Прежде чем рассмотреть способы как проверить исправность транзисторов необходимо знать, как проверять исправность p-n перехода или как правильно тестировать диоды. Именно с этого мы и начнем...
При тестировании диодов с помощью стрелочных ампервольтомметрами следует использовать нижние пределы измерений. При проверке исправного диода сопротивление в прямом направлении составит несколько сотен Ом, в обратном направлении - бесконечно большое сопротивление. При неисправности диода стрелочный (аналоговый) ампервольтомметр покажет в обоих направлениях сопротивление близкое к 0 (при пробое диода) или бесконечно большое сопротивление при разрыве цепи. Сопротивление переходов в прямом и обратном направлениях для германиевых и кремниевых диодов различно.
Проверка диодов с помощью цифровых мультиметров производится в режиме их тестирования. При этом, если диод исправен, на дисплее отображается напряжение на р-n переходе при измерении в прямом направлении или разрыв при измерении в обратном направлении. Величина прямого напряжения на переходе для кремниевых диодов составляет 0,5...0,8 В, для германиевых - 0,2...0,4 В. При проверке диода с помощью цифровых мультиметров в режиме измерения сопротивления при проверке исправного диода обычно наблюдается разрыв как в прямом, так и в обратном направлении из-за того, что напряжение на клеммах мультиметра недостаточно для того, чтобы переход открылся.
Для наиболее распространенных биполярных транзисторов их проверка аналогична тестированию диодов , так как саму структуру транзистора р-n-р или n-р-n можно представить как два диода (см. рисунок выше), с соединенными вместе выводами катода, либо анода, представляющими собой вывод базы транзистора. При тестировании транзистора прямое напряжение на переходе исправного транзистора составит 0,45...0,9 В. Говоря проще, при проверке омметром переходов база-эмиттер, база-коллектор исправный транзистор в прямом направлении имеет маленькое сопротивление и большое сопротивление перехода в обратном направлении. Дополнительно следует проверять сопротивление (падение напряжения) между коллектором и эмиттером, которое для исправного транзистора должно быть очень большое, за исключением описанных ниже случаев. Однако есть свои особенности и при проверке транзисторов. На них мы и остановимся подробнее.
Одной из особенностей является наличие у некоторых типов мощных транзисторов встроенного демпферного диода, который включен между коллектором и эмиттером, а также резистора номиналом около 50 Ом между базой и эмиттером. Это характерно в первую очередь для транзисторов выходных каскадов строчной развертки. Из-за этих дополнительных элементов нарушается обычная картина тестирования. При проверке таких транзисторов следует сравнивать проверяемые параметры с такими же параметрами заведомо исправного однотипного транзистора. При проверке цифровым мультиметром транзисторов с резистором в цепи база-эмиттер напряжение на переходе база-эмиттер будет близким или равным 0 В.
Другими «необычными» транзисторами являются составные, включенные по схеме Дарлингтона. Внешне они выглядят как обычные, но в одном корпусе имеется два транзистора, соединенные по схеме, изображенной на рис. 2. От обычных их отличает высокий коэффициент усиления - более 1000.
Тестирование таких транзисторов особенностями не отличается, за исключением того, что прямое напряжение перехода база-эмиттер составляет 1,2...1,4 В. Следует отметить, что некоторые типы цифровых мультиметров в режиме тестирования имеют на клеммах напряжение меньшее 1,2 В, что недостаточно для открывания р-n перехода, и в этом случае прибор показывает разрыв.
Однопереходный транзистор (ОПТ) отличается наличием на его вольт-амперной характеристике участка, с отрицательным сопротивлением. Наличие такого участка говорит о том, что такой полупроводниковый прибор может использоваться для генерирования колебаний (ОПТ, туннельные диоды и др.).
Однопереходный транзистор используется в генераторных и переключательных схемах. Для начала разберем, чем отличается однопереходный транзистор от программируемого однопереходного транзистора. Это несложно:
Чтобы проверить исправность однопереходного и программируемого однопереходного транзистора следует измерить омметром сопротивление между выводами Б1 и Б2 или А и К для проверки на пробой. Но наиболее точные результаты можно получить, собрав схему для проверки однопереходных и программируемых однопереходных транзисторов (см. схему ниже - для ОПТ - рис. слева, для программируемого ОПТ - рис. справа).
Рис. 4 Упрощенная схема цифрового транзистора слева, Справа - схема тестирования. Стрелка означает «+» измерительного прибора
Другими необычными транзисторами являются цифровые (транзисторы с внутренними цепями смещения). На рис 4. выше изображена схема такого цифрового транзистора. Номиналы резисторов R1 и R2 одинаковы и могут составлять либо 10 кОм, либо 22 кОм, либо 47 кОм, или же иметь смешанные номиналы.
