Станция диагностики мощных транзисторов

В радиолюбительской практике при конструировании используются полевые и биполярные мощные высоковольтные транзисторы, бывшие в употреблении. Простая проверка омметром межэлектродных переходов не всегда позволяет определить их исправность. Данный прибор позволяет при безопасном питании провести тестирование многих параметров транзисторов и их выбраковку.

Введение: Основной неисправностью при выходе из строя радиоэлектронных устройств является пробой силового транзистора в блоках питания. Пассивные и активные системы защиты транзистора от импульсных помех, выполнение рекомендаций по выбору индуктивных элементов, утилизация энергии.

Накопление энергии в магнитопроводе и передача её в нагрузку происходит в периоды коммутации ключевого транзистора.
Использование в однотактных преобразователях высоковольтных мощных полевых и биполярных транзисторов накладывает определённые условия их диагностики перед установкой вместо вышедшего из строя транзистора.

Прибор предназначен для предварительной диагностики и выбраковки полевых и биполярных транзисторов прямой и обратной проводимости.

Параметры испытаний:
1) определение рабочего состояния исследуемого транзистора.
2) определение коэффициента передачи тока.
3) регулирование мощности в нагрузке широтно-импульсным регулятором.
4) исследование температурного режима на холостом ходу и под нагрузкой.
5) исследование зависимости выходной мощности от частоты преобразователя.
6) тестирование высоковольтным напряжением.

Исследование транзисторов проводится при пониженном питающем напряжении с гальванической развязкой от электросети.
Светодиодные и стрелочные индикаторы контроля позволяют определить техническое состояние испытуемого транзистора.

Для импульсного исследования транзистора в схеме предусмотрен таймер в режиме генератора с двухполярным выходным сигналом.
Использование блока питания с плавной установкой напряжения также снижает вероятность повреждения радиоэлементов схемы, и даёт возможность провести диагностику транзисторов на разных режимах питающего напряжения.

Для снижения помех созданных инвертором со стороны сети установлен двухзвенный фильтр.
В основу схемы испытательной станции положен обратноходовой импульсный инвертор.
В режиме накопления энергии транзисторный ключ замкнут, при передачи энергии в нагрузку транзисторный ключ кратковременно размыкается.

Характеристики прибора:
Напряжение сети 220В
Напряжение питания 12 -36 вольт
Частота преобразователя 5 - 23 кГц
Максимальный ток транзистора 2А.
Тип транзистора - полевой и биполярный.
Режим - прерывистый ток.
Скважность 1-100.

Устройство представляет собой однотактный инвертор напряжения с обратным включением выпрямительного диода. Выходное напряжение регулируется изменением длительности открытого состояния ключевого транзистора электронного коммутатора.

К основным узлам инвертора проверки мощных транзисторов относятся:
- сетевой понижающий выпрямитель с фильтром помех преобразователя.
- генератор скважности импульсов с широтно-импульсным регулятором.
- однотактный преобразователь на ключевом транзисторе.
- усилитель перегрузки цепи защиты ключевого транзистора.
- стабилизированный регулятор напряжения питания инвертора.
- выходной выпрямитель цепи нагрузки с фильтром.
- приборы индикации технического состояния испытуемого транзистора.

Описание работы элементов схемы:

Генератор прямоугольных импульсов выполнен на аналоговом интегральном таймере (1) на микросхеме общего применения DA1. Микросхема обладает стабильной работой в широком диапазоне питающих напряжений и имеет мощные выходы.

Применение интегрального таймера позволяет довольно просто выполнить генератор импульсов. Процесс заряд-разряда внешнего конденсатора С1 происходит циклически. Регулятор скважности R1 позволяет изменять скважность импульсов генератора. Заряд конденсатора С1 происходит по цепи VD1, R1, R2. Разряд через цепь R2R1VD2R4R3. Частота генератора при этом не меняется. Регулируется только ширина импульсов.

