В радиоэлектронике и технике активно применяются полевые транзисторы. Их отличие от биполярных моделей заключается в том, что управление выходным сигналом осуществляется через электрическое поле. Очень часто применяются транзисторы с изолированным затвором. Для долгой и качественной работы устройства необходима проверка полевого транзистора мультиметром.
Немного о конструкции
Полевой транзистор состоит из следующих элементов:
- n-канала, который имеет кремниевую подложку с p-проводимостью;
- n-области, которые получают путем добавления в подложку примесей;
- изолирующего затвор от канала диэлектрика.
К n-областям подсоединяются выводы. Ток протекает из истока в сток по транзистору благодаря источнику питания. Величина тока контролируется изолированным затвором транзистора.
При работе с транзисторным компонентом необходимо учитывать его чувствительность к воздействию электрического поля. Хранить такие элементы следует с выводами, закороченными фольгой, а перед пайкой понадобится закорочение проволокой. Пайка транзисторных элементов осуществляется при помощи паяльной станции, обеспечивающей защиту от статического электричества.
Прежде чем решить, как проверить мосфет мультиметром, требуется определить его цоколевку. На импортном приборе имеются метки, соответствующие выводам транзистора. В данном случае буква G обозначает затвор прибора, S есть исток, а обозначением D называют сток.
Проверка транзистора мультиметром
Для того чтобы проверить полевой транзистор мультиметром не выпаивая, необходимо помнить, что в современных транзисторах типа мосфет имеется диод между стоком и истоком. Обычно данный элемент расположен на приборе, и его полярность зависит от вида транзистора.
Порядок действий при проверке транзисторного элемента:
- Проверить работоспособность самого прибора. Необходимо удостовериться в безошибочности работы;
- Снять статическое электричество с транзисторного элемента;
- Перевести мультиметр в режим проверки диодов;
- Черный провод подключить к минусу, а красный к плюсу;
- Красный подвести к истоку, черный к стоку устройства. При исправном элементе напряжение на переходе составит 0,5−0,7 вольт;
- При подключении красного провод к стоку, а черного к истоку мультиметр покажет единицу (если компонент исправен);
- Открытие транзисторного элемента осуществляется при подключении черного провода к истоку, а красного к затвору;
- Напряжение на исправном приборе составит от 0 до 800 милливольт;
- Смена полярности щупов не должна вести к изменениям показаний, иначе полевой элемент окажется неисправным;
- В конце подключить красный провод к истоку, черный к затвору. Произойдет закрытие транзисторного компонента;
- Транзисторный элемент указанного вида придет в исходное состояние, имея аналогичные показания как в предыдущих пунктах.
Исходя из проведенных измерений можно сделать вывод: если данное устройство открывается и закрывается с помощью постоянного напряжения, исходящего от мультиметра, то он полностью исправен и его возможная замена не потребуется.
Элемент также имеет большую входную емкость, которая разряжается длительное время. Этим пользуются при проверке устройства, когда сначала его открывают через напряжение мультиметра, а потом, пока полностью не разрядилась входная емкость, проводятся дополнительные измерения.
Исправность p-канала
Проверка исправности p-канального элемента производится аналогичным методом, что и для n-канального вида. Отличие состоит в том, что к минусу мультиметра необходимо подключать красный щуп, а к плюсу прибора следует произвести подключение черного провода.
Таким образом, можно сделать следующие выводы относительно полевых транзисторных компонентов и проверочных процедур:
- Полевые элементы разновидности МОСФЕТ широко применяются в радиоэлектронике, технике и прочих сферах, связанных с практической электроникой;
- Проверка работоспособности транзисторных элементов удобнее всего и качественнее осуществляется с помощью мультиметра — при следовании определенной пошаговой методике;
- Проверка p-канального и n-канального транзисторного компонента осуществляется одинаковыми методами, но при этом необходимо сменить полярность подключения проводов мультиметра на обратную.
Полевые транзисторные компоненты очень популярны в различных технических и электронных устройствах. Но для качественной и долговечной работы требуется периодическая проверка мосфет транзисторов с применением мультиметра. Следуя всем вышеописанным методам, можно сэкономить значительные финансовые затраты, связанные с заменой и ремонтом полевых транзисторов.