Цифровой транзистор внешне не отличается от обычного, но результаты его «прозвонки» могут поставить в тупик даже опытного мастера. Для многих они как были «непонятными», так таковыми и остались. В некоторых статьях можно встретить утверждение - "тестирование цифровых транзисторов затруднено... Лучший вариант - замена на заведомо исправный транзистор". Бесспорно, это самый надежный способ проверки. Попробуем разобраться, так ли это на самом деле. Давайте разберемся, как правильно протестировать цифровой транзистор и какие выводы сделать из результатов измерений.
Для начала обратимся к внутренней структуре транзистора, изображенной на рис.4, где переходы база-эмиттер и база-коллектор для наглядности изображены в виде двух включенных встречно диодов. Резисторы R1 и R2 могут быть как одного номинала, так и могут отличаться и составлять либо 10 кОм, либо 22 кОм, либо 47 кОм, или же иметь смешанные номиналы. Пусть сопротивление резистора R1 будет 10 кОм, a R2 - 22 кОм. Сопротивление открытого кремниевого перехода примем равным 100 Ом. В частности, эту величину показывает стрелочный авометр Ц4315 при измерении сопротивления на пределе х1.
В прямом направлении цепь база-коллектор рассматриваемого транзистора состоит из последовательно соединенных резистора R1 и сопротивления собственно перехода база-коллектор (VD1 на рис. 1). Сопротивлением перехода, так как оно значительно меньше сопротивления резистора R1, можно пренебречь, и этот замер даст величину, приблизительно равную значению сопротивления резистора R1, которое в нашем примере равно 10 кОм. В обратном направлении переход остается закрытым, и ток через этот резистор не течет. Стрелка авометра должна показать «бесконечность».
Цепь база-эмиттер представляет собой смешанное соединение резисторов R1, R2 и сопротивления собственно перехода база-эмиттер (VD2 на рис. 4 слева). Резистор R2 включен параллельно этому переходу и практически не изменяет его сопротивления. Следовательно, в прямом направлении, когда переход открыт, ампервольтомметр вновь покажет величину сопротивления, приблизительно равную значению сопротивления базового резистора R1. При изменении полярности тестера переход база-эмиттер остается закрытым, и ток протекает через последовательно соединенные резисторы R1 и R2. В этом случае тестер покажет сумму этих сопротивлений. В нашем примере она составит приблизительно 32 кОм.
Как видите, в прямом направлении цифровой транзистор тестируется так же, как и обычный биполярный транзистор , с той лишь разницей, что стрелка прибора показывает значение сопротивления базового резистора. А по разности измеренных сопротивлений в прямом и обратном направлениях можно определить величину сопротивления резистора R2.
Теперь рассмотрим тестирование цепи эмиттер-коллектор. Эта цепь представляет собой два встречно включенных диода, и при любой полярности тестера его стрелка должна была бы показать «бесконечность». Однако, это утверждение справедливо только для обычного кремниевого транзистора.
В рассматриваемом случае из-за того, что переход база-эмиттер (VD2) оказывается зашунтированным резистором R2, появляется возможность открыть переход база-коллектор при соответствующей полярности измерительного прибора. Измеренное при этом сопротивление транзисторов имеет некоторый разброс, но для предварительной оценки можно ориентироваться на значение примерно в 10 раз меньшее сопротивления резистора R1. При смене полярности тестера сопротивление перехода база-коллектор должно быть бесконечно большим.
На рис. 4 справа подведен итог вышесказанному, которым удобно пользоваться в повседневной практике. Для транзистора прямой проводимости стрелка будет означать «-» измерительного прибора.
В качестве измерительного прибора необходимо использовать стрелочные (аналоговые) АВОметры с током отклонения головки около 50 мкА (20 кОм/В).
Следует отметить, что вышеизложенное носит несколько идеализированный характер, и на практике, могут быть ситуации, требующие логического осмысления результатов измерений. Особенно в случаях, если цифровой транзистор окажется дефектным.
Существует несколько разных способов проверки полевых МОП-транзисторов. Например такой:
Самой распространенной и характерной неисправностью полевых МОП-транзисторов является короткое замыкание между затвором - истоком и затвором - стоком.
Другим способом является использование двух омметров. Первый включается для измерения между истоком и стоком, второй - между истоком и затвором. Второй омметр должен иметь высокое входное сопротивление - около 20 МОм и напряжение на выводах не менее 5 В. При подключении второго омметра в прямой полярности транзистор откроется (первый омметр покажет сопротивление близкое к нулю), при изменении полярности на противоположную транзистор закроется. Недостаток этого способа - требования к напряжению на выводах - второго омметра. Естественно, цифровые мультиметры для этих целей не подходит. Это ограничивает применение такого способа проверки.