Отношение интервала высокого уровня к полному периоду называется скважностью или рабочим циклом и зависит от времени заряда и разряда конденсатора C1.
В инверторе применена схема генератора с регулятором скважности импульсов на резисторе R1 и конденсаторе C1, и регулятором частоты преобразования на резисторе R5.
Частота генератора изменяется с изменением напряжения на выводе 5 DA1 - модификации уровня напряжения переключения компараторов (порога срабатывания).
На выходах 3 и 7 таймера DA1 сигналы имеют противоположные уровни, точнее когда на выходе 3DA1 высокий уровень выход 7DA1 закрыт и когда на выходе 3DA1 низкий уровень вывод 7 открыт и замкнут на минус источника питания.

Питание генератора импульсов на таймере DA1 выполнено на стабилизаторе DA2, необходимость установки которого заключается в понижении напряжения источника питания до паспортных величин.

Транзисторный ключ инвертора выполнен на исследуемом полевом или биполярном мощном транзисторе VT1. Зажимы подключения транзистора выведены на внешнюю сторону корпуса прибора. Обозначение: ХТ1-К/С соответствует выводу коллектора биполярного транзистора обратной проводимости или стока полевого транзистора N- проводимости, ХТ2 –Б/З база и затвор соответственно, ХТ3-Э/И эмиттер и исток соответственно. При проверке транзисторов прямой проводимости выводы ХТ1 и ХТ3 следует поменять местами.

Импульс положительной полярности с выхода 3DA1 через резистор R4 поступает на вход исследуемого транзистора VT1, транзистор открывается, в первичной цепи трансформатора Т3 проходит импульс тока, трансформатор входит в режим насыщения. Проверка транзисторов прямой проводимости проходит по схеме: открытие транзистора через резистор R3 (подача минуса источника питания), закрытие - высоким уровнем с выхода 3 DA1.Трансформатор Т3 в данном случае будет находиться в эмиттерной цепи исследуемого транзистора прямой проводимости.

Обратное напряжение первичной обмотки трансформатора Т3 гасится демпферной цепью VD6, R10, C6.
Закрытый во время прямого хода импульса диод выпрямителя вторичного напряжения VD7, во время обратного хода открывается, и ток созданный накопленной в магнитопроводе энергии трансформатора T3, поступает в нагрузку - лампу EL1.

Светодиодный индикатор HL 2 и лампа позволяют визуально определить наличие напряжение на нагрузке и мощность. Транзисторы VT1, VT2 ввиду кратковременного режима испытаний не требуют мощных радиаторов.

Питание цепей инвертора выполнено от стабилизированного источника тока на трансформаторе T2, выпрямителе VD4, и сглаживающем фильтре на конденсаторах С5С8. Регулятор напряжения на транзисторе VT2 позволяет плавно поднимать напряжение в цепях инвертора при определении характеристик.

Светодиод HL1 указывает на наличие напряжения питания инвертора. На входе сетевого блока установлен входной высокочастотный фильтр, конденсатор С2 устраняет несимметричные помехи, дроссель на трансформаторе T1 устраняет симметричные помехи возникающие в процессе преобразования энергии.

Обмотки трансформатора Т1 намотаны в разных секциях и включены синфазно.. Поэтому результирующий магнитный поток в магнитопроводе дросселя равен нулю, что даёт возможность использовать магнитопровод без магнитного зазора. Даже при малом числе витков такой дроссель обладает большим сопротивлением для тока симметричной помехи (3).

Выходной высокочастотный трансформатор Т3 является источником помех, из-за наличия индуктивности рассеивания и возникновения выбросов напряжения. Для снижения уровня помех первичная обмотка высокочастотного трансформатора зашунтирована цепью состоящей из быстродействующего диода VD6 и нагрузки - резистора R10 с конденсатором С6 фильтра. Выбросы обратного напряжения после выпрямления диодом VD6 утилизируются в виде тепла на резисторе R10.

Цепи вторичного напряжения:
Энергия преобразователя во время обратного хода преобразования выпрямляется мощным высокочастотным диодом VD7 с утилизацией на нагрузке – лампе EL1. Конденсатор С9 в параллельном подключении к диоду VD7 устраняет импульсные помехи во время преобразования тока диодом. Светодиод HL2 указывает на наличие напряжения на нагрузке.