В последнее время подрабатывал на дому выполнением ремонтов электроники. Ремонтируя как технику знакомых, так и выкупленную на местном форуме (Авито и Юле), с целью реализации. Занимался всем на что хватало опыта и знаний: от бытовой аудио-видео, до компьютерной техники.
Недавно решил перебрать материнские платы, которых скопилось приличное количество, ремонт которых не был выполнен сходу и которые были отложены до лучших времен. Насчитал из них четыре штуки и все с аналогичными поломками – мосфетами с коротким замыканием или иначе говоря, пробитыми транзисторами в цепях питания процессора. Это те самые всем известные квадратики, полевые транзисторы в планарном исполнении SMD, находящиеся обычно на плате слева от процессора.
Мосфеты цепи питания процессора
В связи с тем, что процессор потребляет довольно большое количество энергии, которую рассеивает в виде тепла в окружающее пространство, тем самым нагревая материнскую плату и установленные на ней детали, ему требуется хорошее охлаждение. Для процессоров 2 ядра тепловой пакет обычно составляет 65-89 ватт, для 4 ядерных – 95 ватт и выше.
Дросселя питания процессора
Для того чтобы электролитические конденсаторы установленные по цепям питания процессора и находящиеся рядом с радиатором процессора (кулером) не вздулись от перегрева, необходимо эффективно отводить выделяемое при работе процессора тепло, иначе говоря требуется эффективная система охлаждения. Но вернемся к сути ремонта.
Мосфет транзистор фото
Если система охлаждения не справляется, то помимо конденсаторов греются еще и установленные на плате мосфеты, транзисторы многофазной системы питания процессора. Количество фаз питания составляет от трех на бюджетных материнских платах, до 4-5 и более в более дорогих, топовых игровых материнках.
Что происходит, когда один из этих квадратиков, полевых транзисторов мосфетов, оказывается пробит? Многие пользователи ПК встречались наверное с подобной поломкой: нажимаешь кнопку включения на корпусе системного блока, кулера дергаются, пытаются начать вращаться и останавливаются, а при повторной попытке включить все повторяется снова.
Провод 4 пин питания процессора
Что это означает? Что в цепях питания процессора где-то короткое замыкание, а скорее всего пробит один из этих самых мосфетов. Как самым простым способом попробовать определить один из вариантов, ваш ли это случай, доступным даже школьнику практически не умеющему обращаться с мультиметром?
Распиновка разъема 4 пин
Если при установленном процессоре отключить на материнской плате разъем дополнительного питания процессора 4 pin и посмотрев по цветам где у нас находится желтый провод +12 вольт, и черный, земля, или GND, и установив на мультиметре режим звуковой прозвонки прозвонить на данном разъеме материнской платы между желтым и черным проводами у нас зазвучит звуковой сигнал, это означает что пробит один или несколько мосфетов.
Монтаж транзистора на материнке
Но как определить какой из мосфетов, какой фазы питания у нас пробит, ведь мосфеты всех фаз питания процессора будут звониться как будто они все находятся в коротком замыкании – посмотрите схему, ведь они стоят параллельно и будут звониться при пробитии через низкоомные дроссели питания? В данном случае, проще всего выпаять одну ножку дросселя или если дроссель в корпусе, да и мне лично было бы так намного удобнее, дроссель целиком.
Процессор, проводя измерения с помощью мультиметра на мосфетах нужно вынимать, так как он имеет низкое сопротивление, которое может ввести в заблуждение при измерениях. Так вот, выпаяв из схемы дроссель мы исключаем то самое влияющее всегда на правильность результатов измерений сопротивление всех, параллельно включенных радиодеталей. Сопротивление, как известно, всегда считается при параллельном соединении, по правилу “меньше меньшего”.
Схема питания процессора
Иначе говоря, общее сопротивление всех подключенных параллельно радиодеталей будет меньше, чем сопротивление детали имеющей самое меньшее сопротивление, стоящей в нашей цепи при параллельном соединении.