Еще один способ похож на второй. Сначала кратковременно соединяют между собой выводы затвора и истока для того, чтобы снять имеющийся на затворе заряд. Далее к выводам истока-стока подключают омметр. Берут батарейку напряжением 9 В и кратковременно подключают ее плюсом к затвору, а минусом - к истоку. Транзистор откроется и будет открыт некоторое время после отключения батарейки за счет сохранения заряда. Большинство полевых МОП-транзисторов открывается при напряжении затвор-исток около 2 В.
При тестировании полевых МОП-транзисторов следует соблюдать особую осторожность, чтобы не вывести его из строя транзистор статическим электричеством.
При определении структуры транзистора, тип которого неизвестен, следует путем перебора шести вариантов - определить вывод базы, а затем измерить прямое напряжение на переходах. Прямое напряжение на переходе база-эмиттер всегда на несколько милливольт выше прямого напряжения на переходе база-коллектор (при пользовании стрелочного мультиметра сопротивление перехода база-эмиттер в прямом направлении несколько выше сопротивления перехода база-коллектор). Это связано с технологией производства транзисторов, и правило применимо к обыкновенным биполярным транзисторам, за исключением некоторых типов мощных транзисторов, имеющих встроенный демпферный диод. Полярность щупа мультиметра, подключенного при измерениях на переходах в прямом направлении к базе транзистора укажет на тип транзистора: если это «+» - транзистор структуры n-p-n, если «-» - структуры р-n-р.
Приставка для проверки транзисторов
Известная по публикациям в журнале идея применения диодных мостов в измерительной технике позволила автору предлагаемой статьи разработать простую приставку - своеобразный коммутационный узел для контроля параметров биполярных и полевых транзисторов практически всех типов.
Приставка используется совместно с многопредельным миллиамперметром постоянного тока и автономным источником питания. Она позволяет измерять немало параметров: статический коэффициент передачи тока биполярных транзисторов в схеме с общим эмиттером при фиксированном значении тока базы (10, 30, 100, 300 мкА; 1,3, 10, 30 мА); начальный ток стока полевых транзисторов с р-n переходом или встроенным каналом; ток стока полевых транзисторов с индуцированным каналом при напряжении на затворе, равном половине напряжения сток-исток; крутизну характеристики полевых транзисторов с двумя затворами по каждому из них; крутизну характеристики полевых транзисторов при использовании вывода подложки (корпус-подложка) в качестве второго затвора. Идея этой приставки заимствована из .
Принципиальная схема приставки приведена на рисунке. Транзистор VT1 и резисторы R1-R8 образуют источник стабильного тока для питания цепи базы проверяемого биполярного транзистора, выводы которого включают в гнезда Х1-ХЗ. Значение тока устанавливают переключателем SA1. Диоды VD5, VD6 и резистор R14 определяют смещение по цепи истока полевого транзистора. Делители R9, R10 и R11-R13 обеспечивают смещение на первом (31) и втором (32) затворах.
Напряжение на первом затворе (гнездо Х5) должно быть равно падению напряжения на диодах VD5, VD6.
Такое же напряжение должно быть и в точке соединения резисторов R12, R13.
Полярность напряжения питания, в зависимости от типа биполярного (канала полевого) транзистора, устанавливают переключателем SA2. При этом благодаря диодным мостам на диодах VD1 - VD4 и VD7-VD10 удалось обойтись без переключений полярности в цепи базы и коллектора (стока) проверяемого транзистора.
Переключатель SA1 - галетный, SA2- типа П2К или аналогичный на два положения с двумя группами контактов. Кнопки SB1-SB3 - МП9 либо другие. Диоды VD1-VD4 могут быть любые кремниевые с максимальным прямым током 40-60 мА и обратным напряжением не менее 30 В, VD5-VD10 - также кремниевые, рассчитанные на прямой ток до 1 А при обратном напряжении не менее 30 В. Диоды VD1-VD4 и VD7-VD10 допустимо заменить соответствующими по параметрам блоками серий КЦ402-КЦ405. Транзистор (он может быть, кроме указанного на схеме, КП302В, КП302Г) необходимо установить на теплоотвод, поскольку при проверке мощных транзисторов либо установке тока базы 30 мА на нем будет рассеиваться значительная мощность. Измерительный прибор, подключаемый к приставке, - многопредельный любого типа с максимальным током от десятков до сотен миллиампер.
Источник питания должен обеспечивать постоянное напряжение 4. 5 В и ток до 1 А - на случай контроля биполярных транзисторов большой мощности. Для контроля полевых транзисторов с индуцированным каналом напряжение питания должно быть 9...15 В, поэтому в блоке питания необходимо установить переключатель выходного напряжения, которое, кстати, совсем не обязательно стабилизировать.