Радиокомпоненты: В схеме применены радиодетали заводского исполнения, аналоговый таймер типа NE555 заменим на КР1006ВИ1. Транзистор КТ827Б заменим на составной транзистор состоящий из КТ312Б и КТ819Б.

Трансформатор Т3 применён от источника питания телевизора или монитора, можно использовать и самодельный трансформатор на ферритовым стержне или кольце 40*4*35. Количество витков первичной обмотки 45-50 диаметром 0,31мм типа ПЭЛ, вторичной 15 витков 3*ПЭЛ 0,31. Предварительно кольцо подготовить под провод, обмотав лакотканью.

Трансформатор Т2 источника питания типа ТН или ТПП мощностью 100-120 ватт, на вторичное напряжение 32-36 вольт при токе 1-3 Ампера.
Контроль напряжений и оков в схеме выполняется с помощью выносного тестера или авометра.
Регуляторы скважности - R1 и частоты - R6, регулятор - «Питание» светодиоды HL1, HL2, выключатель сети -SA2 и предохранитель FU1 установлены на лицевой панели.
Транзистор VT2 выведен из печатной платы на отдельный радиатор.
Разъёмы подключения транзистора VT1 выведены из корпуса.

Порядок сборки: Схема инвертора проверки мощных транзисторов собрана на печатной плате размерами 115*65 из стеклотекстолита. Трансформатор Т2 с фильтром установлены отдельно в корпусе.
Наладка устройства начинается с проверки монтажа схемы, напряжения источника питания, установки напряжения питания инвертора.

Определение рабочего состояния исследуемого транзистора:
Исследуемый транзистор VT1 подключается к клеммам ХТ1-ХТ3 с указанными рекомендациями. контролируется свечение светодиодов HL1 - HL2, если это происходит транзистор исправен. Резкое возрастание тока или его отсутствие свидетельствует о неверном подключении или непригодном транзисторе.

Определение коэффициента передачи тока:
Входной ток исследуемого транзистора ограничен резисторами R3, R4. яркость лампы зависит от усиления транзистора.

Регулирование мощности в нагрузке выполняется резистором R1 - скважности, при этом мощность на нагрузке будет плавно изменяться.

Изменение частоты генератора также влияет на мощность инвертора, чем выше частота, тем выше мощность при неизменных габаритах импульсного трансформатора T3.
Плавное изменение частотного диапазона зависит от положения движка резистора R6 - «Частота».

Исследование температурного режима исследуемого транзистора без нагрузки и под нагрузкой, проводится с применением контактного термометра - тестера типа 830. Температура при длительном включении с током в 1000 мА не должна превышать 65 градусов Цельсия.

Тестирование высоковольтным импульсным напряжением происходит постоянно при наличии преобразования. Амплитуду импульсного напряжения можно определить цифровым тестером или осциллографом на трансформаторе преобразователя. При наличии в исследуемом транзисторе межэлектродных микропробоев высоковольтные импульсы вскоре выведут такой транзистор окончательно из строя, ток резко возрастёт и при критическом состоянии произойдёт отключение схемы цепями защиты.

Заключение:
Исследования, проведённые с помощью «Инвертора проверки мощных транзисторов», показали надёжность схемы. Напряжение вторичной цепи доходило до 26 вольт, без существенного нагрева испытуемого транзистора, на низких частотах наблюдался слабый писк обмоток трансформатора.

Рабочее состояние платы вне корпуса - на фото.

Литература:
1) И.П.Шелестов. Радиолюбителям: полезные схемы. Особенности применения аналоговых интегральных таймеров.стр.108. Солон-Пресс. Москва 2003.
2) С. Косенко. Особенности работы индуктивных элементов в однотактных преобразователях. Радио№7, 2005, с.30-32.
3) М.Дорофеев. Снижение уровня помех от импульсных источников питания. Радио №9, 2006, с.38-40.

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• Sprint-Layout