Полевой транзистор – изображение на схеме
Так вот, как мы видим по схеме, если у нас один из мосфетов пробит – он будет своим низкоомным сопротивлением, шунтировать и все остальные фазы питания. А выпаяв все дросселя мы тем самым разъединяем все параллельные цепочки на отдельные цепи, при которых остальные фазы перестают влиять на результаты измерений в проверяемой цепи.
Итак, виновник КЗ (короткого замыкания) цепи питания найден, теперь нужно его устранить. Как это сделать, ведь паяльный фен есть в домашней мастерской не у всех начинающих радиолюбителей? Для начала нам потребуется демонтировать, выпаять с платы установленные обычно вплотную электролитические конденсаторы которые будут мешаться нам при демонтаже и к тому очень не любят перегрева.
Паяльник ЭПСН 40 ватт фото
После чего у них обычно резко сокращается срок службы. Сам демонтаж конденсаторов, если учитывать некоторые нюансы, легко выполняется при помощи любого паяльника мощностью 40-65 ватт. Желательно имеющего обработанное, заточенное в конус жало. Сам я имею паяльную станцию Lukey и паяльный фен, но пользуюсь для демонтажа конденсаторов обычным паяльником 40 ватт ЭПСН с жалом заточенным в острый конус.
Паяльный фен фото
Правда тут есть один нюанс – для удобства работы применяю покупной диммер на шнуре, который выпускается для ламп накаливания но отлично подходит и для регулирования мощности паяльника. Осталось лишь подцепить к нему розетку для удлинителя, идущую с креплением на шнур и походный диммер готов.
Диммер на шнур 220В
Стоимость данного диммера была довольно скромной, всего порядка 130 рублей, также подобные диммеры видел и на Али экспресс – это для тех, кто не имеет доступа к радиомагазинам с хорошим выбором радиотоваров. Но вернемся к демонтажу сначала конденсаторов, а затем и мосфетов.
ПОС 61 припой с канифолью
Если с конденсаторами эта процедура не имеет никаких сложностей, за исключением одной фишки применяемой для того, чтобы снизить общую температура плавления бессвинцового припоя, имеющего, как известно, более высокую температуру плавления чем припой применяющийся для пайки электроники ПОС-61.
Так вот, мы берем трубчатый припой с флюсом ПОС-61, желательно диаметром не более 1-2 миллиметров, подносим его к контакту конденсатора с обратной стороны платы и прогревая, расплавив его, осаждаем припой на каждом из двух контактов конденсатора. С какой целью, мы производим эти действия?
- Цель первая: путем диффузии сплавов смешения бессвинцового припоя и ПОС-61, мы понижаем общую темперауру плавления образовавшегося сплава.
- Цель вторая: чтобы максимально эффективно передать тепло от жала паяльника к контакту, мы условно говоря, греем контакт небольшой капелькой припоя, передавая тепло при этом намного эффективнее.
- И наконец, цель третья: когда нам требуется очистить после демонтажа конденсатора отверстие в материнской плате для последующего монтажа, не важно при замене конденсатора или монтаже обратно, как в этом случае этого же конденсатора, мы облегчаем этот процесс проткнув отверстие в расплавленном припое предварительно снизив общую температуру сплава внутри нашего контакта.
Здесь нужно сделать еще одно отступление: для этой цели многие радиолюбители применяют различные подручные средства, кто-то деревянную зубочистку, кто-то заостренную спичку, кто-то иные предметы.
Алюминиевый конический пруток
Мне в этом отношении повезло больше – остался с советских времен от одной из монтажниц конический алюминиевый пруток, который значительно облегчает выполнение данной работы.
С его помощью нам достаточно прогревая контакт вставить пруток поглубже в отверстие контакта. Причем данное действие следует проводить без фанатизма, всегда помня о том, что материнская плата это многослойная плата, а контакты внутри имеют металлизацию, иначе говоря металлическую фольгу, сорвав которую если вы недостаточно прогрели контакт или резко вставили предмет которым прочищали отверстие в контакте, вы можете привести материнскую плату или любое другое устройство имеющее подобную сложную конструкцию печатной платы в устройство, уже не подлежащее ремонту.