Настройку приставки начинают с подбора резисторов R1-R8, контролируя ток между гнездами Х1 и ХЗ и устанавливая подвижный контакт переключателя SA1 в соответствующее положение. Подбор каждого резистора заканчивают, если ток не отличается более чем на 10 % от желаемого. После этого подбирают резисторы R10, R13 такого сопротивления, чтобы напряжение на них было равно или немного меньше падения напряжения на диодах VD5, VD6.
Чтобы удобно было подключать к приставке проверяемые транзисторы, необходимо изготовить переходные панели с гибкими выводами, оканчивающимися вилками, вставляемыми в гнезда приставки. Для мощных транзисторов следует изготовить одиночные проводники с зажимами "крокодил" и вилками.
Перед подключением транзистора для контроля необходимо установить переключателем структуру (тип канала), подключить миллиамперметр с максимальным пределом измерений, включить источник питания. Значение тока базы 10 и 30 мА следует устанавливать переключателем SA1 только в момент измерений при нажатой кнопке SB 1, а переключать пределы измерений миллиамперметра - при отпущенной этой кнопке.
Проверку биполярных транзисторов ведут в такой последовательности.
1. Переключателем SA2 установить нужную структуру - р-n-р или n-р-n.
2. Подсоединить миллиамперметр, источник питания и транзистор к соответствующим гнездам.
3. Переключателем SA1 установить требуемый ток базы.
4. Нажать кнопку SB1 и определить по шкале миллиамперметра ток коллектора, после чего рассчитать коэффициент передачи тока базы по формуле h21Э=Ik/Iб.
Если цоколевка выводов транзистора неизвестна, необходимо вначале определить базу и структуру транзистора с помощью омметра по известной методике. Выводы эмиттера и коллектора определяют по максимальному значению h21Э.
А вот какова последовательность проверки полевых транзисторов.
1. Переключателем SA2 установить тип канала.
2. Подсоединить миллиамперметр и источник питания.
3. МДП транзистор со встроенным каналом или транзистор с р-n переходом соединить с соответствующими гнездами: исток - с гнездом Х7 ("И"), подложку (корпус-подложку) - с Х8 ("П"), затвор - с Х5 ("31"), сток -сХ4 ("С").
4. Нажать на кнопку SB1 и определить по отклонению стрелки миллиамперметра значение тока стока - он должен соответствовать параметру Ic нач, приводимому в справочниках.
5. Нажать одновременно на кнопки SB1, SB2 и определить новое значение тока стока.
7. Вывод затвора соединить с гнездом ХЗ, а вывод подложки (корпуса-подложки) - с гнездом Х5.
8. Нажать на кнопку SB1 и определить ток стока, после чего нажать одновременно на SB1, SB2 и определить новое значение тока.
В рассмотрены вопросы использования подложки (корпуса-подложки) в качестве второго затвора, но в справочниках этот параметр не приводится.
При проверке МДП транзисторов с индуцированным каналом соединения выполнить, как и в предыдущем случае, но вывод затвора соединить с гнездом Х6 ("32"). Измерить токи стока, нажимая сначала на кнопку SB1, а затем одновременно на кнопки SB1 и SB2. Рассчитать значение крутизны по первому затвору, учитывая, что U - падение напряжения на резисторе R13.
Чтобы определить крутизну по подложке, этот вывод нужно соединить с гнездом Х5 (31). Как и в предыдущем случае, сначала нажимают на кнопку SB1, а затем одновременно на SB1 и SB2. После этого рассчитывают значение крутизны, учитывая, что U - падение напряжения на резисторе R10.
Контролируя транзисторы данного типа, следует помнить, что ток стока, измеренный по первому пункту, должен соответствовать току, определяемому по семейству сток-затворных характеристик, приводимых в справочниках (Uси - напряжение питания; Uзи = 0,5 Uси).
Для контроля двухзатворных полевых транзисторов необходимо сначала установить переключателем SA2 тип канала, после чего подсоединить к приставке выводы транзистора в такой очередности: исток, первый затвор, второй затвор, сток. Манипулируя нажатием на кнопки SB1, одновременно на SB1 и SB2, одновременно на SB 1 и SB3, измерить токи стока и рассчитать значение крутизны по затворам. Проверка таких транзисторов возможна только в режиме обогащения.
Литература
Используя схему показанную на рисунке, можно собрать приставку-пробник, при помощи которой можно проверять биполярные транзисторы малой, средней и большой мощности.
При проверке транзисторов к схеме подключают миллиамперметр (1мА), он может быть встроен в схему или быть внешним.
При проверке транзисторов средней и большой мощности отключают миллиамперметр, и уст-во становится пробником со световой индикацией.
