-исток, при котором наступает пробой (BVDSS) = 30V;
• сопротивление сток-исток открытого канала (RDSON) = 4.2 mΩ;
• максимальный продолжительный, непрерывный ток стока (Id) = 103A.

Полевые транзисторы M3054M имеют следующие параметры:

• напряжение сток-исток, при котором наступает пробой (BVDSS) = 30V;
• сопротивление сток-исток открытого канала (RDSON) = 4.8 mΩ;
• максимальный продолжительный, непрерывный ток стока (Id) = 97A.

Распиновка полевых транзисторов M3054M/M3056M:

Для проверки этих транзисторов нужно замерить сопротивление в обоих направлениях (падение напряжения) между выводами сток-исток (source-drain) — оно должно быть очень большим при включении плюсового щупа на исток (так как защитный диод между стоком-истоком включен в обратном направлении) и показывать сопротивление защитного диода при измерении сопротивления от source к истоку (плюс щупа подключается к source). Иногда защитный диод отсутствует, поэтому сопротивление в обеих направлениях большое.

Для уменьшения времени, затрачиваемого на проверку ключевых транзисторов фаз питания следует учитывать, что наиболее часто выходят из строя транзисторы, работающие в качестве верхнего ключа.

У видеокарты GeForce GTX950 при первоначальной диагностике было диагностировано аномально низкое сопротивление по линии +12 вольт из слота PCI-E (около 6 Ом)

Измерение сопротивления транзисторов фаз питания GPU показало пробой транзисторов M3054M (верхние плечи) двух фаз питания, расположенных ближе к разъему PCI-E (сопротивление около 6 Ом в обеих направлениях), а также одного транзистора M3056M нижнего плеча (сопротивление 0.5 Ом в обеих направлениях). Такие же исправные транзисторы двух верхних фаз на плате показывали сопротивление, близкое к бесконечности.

Неисправные транзисторы фаз питания, выявленные путем измерения сопротивления сток-исток на печатной плате видеокарты:

После выпаивания и замены неисправных транзисторов аномально низкое сопротивление по линии +12 вольт со слота PCI-E, приводящее к срабатыванию защиты в блоке питания ушло. Обычно при такой неисправности вылетает и ШИМ-контроллер, который рекомендуется заменить, даже если он чудом выжил.

Заключение

Чтобы избежать выхода из строя полевых транзисторов фаз питания, работающих в импульсном режиме, нужно обеспечить выполнение следующих условий:

• значения напряжений, возникающих на участках затвор-исток (Ugs), сток-исток (BVDSS), а также ток Id, проходящий через транзистор, не должны выходить за лимиты, предусмотренные в datasheet. При этом нужно учитывать импульсы, вызванные нелинейными процессами в источниках питания, в том числе те, которые гасятся варисторами/термисторами;
• при работе транзисторов должен быть обеспечен оптимальный температурный режим, не выходящий за рамки предусмотренных производителем ограничений. В связи с этим при майнинге не стоит жалеть вентиляторов видеокарт, которые по умолчанию настроены на работу с минимальным шумом. Для уменьшения температуры на видеокартах при майнинге и во время других интенсивных режимов нужно использовать сторонние утилиты, управляющие их системой охлаждения;

При поиске неисправностей в импульсных фазах питания стоит учитывать, что наиболее частой причиной выхода из строя MOSFET-транзистора является короткое замыкание (пробой) между истоком и стоком. При этом внутри транзистора очень сильно поднимается температура, расплавляется кристалл и металлические элементы, что может повредить близлежащие электронные элементы и прожечь печатную плату вместе с проводящими слоями.

Для уменьшения вероятности пробоя транзисторов следует обеспечивать запас по напряжению BVDSS у транзисторов фаз питания, в расчете на возможное повышение рабочего напряжения во время бросков тока/пиковых нагрузок. Это важно учитывать при ремонте и замене неисправных полевых транзисторов на аналоги. Кроме того, для обеспечения щадящего режима работы транзисторов фаз питания, в импульсных цепях питания должны быть установлены необходимые сглаживающие и блокировочные конденсаторы (в рабочем состоянии).

Вам также может понравиться

Работа схем активной коррекции фактора мощности в блоках питания

4 ноября, 2021

Транзисторы: принцип работы и​ чем они отличаются

Транзистор — повсеместный и важный компонент в современной микроэлектронике. Его назначение простое: он позволяет с помощью слабого сигнала управлять гораздо более сильным.