Итак, все трудности преодолены, конденсаторы успешно демонтированы, переходим наконец к замене наших мосфетов, то есть цели нашей статьи. Собственно любая процедура замены детали подразумевает собой три этапа: сначала демонтаж, затем подготовка платы к последующему монтажу, и наконец сам монтаж новой детали или ранее демонтированной с донорской платы этим или другим способом.
Если у вас есть паяльный фен – здесь все просто, устанавливаем температуру, рекомендуемую в Даташите для демонтажа нашей детали, которую она легко перенесет и не придет при этом в негодность, наносим флюс и выпаиваем деталь. Монтаж при наличии фена возможен также с его помощью нанеся предварительно флюс. Также возможен монтаж и с помощью паяльника, либо от паяльной станции, либо при отсутствии ее при помощи паяльника 25 ватт ЭПСН с остро заточенным жалом, я пользуюсь обычно паяльником для монтажа.
Ни в коем случае нельзя использовать паяльники с мощностью 40-65 ватт, особенно дедушкины в виде топора для монтажа мосфетов на плату (по крайней мере при отсутствии диммера с помощью которого мы сможем понизить температуру жала паяльника). В начале статьи было упоминание о варианте демонтажа мосфетов для начинающих не имеющих в мастерской паяльного фена, сейчас разберем этот вариант подробнее.
Сплав Вуда фото
Есть такое замечательное изобретение – сплавы Розе и Вуда, особенно это касается сплава Вуда имеющего более низкую температуру плавления, чем сплав Розе. Эти сплавы имеют очень низкую температуру плавления, порядка 100 градусов, плюс – минус уточнять не буду, не суть так важно. Так вот, откусив бокорезами небольшую капельку любого из этих сплавов и разумеется нанеся флюс, мы кладем данную капельку на контакты нашего мосфета и прогревая жалом паяльника осаждаем его на контактах.
Причем со стороны Стока, среднего контакта имеющего большую площадь соприкосновения с платой, мы наносим значительно больше данного сплава. Цель данной операции? Также как и в случае с нанесением сплава ПОС-61, мы снижаем, причем на этот раз значительно существеннее, общую температуру плавления припоя, облегчая тем самым условия демонтажа.
Демонтаж микросхем без фена
Данная операция требует аккуратности от исполнителя для того чтобы при демонтаже не оторвать пятаки контактов с платы, поэтому если чувствуем что прогрели недостаточно, а греть требуется попеременно быстро меняя жало паяльника у этих трех контактов, немного покачивая пинцетом деталь, разумеется без фанатизма. Произведя данную операцию 3-5 раз уже будешь машинально чувствовать когда контакты детали достаточно прогреты, а когда еще нет.
Демонтаж с помощью оплетки
У данного способа демонтажа есть один минус, но при наличии опыта это не становится проблемой: перегрев при демонтаже мосфетов с плат доноров. В случае если же вы приобрели новый мосфет в радиомагазине и уверены в том, что демонтируете пробитый мосфет, перегрев становится не очень критичен. После демонтажа следует обязательно убедиться в том, пропало ли замыкание на контактах мосфета на плате, редко но к сожалению иногда случается и так, что наш якобы пробитый мосфет был ни при чем, а влияли драйвер или ШИМ контроллер на результаты измерений, которые и пришли в негодность. В данном случае без помощи паяльного фена будет не обойтись.
Корпус SO-8 микросхема
Лично демонтировал много раз данным способом микросхемы в корпусе SO-8, применяя на контактах с полигонами иногда паяльник мощностью 65 ватт и немного убавив его мощность диммером. Результат при аккуратности исполнителя практически 100% успешный. Для микросхем в SMD исполнении, имеющим большее количество ног, данный способ к сожалению бесполезен, потому что прогреть большее количество ножек без специальных насадок проблематично и очень высока вероятность оторвать пятаки контактов на плате.
Имел такую возможность, один раз был срочный ремонт ЖК телевизора в небольшой мастерской не имеющей паяльного оборудования, микросхема в корпусе SO-14 была демонтирована, но к сожалению вместе с двумя пятаками контактов. Проблемой это не стало – недостающие связи были брошены проводом МГТФ от ближайших контактов имеющих соединение дорожками с оторванными контактами. Телевизор был возвращен к жизни, жалоб от клиента не было.