Для проверки основных параметров транзисторов малой мощности переключатель П3 устанавливают в соответствующее положение, а приставку соединяют с миллиамперметром (полярность зависит от структуры транзистора). Сначала П1 устанавливают в положение Iкбо, измеряют обратный ток коллекторного перехода, а затем, переведя переключатель в положение h21э — коэффициент передачи тока (при отклонении стрелки на всю шкалу коэффициент передачи тока равен 100).
При проверке транзисторов средней и большой мощности миллиамперметр отключают и нажимают кнопку П2. В этом случае в коллекторную цепь транзистора включается лампочка Л1 (3,5В 0,26А), а в цепь базы последовательно соединенные R1 и R3. Переменным резистором R4 изменяют обратный ток базовой цепи. Если проверяемый транзистор исправный, будет меняться яркость свечения лампы. Чем больше коэффициент передачи тока, тем при большем сопротивлении введенной части резистора R4 возникает заметный на глаз накал нити лампочки.
Если же лампочка не горит, даже при полностью выведенном сопротивлении резистора или горит ярко при лубом положении его движка — транзистор не исправен.
Литература - Бастанов В.Г. 300 практических советов. Москва: Издательство «Московский рабочий», 1992
Для транзисторов структуры п-р-п полярность включения питающей батареи GB и измерительного прибора РА должна быть обратной.
Обратный ток коллектора Iкбо измеряют при заданном обратном напряжении на коллекторном р-п переходе и отключенном эмиттере (рис. 57, а). Чем он меньше, тем выше качество коллекторного перехода и стабильность работы транзистора.
Параметр h21э, характеризующий усилительные свойства транзистора, определяют как отношение тока коллектора Iк к вызвавшему его току базы IБ, (рис. 57, б), т. е. h2lэ ~ Iк/Iв. Чем больше численное значение этого параметра, тем больше усиление сигнала, которое может обеспечить транзистор.
Для измерения этих двух основных параметров маломощных биполярных транзисторов можно рекомендовать сделать в кружке приставку к самодельному авометру, описанному выше. Схема такой приставки показана на рис. 58, а. Проверяемый транзистор V подключают выводами электродов к соответствующим зажимам «Э», «Б» и «К» приставки, соединенной (через зажимы XI, Х2 и проводники с однополюсными штепселями на концах) с миллиамперметром авометра, включенного на предел измерения «1 мА». Переключатель S2 предварительно устанавливают в положение, соответствующее структуре проверяемого транзистора. При проверке транзистора структуры п-р-п с гнездом «Общ.» авометра соединяют зажим XI приставки (как на рис. 58, а), а при проверке транзистора структуры р-п-р — зажим Х2.
Установив переключатель S1 в положение «I КБО», измеряют сначала обратный ток коллекторного перехода, а затем, переведя переключатель S1 в положение «h21э», — статический коэффициент передачи тока. Отклонение стрелки прибора на всю шкалу при измерении параметра I КБ0 укажет на пробой коллекторного перехода проверяемого транзистора.
Измерение параметра h21э происходит при фиксированном токе базы, ограничиваемым резистором R1 до 10 мкА. При этом транзистор открывается и в его коллекторной цепи (в том числе через миллиамперметр) течет ток, пропорциональный коэффициенту h21э. Если, например, прибор фиксирует ток 0,5 мА (500 мкА), то коэффициент h21э проверяемого транзистора будет 50 (500: 10 = 50). Ток 1 мА (отклонение стрелки прибора до конечной отметки шкалы), следовательно, соответствует коэффициенту h21э равному 100. Если стрелка прибора зашкаливает, миллиамперметр авометра надо переключить на следующий предел измерения тока — «10 мА». В этом случае вся шкала прибора будет соответствовать коэффициенту h21э, равному 1000, а каждая десятая часть ее — 100.
Резистор R2, ограничивающий ток в измерительной цепи до 3 мА, нужен для предупреждения порчи измерительного прибора из-за пробоя проверяемого транзистора.
Возможная конструкция приставки показана на рис. 58, б. Для лицевой панели, размерами примерно 130X75 мм, желательно использовать листовой гетинакс или текстолит толщиной 1,5—2 мм.
