Na drugim końcu spektrum są mierniki za kilkanaście do kilkudziesięciu złotych. Ba, w najtańszych egzemplarzach 1/3 ceny to cena dołączonej baterii. Zwykle nie są ani zbyt dokładne, ani precyzyjne, a pomiary obarczone są błędami 5-10%, a czasem nawet 30%. Oczywiście są nawet w tym przedziale cenowym mierniki dokładne do tych 2-5%, co w większości przypadków na początek wystarczy. Dodatkowo jeszcze większość bardzo tanich multimetrów ma minimalne zabezpieczenia, często sprowadzające się do pojedynczego bezpiecznika, dlatego oznaczenia norm CAT II i CAT III należy traktować jako chiński chwyt marketingowy.
Ale prawie wszystkie z nich łączy jedna wspólna cecha - posiadanie najbardziej bezużytecznej funkcji pomiarowej. Ba, czasem spotyka się ją też w droższych modelach. Funkcją tą jest pomiar wzmocnienia prądowego tranzystorów bipolarnych, oznaczany literami hFE.
Co to jest wzmocnienie prądowe tranzystora bipolarnego i jak się je mierzy?
Tranzystor w stanie przewodzenia przepuszcza prąd między emiterem a kolektorem. Prąd ten jest zależny od prądu przepływającego między emiterem a bazą tranzystora. Stosunek prądu bazy do prądu kolektora nazywamy wzmocnieniem prądowym tranzystora. Każdy tranzystor ma inne wzmocnienie prądowe. Nawet dwa tranzystory wyprodukowane w jednej partii jeden po drugim będą się różniły wzmocnieniem. Dlatego to wzmocnienie w notach katalogowych jest podawane jako zakres, a nie jako konkretna liczba. Dla przykładu popularne tranzystory BC547 mają wzmocnienie od 110 do 800 i jeszcze w fabryce są dzielone na trzy grupy według tego wzmocnienia: A 110-220, B 200-450, C 420-800. Zatem jak tani miernik dokonuje pomiaru? W bardzo prosty sposób: przepuszcza mały prąd między bazą a emiterem badanego tranzystora i mierzy prąd płynący przez kolektor. Rozpatrzmy najpierw pomiar tranzystora NPN na schemacie poniżej:
Przez rezystor Rb przepływa prąd Ib, prąd ten przepływa między bazą a emiterem. Przez rezystor Rc przepływa prąd Ic między kolektorem i emiterem. Mierząc napięcie na rezystorze Rc i znając wartość Rc, można obliczyć wartość prądu Ic. Ponieważ
$$Ic = Ib * β$$
gdzie β to wzmocnienie prądowe tranzystora, oznaczane też jako hFE, to znając wartość Rb i przez to Ib oraz zmierzoną wartość Ic i wartość Rb, można bez problemu obliczyć wartość wzmocnienia.
Teraz spójrzmy na pomiar dla tranzystora PNP:
Tym razem prąd przepływa przez złącze baza-emiter w kierunku od emitera do bazy, przez rezystor Rb i do masy. Prąd przepływa też od emitera do kolektora, przez rezystor Rc i do masy. Znając prąd Ib i mierząc prąd Ic na podstawie zmierzonej wartości napięcia na rezystorze Rc i wartości tego rezystora, można obliczyć zarówno prąd Ic, jak i wzmocnienie, bo wzór się nie zmienia.
Dwie uwagi do powyższego opisu:
1. Praktyczna realizacja pomiaru zależy od konkretnego modelu multimetru. Ja chciałem tylko przedstawić ogólną zasadę pomiaru.
2. Najtańsze multimetry w rodzaju DT-830B mierzą prąd kolektora dla tranzystorów PNP i prąd emitera dla tranzystorów NPN wedle poniższego schematu (Q1 i Q2 to badane tranzystory, w czasie pomiaru występuje tylko jeden z nich na raz). Dlaczego takie rozwiązanie jest jeszcze gorsze, to już zadanie do rozwiązania dla Was.