При подобном способе демонтажа на плате всегда остаются “сопли” – бугорки припоя, которые легко убираются с платы сначала с помощью оловоотсоса, затем следует пройтись демонтажной оплеткой по контактам, смоченной во флюсе. Я всегда использую при монтаже и демонтаже самостоятельно приготовленный насыщенный спирто-канифольный флюс, получаемый путем растворения в 97 % аптечном спирте-денатурате Асептолин, мелко растолченной в порошок канифоли.
Затем нужно дать раствору – флюсу настояться двое-трое суток до растворении канифоли в спирте, периодически многократно взбалтывая, не давая выпасть в осадок. Данный флюс наношу с помощью кисточки от лака для ногтей, соответственно налив получившийся флюс в очищенную от следов лака 646 растворителем бутылочку. Грязи на плате остается при использовании этого флюса в разы меньше, чем от всяких китайских флюсов, типа BAKU или RMA-223.
Делаем спиртоканифольный флюс
Ту же, которая все-таки останется, мы убираем с платы с помощью 646 растворителя и обычной кисточки для уроков труда. Данный способ по сравнению с удалением следов флюса даже с помощью 97% спирта имеет ряд преимуществ: быстро сохнет, лучше растворяет и оставляет меньше грязи. Рекомендую всем как отличное бюджетное решение.
646 растворитель фото
Единственное замечу: будьте аккуратнее с пластмассовыми деталями, не наносите на графитовые контакты, типа как встречаются на платах пультов и потенциметров, и никогда не торопитесь, дайте хорошенько просохнуть плате, особенно если есть риск затекания растворителя под стоящие рядом SMD и тем более BGA микросхемы.
Графитовые контакты платы пульта
Таким образом процесс монтажа-демонтажа мосфетов на материнских платах не является чем-то сверх трудным, при наличии более-менее прямых рук и доступен для выполнения любому радиолюбителю, имеющему небольшой опыт ремонтов. Всем удачных ремонтов – AKV.
MOSFET транзисторы в последнее время все больше и больше набирают популярность. Они могут послужить хорошей заменой реле и биполярным транзисторам.
Чтобы сэкономить деньги и не бегать лишний раз в магазин, MOSFET транзисторы можно выпаять из нерабочей материнской платы или какого-нибудь модуля управления.
Но как проверить работоспособность этих радиокомпонетов?
Для этого нам потребуется всего один прибор — тестер.
У каждого радиолюбителя (даже начинающего) он обязательно должен быть!
В подавляющем большинстве тестеров есть режим «прозвонки», совмещенный с проверкой падения напряжения диодов.
Вот в этот режим мы и переводим тестер.
Теперь посмотрим на схему N-канального MOSFET транзистора. 
В цепи сток-исток имеется диод. Кстати его наличие обусловлено технологией производства.
Тестером можно подтвердить наличие этого диода. 
0.5В — это падение напряжение на внутреннем диоде Шоттки. Если поменять щупы местами, то должен быть «обрыв». 
А теперь можно проверить и затвор.
Тестер должен показывать «обрыв» при проверке затвор-исток и затвор-сток, причем полярность щупов не имеет значения. 
Но вот что интересно, если черный щуп ("-") держать на истоке, а красным щупом ("+") коснуться затвора, то транзистор откроется. В чем мы можем убедится, опять проверив сток-исток.
Тестер покажет почти нулевое сопротивление.
Теперь поместим щуп "+" на сток, а черный щуп на затвор и проверим сток-исток. Тестер опять будет показывать или падение напряжения на диоде или «обрыв», т.е транзистор закрылся!
Кстати есть еще одна тонкость — если мы откроем транзистор и измерим сопротивление сток-исток, но только не сразу, а через некоторое время, то тестер будет показывать сопротивление отличное от нуля. И чем больше пройдет времени, тем больше будет сопротивление.
Почему же так происходит? А все очень просто — емкость между затвором и стоком достаточно большая (обычно единицы нанофарад) и когда мы открываем MOSFET транзистор, эта емкость заряжается. А так как полевой транзистор управляется полем а не током, то пока не разрядится конденсатор, транзистор будет открыт.
P-канальный MOSFET транзистор можно проверить по такому же принципу, только полярность затвора другая.