Зажимы «Э», «Б» и «К> для подключения выводов транзистора типа «крокодил». Переключатель вида измерений S1 — тумблер ТП2-1, структуры транзистора S2 — ТП1-2. Батарею питания GB1 — 3336Л или составленную из трех элементов 332, крепят на панели снизу, там же монтируют и ограничительные резисторы R1 и R2. Зажимы (или гнезда) для соединения приставки с авометром размещают в любом удобном месте, например на задней боковой стенке ящика. Сверху на панель наклеивают краткую инструкцию по работе с приставкой-измерителем. Проверить работоспособность и оценить усилительные свойства транзисторов средней и большой мощности можно с помощью простого прибора, схема которого приведена на рис. 59. Проверяемый транзистор V подключают к зажимам, соответствующим его электродам. При этом в коллекторную цепь транзистора оказывается включенным амперметр РА1 на ток полного отклонения стрелки 1A, а в базовую — один из резисторов R1—R4. Сопротивления резисторов подбирают с таким расчетом, чтобы ток базовой цепи транзистора можно было устанавливать равным 3, 10, 30 и 50 мА. Таким образом, проверка транзистора осуществляется при фиксированных токах в базовой цепи, устанавливаемых переключателем S1. Источником питания служат три элемента 373, соединенные последовательно, или низковольтный выпрямитель, обеспечивающий напряжение 4,5 В при токе нагрузки до 2А.
Численное значение статического коэффициента передачи тока проверяемого транзистора определяют как отношение тока коллектора к вызвавшему его току базы. Например, если переключатель S1 установлен на ток базы, равный 10 мА, а амперметр PA 1 фиксирует ток 500 мА, значит, коэффициент h21э данного транзистора равен 50 (500: 10 = 50).
Конструкция такого прибора — испытателя транзисторов произвольная. Ее можно сделать как приставку к авометру, амперметр которого рассчитан на измерение постоянных токов до нескольких ампер.
Производить проверку транзистора надо возможно быстрее, потому что уже при токе коллектора 250...300 мА он начинает нагреваться и тем самым вносить погрешности в результаты измерений.
Предлагаемая приставка к частотомеру для определения расчетным путем индуктивности в диапазоне 0,2 мкГн… 4 Гн отличается от прототипов пониженным напряжением на измеряемой индуктивности (амплитуда не более 100 мВ), что снижает погрешность измерения для катушек на малогабаритных кольцевых и замкнутых магнитопроводах и дает возможность измерить с достаточной для практики точностью начальную магнитную проницаемость магнитопроводов. Кроме того, малое значение напряжения на контуре позволяет оценивать индуктивность катушки непосредственно в конструкции, без демонтажа.
Для многих начинающих радиолюбителей изготовление и оценка индуктивности катушек, дросселей, трансформаторов становится «камнем преткновения». Промышленные измерители малодоступны, самодельные законченные конструкции, как правило, сложны в повторении и при их настройке необходимы промышленные приборы. Поэтому особой популярностью пользуются простые приставки к частотомеру или осциллографу.
Описания и схемы подобных устройств были опубликованы в периодической литературе . Они просты в повторении, удобны в применении. Но сведения в статьях в части заявленных погрешностей и пределов измерения нередко приводят к ошибочным выводам и искаженным результатам. Так в указано, что приставка позволяет измерить индуктивность более 0,1 мкГн, а погрешность измерения зависит от подбора конденсатора, который в авторской конструкции имеет допустимое отклонение номинальной емкости не более ±1 %. И это при том, что на указанных на схеме транзисторах устойчивая генерация начинается с индуктивностью колебательного контура 0,15…0,2 мкГн (желающие легко могут проверить), а собственная индуктивность выводов от платы до разъема 30 мм оказывается равной 0,1…0,14 мкГн. В другой статье указывается погрешность до 1,5 % от верхнего предела (кстати, обратите внимание, нижний предел 0,5 мкГн с погрешностью 0,9 мкГн ― и это верно, иными словами измерение таких величин носит оценочный характер) как для маленьких, так и больших значений индуктивности, без учета собственной емкости катушек. А такая емкость может достигать соизмеримой с контурной величины и вносить дополнительную погрешность до 10…20 %.
В этой статье сделана попытка в какой-то мере восполнить отмеченный пробел и показать методы оценки погрешности измерений и способы применения действительно простой и полезной конструкции в лаборатории каждого радиолюбителя.
Предлагаемая приставка к частотомеру предназначена для оценки и измерения с достаточной для практики точностью индуктивности в диапазоне 0,2 мкГн… 4 Гн. Она отличается от прототипов пониженным напряжением на измеряемой индуктивности (амплитуда не более 100 мВ), что снижает погрешность измерения индуктивности на малогабаритных кольцевых и замкнутых магнитопроводах и дает возможность измерить начальную магнитную проницаемость магнитопроводов. Кроме того, малое значение напряжения на контуре позволяет оценивать индуктивность катушки непосредственно в конструкции, без демонтажа. Такую возможность оценят те, кому часто приходится заниматься ремонтом и настройкой аппаратуры при отсутствии схем и описаний.
Для работы с приставкой подходят любые самодельные или промышленные частотомеры, позволяющие измерять частоту до 3 МГц с точностью не менее 3х знаков. Если нет частотомера, подойдет и осциллограф. Точность измерения временных параметров у последних, как правило, порядка 7…10%, что и определит погрешность измерения индуктивности.
