Измеритель напряжения пробоя полупроводников

Для тех, кто практикует ремонт или сборку своих или чужих конструкций, реальные параметры полупроводников имеют решающее значение. А с учётом наличия в продаже радиодеталей, не соответствующих заявленным параметрам, - тем более. Не все они могут быть проверены с помощью обычного мультиметра. Например, проверка такого важного параметра, как максимальное допустимое напряжение коллектор-эмиттер (сток-исток) для транзисторов, или максимальное обратное напряжение для диодов им недоступно. В этом случае может помочь предлагаемая конструкция по схеме ниже.

В основе работы устройства заложен принцип обратимого неразрушающего пробоя. Это достигается за счёт ограничения тока, протекающего через полупроводник, что не приводит к его тепловому пробою и выходу из строя. Примеры подключения проводников для проверки:

Основные характеристики устройства:

• Питающее напряжение, не стабилизированное - 11...15В;
• Потребляемый ток холостого хода при питании 12В, контакты 5, 6 не замкнуты - 30мА;
• Потребляемый ток при питании 12В, контакты 5, 6 замкнуты - 230 мА;
• Потребляемый ток при питании 12В, контакты 5, 6 замкнуты, выход закорочен - 330 мА;
• Максимальное напряжение на выходе - 1130В;
• Выходной ток - 1 мА.

Повышающий преобразователь построен на основе широко распространённого ШИМ-контроллера DA1 TL494. Изготовить для него повышающий трансформатор Т1 можно, конечно, самостоятельно, но это трудоёмко и утомительно, поэтому для этой цели использован готовый, предназначенный для подсветки мониторов лампами холодного катода (CCFL). Однако из-за чрезмерного коэффициента трансформации, который необходим для первоначального поджига лампы, регулирование выходного напряжения осуществляется не ШИМ-контроллером DA1, а внешним понижающим преобразователем DA2 LM2576-ADJ. Сигнал обратной связи по выходному напряжению снимается с делителя R27...R30. Преобразователь DA2 сравнивает его с внутреннем опорным напряжением 1,23В, изменяя соответствующим образом питание первичных обмоток трансформатора Т1. При таком способе регулирования, в отличие от ШИМ, удаётся уменьшить амплитуду импульсов на вторичной обмотке трансформатора, что уменьшает потери, повышает КПД и надёжность работы в целом. Плавный запуск и ограничение тока заряда конденсаторов С15...С17 на уровне около 5 мА осуществляет с помощью токоизмерительного резистора R23 встроенный ОУ контроллера DA1. Супрессор (защитный диод) VD18 ограничивает максимальное напряжение на входе 1 DA1 и защищает резистор R23 от перегрузок во время переходных процессов. Элементы R3, C3 задают значение частоты преобразования около 68 кГц. В данном случае относительно высокая частота вызвана стремлением уменьшить ток намагничивания холостого хода трансформатора из-за низкой индуктивности первичных обмоток. Элементы R4, R5, R7, R8, VD1, VD2, VT1...VT4 обеспечивают крутые фронты для переключения транзисторов VT5 и VT6, что снижает потери. Снабберные (ограничительные) цепи R9, R10, C11, C12, VD4, VD5 поглощают и рассеивают энергию паразитного высоковольтного выброса индуктивности первичных обмоток, предохраняя ключи VT5, VT6. Ограничение (стабилизацию) выходного тока осуществляют элементы R31, R32, R33, VD19, VD20, VT7. Элементы R31, R32 обеспечивают начальное смещение для транзистора VT7, стабилитрон VD19 ограничивает напряжение затвор - исток на уровне 15В. Ток, проходящий через резистор R33, вызывает на нём падение напряжения до уровня, при котором транзистор VT7 начинает закрываться. А поскольку напряжение затвор - исток фиксируется стабилитроном VD19, наступает баланс между напряжением закрытия VT7 и падением напряжения на резисторе R33, что и обеспечивает стабилизацию тока. Ток стабилизации в данном случае равен напряжению открытия транзистора VT7, поделённого на сопротивление R33. Стабилитрон VD20 защищает транзистор VT7 при коротком замыкании на корпус. Подача тока на исследуемый элемент осуществляется замыканием кнопкой вывода 5 DA2 на корпус, контакты 5 и 6 на плате.

Резисторы R11...R22 выравнивают токи утечки диодов VD6...VD17, которые из-за их последовательного включения и разброса параметров могут превысить значение максимального допустимого обратного напряжения для одного диода, а резисторы R24...R26 компенсируют и выравнивают токи утечки последовательно соединённых конденсаторов C15...C17. Резистор R35 гарантированно отключает DA2, обесточивая трансформатор Т1 и снимая напряжение на выходе устройства. Некоторые экземпляры LM2576 могут работать без него неустойчиво.

