Практическая работа №6 Выполнение контроля работоспособности полупроводниковых приборов

1 Цель работы

Закрепить полученные знания о маркировке полупроводниковых приборов и о входном контроле полупроводниковых приборов.

2 Инструменты и материалы

2.1 Мультиметр.

2.2 Набор диодов и транзисторов.

3 Теоретические сведения

Отказы полупроводниковых приборов часто связаны с пробоем, когда прибор проводит ток в обратном направлении. В основе этого явления лежит пробой р-n перехода в монокристаллической структуре, составляющей основу прибора. Существует несколько разновидностей пробоя р-n перехода.

Тепловой пробой происходит в результате тепловой ионизации атомов полупроводника и местного перегрева структуры.

Лавинный пробой происходит в результате ударной ионизации атомов полупроводника неосновными носителями в области объемного заряда.

Зенеровский пробой происходит в результате перехода валентных электронов из валентной зоны в зону проводимости. При этом происходит разрушение кристаллической решетки в области объемного заряда электрическим полем.

Поверхностный пробой происходит в местах выхода р-n перехода на поверхность полупроводника. Он обусловлен увеличением напряженности поля объемного заряда в связи с искажением поля поверхностными зарядами, ухудшением свойств среды у поверхности полупроводника.

Практически действуют несколько видов пробоя одновременно.

Нарушение вентильных свойств приборов может также происходить при различных перенапряжениях, при перегрузках по току и вызванных ими тепловых перегрузках.

Кроме указанных причин, отказы полупроводниковых приборов могут быть обусловлены обрывами и перегоранием выводов, наружным пробоем между выводами, растрескиванием кристаллов и другими причинами.

Иногда выход из строя прибора можно определить по внешнему виду, если он обгорел, разрушился, обгорели провода. Но не всегда признаки выражены явно, поэтому нужно пользоваться приборами. Рассмотрим проверку некоторых полупроводниковых приборов и других элементов аппаратуры с помощью измерительных приборов.

Диоды

С помощью омметра можно измерить прямое и обратное сопротивления постоянному току. Чем меньше прямое сопротивление и больше обратное сопротивление, тем лучше диод. Прямое сопротивление должно быть не больше примерно 200 Ом, а обратное не меньше 500 кОм. Следует иметь в виду, что если прямое сопротивление около 0, а обратное — около ∞, то в первом случае имеется пробой, а во втором — обрыв выводов или нарушение структуры. Сопротивление диода переменному току меньше прямого сопротивления и зависит от положения рабочей точки.

Транзисторы

Как известно, транзистор состоит из двух переходов, каждый из которых обладает свойствами диода, поэтому проверить транзистор можно как диод. С помощью омметра можно проверить сопротивление между эмиттером и базой и коллектором и базой в прямом и обратном направлении.

Если транзистор исправен, то прямые сопротивления составляют величину порядка 30… 50 Ом, а обратные — 0, 5… 2 МОм.

Но недостаточно измерить только величины сопротивлений переходов, чтобы сделать вывод о работоспособности транзистора. Желательно измерить обратный ток коллектора, обратный ток эмиттера и ориентировочное значение коэффициента усиления по току. Есть специальные приборы для измерения этих параметров транзисторов, например, прибор ТЛ-4М.

Пригодность транзистора определяется сравнением полученных при измерении данных с данными, указанными в паспорте транзистора.

При измерениях параметров отдельного транзистора можно выявить обрывы электродов и замыкания в транзисторах, но это же можно сделать и при измерениях в схемах с транзисторами. При этом нужно иметь в виду, что применяемый измерительный прибор должен обладать достаточно большим внутренним сопротивлением.

При измерениях можно сделать следующие выводы.

При обрыве цепи базы напряжения базы и эмиттера отсутствуют, напряжение коллектора повышено.

При обрыве цепи эмиттера напряжение коллектора повышено, напряжение базы почти нормальное, напряжение на эмиттере приблизительно равно напряжению базы.

При обрыве цепи коллектора напряжения на всех электродах транзистора уменьшаются.

При обрыве базы внутри транзистора напряжение базы близко к нормальному, напряжение эмиттера уменьшается, а напряжение коллектора повышается.

При замыкании эмиттера и коллектора внутри транзистора напряжение базы изменяется незначительно, напряжение эмиттера возрастает, напряжение коллектора падает.

Нужно учитывать, что транзистор может работать в режиме насыщения. Этот режим бывает тогда, когда сопротивление нагрузки в цепи коллектора велико и ток коллектора создает на нем падение напряжения, равное напряжению источника питания. В этом режиме потенциалы всех электродов транзистора одинаковы. Данный режим используется в импульсных устройствах, а для усилителей опасен.

Параметры и характеристики транзисторов зависят от температуры окружающей среды, стабильности нагрузки, условий теплоотвода. Все эти факторы изменяют температуру транзистора. При повышении температуры возможен выход транзистора из строя и неизбежное изменение параметров схемы. Большую температурную чувствительность транзистора можно объяснить следующим.

Электропроводность германия и кремния, из которых изготовляют транзисторы, зависит от температуры. При увеличении температуры нарушается электрическое равновесие, увеличивается эмиттерный и коллекторный ток, что увеличивает мощность, рассеиваемую на коллекторе, и температуру коллектора, вызывая увеличение обратного тока коллектора. При этом может быть равновесие или транзистор выйдет из строя. Это зависит от условий охлаждения, от окружающей температуры и величины сопротивления в цепи коллектора, ограничивающего нарастание коллекторного тока. Следует помнить, что при большом сопротивлении в цепи коллектора транзистор входит в режим насыщения и перестает быть усилителем.

Второй момент, увеличивающий чувствительность транзистора к температуре, состоит в том, что прямая проводимость участка эмиттер-база увеличивается с ростом температуры. Это явление вызывает увеличение тока эмиттера.

4 Техническое задание

4.1 Произвести входной контроль диодов и транзисторов. Данные занести в отчет.

4.2 Сделать вывод о проделанной работе.

5 Контрольные вопросы

5.1 Классификация полупроводниковых диодов.

5.2 Классификация полупроводниковых транзисторов.

5.3 Опишите маркировку и параметры полупроводниковых диодов.

5.4 Опишите маркировку и параметры полупроводниковых транзисторов.