Принцип измерения индуктивности основан на известном соотношении, связующим параметры элементов колебательного контура с частотой его резонанса (формула Томсона)
Здесь и далее во всех формулах частота указана в мегагерцах, емкость ― в пикофарадах, индуктивность ― в микрогенри.
При емкости контура Ск = 25330 пФ, формула упрощается
, где Т ― период в микросекундах.
В приставке (ее схема показана на рис. 1 ) используется генератор с эмиттерной связью в
двухкаскадном усилителе, частота гармонических колебаний которого определяется емкостью конденсатора С1 и измеряемой индуктивностью Lx, подключаемой к пружинным зажимам Х1. Так как используется непосредственное соединение базы транзистора VT1 с коллектором VT2, то коэффициент петлевого усиления генератора высок, что обеспечивает устойчивую генерацию при изменении соотношения L/C в широком диапазоне. Коэффициент петлевого усиления пропорционален крутизне используемых транзисторов и может эффективно регулироваться изменением тока эмиттеров, для чего используется выпрямитель на диодах VD1, VD2 и управляющий транзистор VT3. Введение усилителя на транзисторе VT4 с КU= 8…9 позволило снизить амплитуду напряжения на контуре до уровня 80…90 мВ при выходной амплитуде 0,7 В. Эмиттерный повторитель обеспечивает работу на низкоомную нагрузку.
Устройство работоспособно при изменении напряжения питания в интервале 5…15 В, при этом вариации уровня выходного напряжения не превышают 20 %, а уход частоты F= 168,5 кГц (с катушкой высокой добротности, намотанной на сердечнике 50ВЧ при индуктивности L= 35 мкГн) не более 40 Гц!
В конструкции можно использовать в позициях VT1, VT2 транзисторы КТ361Б, КТ361Г, КТ 3107 с любым буквенным индексом, хотя несколько лучшие результаты достигаются с КТ326Б, КТ363; в позиции VT3 ― кремниевые транзисторы структуры р-n-р, например, КТ209В, КТ361Б, КТ361Г, КТ3107 с любым буквенным индексом. Для буферного усилителя (VT4, VT5) пригодно большинство высокочастотных транзисторов. Параметр h21Э для транзистора VT4 ― более 150, для остальных не менее 50.
Диоды VD, VD2 ― любые высокочастотные кремниевые, например, серий КД503, КД509, КД521, КД522.
Резисторы ― МЛТ-0,125 или аналогичные. Конденсаторы, кроме С1, ― малогабаритные соответственно керамические и электролитические, допустим разброс 1,5…2 раза.
Конденсатор С1 емкостью 25330 пФ определяет точность измерения, поэтому ее значение желательно подобрать с отклонением не более ±1 % (можно составить из нескольких термостабильных конденсаторов, например 10000+10000+5100+ 220пФ из группы КСО, К31. Если нет возможности точно подобрать емкость, можно воспользоваться описанной ниже методикой.
В качестве разъема Х1 удобно использовать пружинящие зажимы для «акустических» кабелей. Разъем Х3 для соединения с частотомером ― СР–50-73Ф.
Детали монтируют на печатной плате (рис. 2
) из односторонне фольгированного стеклотекстолита. 
Чертёж печатной платы в формате lay разработки П.Семина можно
Допустимо использовать навесной монтаж. В качестве корпуса для приставки можно применить любой подходящий по размерам коробок из любого материала. Разместить разъем Х1 необходимо так, чтобы обеспечить минимальную длину соединяющих его с платой проводников. На фото, для примера, показан аккуратно выполненная конструкция от Павла Семина.
После проверки правильности монтажа следует подать питание напряжением 12 В, не подключая катушки к разъему Х1. Напряжение на эмиттере VT5 должно быть примерно равным половине питающего напряжения; если отклонение больше, потребуется подбор резистора R4. Ток потребления окажется близким к 20 мА. Присоедините к разъему Х1 катушку Lx индуктивностью в пределах десятков―сотен микрогенри (точное значение некритично), а к разъему Х3 ― осциллограф или высокочастотный вольтметр. На выходе приставки должно быть переменное напряжение 0,45…0,5 В эфф (амплитудное значение 0,65…0,7 В). При необходимости его уровень можно установить в диапазоне 0,25…0,7 Вэфф подбором резистора R8.
Теперь можно приступить к калибровке приставки , подключив ее к частотомеру.
Это можно сделать несколькими методами.
Если есть возможность измерить с точностью не хуже 1 % катушку на незамкнутом магнитопроводе с индуктивностью порядка десятков-сотен мкГ, то используя ее как образцовую, подберите емкость конденсаторов С1 так, чтобы показания приставки совпали с требуемым значением.