Ключевой элемент схемы - трансформатор Т1. Совершенно не обязательно применять для устройства именно этот тип. Подойдёт практически любой, имеющий две первичные обмотки и одну вторичную. Его можно, как и в этом конкретном случае, "добыть" из неисправного монитора. Как правило, чем больше диагональ монитора, тем выше необходимо напряжение на выходе, и тем больше будет соотношение числа витков обмоток. Найти подробную спецификацию трансформатора в Интернете практически невозможно, так что для указанного в схеме трансформатора параметры следующие: для первичных обмоток - индуктивность 90 мкГн, сопротивление по постоянному току 0,1 Ом, добротность на частоте 10 кГц - 42; для вторичной обмотки - индуктивность 1,016 мГн, сопротивление по постоянному току 724 Ом, добротность на частоте 10 кГц - 84.

Фото трансформатора:

Резисторы R11...R22, R24...R26 подойдут угольные импортные CF-200 2 Вт номиналом до 1 МОм. Для делителя R27, R28 лучше использовать металлооксидные резисторы - МЛТ-2, С2-33Н, С2-29В, МО-200 и аналогичные. С ними и точность лучше, и временные параметры стабильней. Придерживаться точных номиналов делителя на схеме не обязательно, можно подобрать свои - выходное напряжение рассчитывается по формуле Uвых=((R27+R28)/(R29+R30)+1)*Uоп, где Uоп - опорное напряжение у DA2, равное 1,23В.

Первоначально устройство собирается без установки трансформатора Т1. Сопротивление R29 выкручивается до максимального значения. Подстройкой R1 устанавливается минимальная длительность импульсов на затворах транзисторов VT5, VT6. Осциллографом проверяется работоспособность схемы, после чего устанавливается трансформатор Т1. К выходу устройства подключается вольтметр. Тут необходимо оговориться - хотя большинство мультиметров имеют предел измерения постоянного тока в 1000В, серьёзно рассчитывать на это не стоит. Из тех мультиметров, что мне попадались, высокоомный резистор в делителе напряжения, судя по габаритам, имеет мощность 1 Вт. Это означает, что его максимальное рабочее напряжение равно 500В, что объективно мало. 10 МОм входного сопротивления тоже не много для высоких напряжений. Так что измерять напряжение более 500В я бы поостерёгся. Безопаснее использовать внешний высокоомный (100 МОм или более) делитель с повторителем напряжения на ОУ, выход которого уже подключается к мультиметру, либо к самодельному вольтметру. Например:

После установки трансформатора на плату и включения устройства настраивается максимальное выходное напряжение измерителя. Задача сводится к установке максимальной ширины импульсов на выходе ключей VT5, VT6 при минимальном напряжении питания трансформатора Т1. Подстроечным резистором R29 устанавливается верхний предел выходного напряжения, а резистором R1 - коэффициент заполнения управляющих импульсов ключей VT5, VT6. Поочерёдной подстройкой резисторов R1 и R29 добиваются необходимого значения выходного напряжения. В моём случае при выходном напряжении 1130В напряжение питания трансформатора получилось 9,49В. Для установки максимального значения выходного тока к выходу обесточенного измерителя подключают миллиамперметр. При включении DA2 измеряемое значение тока может лежать в пределах 0,6...1,2 мА. Точное значение не существенно, необходимо попасть в диапазон 0,6...1 мА путём подбора номинала резистора R33. Если необходимо измерять падение напряжения в заданном диапазоне токов, можно последовательно с R33 включить переменный резистор 10 кОм.

Внешний вид собранного устройства:

Примеры измерения максимальных значений обратных напряжений:

Супрессор (защитный диод) 1,5КЕ400АС

Диодная сборка 16С20

Диод 1N4148

Диод 1N5819

Транзистор 2SA1943

Транзистор E13009

Диод FR605

Транзистор IRF5210

Транзистор IRF9640

Транзистор IRFP450

А вот и подделка. MJE350. Должно быть не менее 300В. А в реальной схеме, с учётом сопротивления в цепи базы, максимальное напряжение коллектор - эмиттер будет ещё меньше...

В заключение хочу обратить внимание на критическую опасность для жизни предлагаемого устройства. Высокое напряжение на выходе измерителя, пусть даже питаемого с выпрямителя с суммарной ёмкостью сглаживающего фильтра 3,3 мкФ, может оказаться фатальным. Уж болезненно точно, испытано на себе. Так что будьте осторожны.

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}