Dlaczego pomiar wzmocnienia prądowego nie ma sensu?
1. Wzmocnienie prądowe zależy od temperatury.
Im tranzystor cieplejszy, tym jest wyższe. Dla przykładu weźmy tranzystor mocy TIP31. Jego wzmocnienie, przy wszystkich innych parametrach takich samych wynosi około 80 w temperaturze -55 stopni, prawie 150 w temperaturze 25 stopni i 200 w temperaturze 150 stopni.
2. Wzmocnienie prądowe zależy od prądu kolektora.
I nie jest to zależność liniowa. Dla przykładu nota katalogowa BC547 od On Semiconductor podaje na wykresie wzmocnienie tranzystora w funkcji prądu kolektora. I tak przy Ic = 5 mA wzmocnienie ma wartość nominalną. Ale przy prądzie 1,5 mA wynosi już tylko około 90% wzmocnienia nominalnego, by przy 300 uA spaść już poniżej 70%. W zakresie 5-40 mA wzmocnienie jest powyżej 100%, by potem znów spaść do 60% dla 100 mA. TIP31 z kolei ma wzmocnienie w okolicy 150 dla prądu kolektora od 40 mA do 100 mA, by potem spaść poniżej 70 dla 1 A i poniżej 40 dla 2 A.
3. Prawie wszystkie układy są projektowane tak, by pracowały niezależnie od tego, jakie wzmocnienie prądowe ma dany tranzystor.
Większość układów projektowana jest tak, aby pracowały prawidłowo niezależnie od tego, czy użyty tranzystor będzie miał najniższe czy najwyższe wzmocnienie prądowe, jakie może mieć dla swojego typu. Układy, gdzie potrzeba dobrać tranzystory pod względem wzmocnienia, to zwykle układy mocno specjalizowane, gdzie potrzeba dwóch (lub więcej) identycznych tranzystorów o bardzo zbliżonych lub wręcz identycznych parametrach. Można te tranzystory dobrać ręcznie, ale większość producentów ma przynajmniej kilka układów scalonych zawierających precyzyjnie dobrane tranzystory. Zaletą takich gotowych układów jest fakt, iż tranzystory są na wspólnym podłożu, przez co każdy z nich ma taką samą temperaturę co sąsiedzi.
4. Tanie mierniki są za mało dokładne by pozwolić na dobranie tranzystorów w sytuacji, gdy potrzeba dwóch lub więcej identycznych egzemplarzy.
5. Tanie mierniki mierzą wzmocnienie dla jednego, zwykle bardzo niskiego prądu, przykładowo 10 uA.
To wystarcza dla tranzystorów małosygnałowych, ale może być za mało dla tranzystorów mocy. Zakres pomiaru też może być za wąski w przypadku par Darlingtona lub Sziklaiego. Przykładowo para Darlingtona z tranzystorów BC547C może mieć wzmocnienie 176400-640000.
6. Dobieranie tranzystorów pod względem wzmocnienia może nie wystarczyć.
W układach, gdzie potrzeba dobrać tranzystory, na przykład we wzmacniaczach różnicowych lub w konwerterach logarytmicznych (występują jako cześć generatora sterowanego napięciem w wielu amatorskich i profesjonalnych syntezatorach analogowych), trzeba też dobrać tranzystory pod kątem spadku napięcia baza-emiter. Tanie multimetry nie są w stanie dokonać takiego pomiaru. W Internecie można znaleźć przykładowe układy do pomiaru wzmocnienia i Vbe o większej dokładności, niż jest w stanie zapewnić tani multimetr.
Opis, jak dokładnie mierzyć i porównywać tranzystory bipolarne znajduje się tutaj.
W swoim życiu użyłem funkcji hFE może ze 3-4 razy po to, by sprawdzić, czy tranzystor "z wylutu" działa.
A Wy? Znacie tę funkcję? Używacie jej?
Napiszcie.
Cool? Ranking DIY