Во втором случае понадобится один термостабильный эталонный конденсатор, емкость которого не менее 1000 пФ и известна с высокой точностью. В крайнем случае, если нет возможности точно измерить емкость, можно применить конденсаторы КСО, К31 с допуском ±2―5 %, смирившись с вероятным увеличением погрешности. Автор использовал конденсатор К31-17 с номинальной емкостью 5970 пФ ±0,5 %. Сначала по частотомеру фиксируем частоту F1 для катушки Lx без дополнительного внешнего конденсатора. Затем присоединяем параллельно катушке эталонный конденсатор Cэт и фиксируем частоту F2. Теперь можем определить реальную входную емкость собранной приставки и индуктивность катушки Lx по формулам
Чтобы можно было пользоваться приведенными в начале статьи упрощенными формулами, нужно подбором группы конденсаторов С1 установить емкость Свх равной 25330±250 пФ. После окончательной корректировки емкости конденсаторов С1 сделайте контрольный замер по приведенной выше методике, чтобы убедиться, что емкость С вх соответствует требуемой.Вручную делать многократные пересчеты долго, поэтому автор пользуется удачной программой расчетов MIX10
, разработанной А. Беспальчиком.
После этого приставка готова к работе. Попробуем оценить ее возможности; для этого проведем несколько опытов.
Выводы: высокая точность измерений обеспечивается для индуктивности более 5 мкГн. При значениях в интервале 0,5… 5 мкГн надо учитывать собственную индуктивность 0,1…0,14 мкГн. При индуктивности менее 0,5 мкГн измерения носят оценочный характер. Уверенно регистрируемая минимальное значение индуктивности 0,2 мкГн.
При проверке с эталонным конденсатором частота F2 = 0.15129 МГц соответствует индуктивности 35,09 мкГн. Погрешность ― менее 1 %.
Чтобы определить величину С ген, отключаем конденсаторы С1 и измеряем с используемой индуктивностью частоту F3. Теперь Сген можно рассчитать по формуле
В авторском варианте приставки с транзисторами КТ3107Б емкость Сген равна 85 пФ, а с транзисторами КТ326Б ― З9 пФ. По сравнению с требуемым значением 25330 пФ это меньше 0,4 %, что позволяет применять практически любые высокочастотные транзисторы без заметного влияния на точность измерения..
Так при измерении индуктивности катушки контура ПЧ (емкость контура не более 1000 пФ) непосредственно на плате транзисторного приемника получено значение 92,1 мкГн. При измерении индуктивности катушки, выпаянной из платы, расчетное значение оказалось меньше ― 88,7мкГн (погрешность менее 4 %).
Для подключения к катушкам индуктивности, размещенных на платах, автор использует щупы с соединительными проводами длиной 30 см, скрученных с шагом одна скрутка на сантиметр. Ими вносится дополнительная индуктивность 0,5…0,6 мкГн ― это важно знать при измерении малых величин, для оценки ее достаточно замкнуть щупы между собой.
В заключение еще несколько полезных советов .
Определить магнитную проницаемость кольцевого магнитопровода без маркировки можно по следующей методике. Намотать 10 витков провода, равномерно распределив его по кольцу, и измерить индуктивность обмотки, а полученное значение индуктивности подставить в формулу:
В практических расчетах удобно пользоваться упрощенной формулой для расчета числа витков на кольцевых магнитопроводах 
Значения коэффициента k для ряда широкораспространенных кольцевых магнитопроводов по данным В. Т. Полякова приведены в табл. 1 .
Таблица 1
| Типоразмер | К18х8х4 | К18х8х4 | К18х8х4 | К18х8х4 | К18х8х4 | К18х8х4 |
| Магнитная проницаемость | 3000 | 2000 | 1000 | 2000 | 1000 | 400 |
| k | 21 | 26 | 37 | 31 | 44 | 70 |
Для широко распространенных броневых магнитопроводов из карбонильного железа индуктивность удобнее рассчитывать в микрогенри, поэтому введем коэффициент m, и формула соответственно изменится: 
Некоторые значения для распространенных броневых магнитопроводов приведены в табл. 2 .
| Сердечник | СБ-9а | СБ-12а | СБ-23-17а | СБ23-11а |
| m | 7.1 | 6.7 | 4.5 | 4.0 |
Составить подобную таблицу для имеющихся у вас кольцевых и броневых магнитопроводов, воспользовавшись предлагаемой приставкой, не составит большого труда.
ЛИТЕРАТУРА
1.Гайдук П. Частотомер измеряет индуктивность. ― Радиолюбитель, 1996, № 6, с. 30.
С.Беленецкий, US5MSQ Луганск Украина Радио, 2005, №5, с.26-28
Обсудить статью, высказать свое мнение и предложения можно на форуме