В частноти, его можно использовать как управляемую «заслонку»: отсутствием сигнала на «воротах» блокировать течение тока, подачей — разрешать. Иными словами: это кнопка, которая нажимается не пальцем, а подачей напряжения. В цифровой электронике такое применение наиболее распространено.

Транзисторы выпускаются в различных корпусах: один и тот же транзистор может внешне выглядеть совершенно по разному. В прототипировании чаще остальных встречаются корпусы:

Обозначение на схемах также варьируется в зависимости от типа транзистора и стандарта обозначений, который использовался при составлении. Но вне зависимости от вариации, его символ остаётся узнаваемым.

Биполярные транзисторы

Биполярные транзисторы (BJT, Bipolar Junction Transistors) имеют три контакта:

Основной характеристикой биполярного транзистора является показатель h_fe также известный, как gain. Он отражает во сколько раз больший ток по участку коллектор–эмиттер способен пропустить транзистор по отношению к току база–эмиттер.

Например, если h_fe = 100, и через базу проходит 0.1 мА, то транзистор пропустит через себя как максимум 10 мА. Если в этом случае на участке с большим током находится компонент, который потребляет, например 8 мА, ему будет предоставлено 8 мА, а у транзистора останется «запас». Если же имеется компонент, который потребляет 20 мА, ему будут предоставлены только максимальные 10 мА.

Также в документации к каждому транзистору указаны максимально допустимые напряжения и токи на контактах. Превышение этих величин ведёт к избыточному нагреву и сокращению службы, а сильное превышение может привести к разрушению.

NPN и PNP

Описанный выше транзистор — это так называемый NPN-транзистор. Называется он так из-за того, что состоит из трёх слоёв кремния, соединённых в порядке: Negative-Positive-Negative. Где negative — это сплав кремния, обладающий избытком отрицательных переносчиков заряда (n-doped), а positive — с избытком положительных (p-doped).

NPN более эффективны и распространены в промышленности.

PNP-транзисторы при обозначении отличаются направлением стрелки. Стрелка всегда указывает от P к N. PNP-транзисторы отличаются «перевёрнутым» поведением: ток не блокируется, когда база заземлена и блокируется, когда через неё идёт ток.

Полевые транзисторы

Полевые транзисторы (FET, Field Effect Transistor) имеют то же назначение, но отличаются внутренним устройством. Частным видом этих компонентов являются транзисторы MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor). Они позволяют оперировать гораздо большими мощностями при тех же размерах. А управление самой «заслонкой» осуществляется исключительно при помощи напряжения: ток через затвор, в отличие от биполярных транзисторов, не идёт.

Полевые транзисторы обладают тремя контактами:

N-Channel и P-Channel

По аналогии с биполярными транзисторами, полевые различаются полярностью. Выше был описан N-Channel транзистор. Они наиболее распространены.

P-Channel при обозначении отличается направлением стрелки и, опять же, обладает «перевёрнутым» поведением.

Подключение транзисторов для управления мощными компонентами

Типичной задачей микроконтроллера является включение и выключение определённого компонента схемы. Сам микроконтроллер обычно имеет скромные характеристики в отношении выдерживаемой мощности. Так Ардуино, при выдаваемых на контакт 5 В выдерживает ток в 40 мА. Мощные моторы или сверхъяркие светодиоды могут потреблять сотни миллиампер. При подключении таких нагрузок напрямую чип может быстро выйти из строя. Кроме того для работоспособности некоторых компонентов требуется напряжение большее, чем 5 В, а Ардуино с выходного контакта (digital output pin) больше 5 В не может выдать впринципе.

Зато, его с лёгкостью хватит для управления транзистором, который в свою очередь будет управлять большим током. Допустим, нам нужно подключить длинную светодиодную ленту, которая требует 12 В и при этом потребляет 100 мА:

Теперь при установке выхода в логическую единицу (high), поступающие на базу 5 В откроют транзистор и через ленту потечёт ток — она будет светиться. При установке выхода в логический ноль (low), база будет заземлена через микроконтроллер, а течение тока заблокированно.

Обратите внимание на токоограничивающий резистор R. Он необходим, чтобы при подаче управляющего напряжения не образовалось короткое замыкание по маршруту микроконтроллер — транзистор — земля. Главное — не превысить допустимый ток через контакт Ардуино в 40 мА, поэтому нужно использовать резистор номиналом не менее:

это связано с тем, что затвор в таких транзисторах управляется исключительно напряжением: ток на участке микроконтроллер — затвор — исток отсутствует. А благодаря своим высоким характеристикам схема с использованием MOSFET позволяет управлять очень мощными компонентами.