Istnieje kilka gotowych rozwiązań, ale większość z nich opiera się na wykorzystaniu zewnętrznego miernika, kilku wzmacniaczy operacyjnych i garści elementów pasywnych by stworzyć analogowy miernik wzmocnienia i napięcia Vbe. Układy te choć na pierwszy rzut oka dobre, charakteryzują się mimo wszystko niską precyzją pomiaru, wymagają zasilania symetrycznego i dodatkowej kalibracji. Nie wspominając już o tym, że w praktyce potrzeba dwóch oddzielnych układów do testowania tranzystorów NPN i PNP. Przedstawione poniżej rozwiązanie pozwala w łatwy sposób porównywać pary tranzystorów, a opisany w dalszej części układ oferuje znacznie lepsze parametry od powszechnie stosowanych rozwiązań amatorskich.
Porównywanie tranzystorów bipolarnych pod kątem wzmocnienia i Vbe metodą "ręczną".
Przedstawiony poniżej układ pozwala w łatwy sposób porównać dwa tranzystory z użyciem w miarę przyzwoitego woltomierza. Warunkiem jednak jest posiadanie dwóch par rezystorów o jak najdokładniej zmierzonych i sparowanych rezystancjach. Takie rezystory można zmierzyć i dobrać w warunkach domowych mając wystarczająco dokładny multimetr, lub ewentualnie poprosić o pomoc elektronika z dużo lepszym miernikiem. Można też kupić rezystory o precyzji 0,01% w zagranicznych sklepach, choć ich ceny bywają znaczne. Przejdźmy zatem do schematu:
R1 i R2 zasilają kolektory tranzystorów, R3 i R4 dostarczają do baz prąd o wartości:
$$Ib = \frac{Vcc - Vbe}{100kΩ}$$
Prąd kolektora wynosi:
$$Ic = Ib * β$$
Na rezystorze kolektora będzie spadek napięcia:
$$Uc = Vcc - \frac{Ic}{10Ω}$$
Miernik MR2 podaje różnicę między VbeQ1 i VbeQ2, Miernik MR1 zaś różnicę między UcQ1 i UcQ2.
Procedura segregowania tranzystorów powinna zacząć się od porównywania ich pod kątem Vbe (pomiar miliwoltomierzem włączonym jak MR2). Jeśli biegun dodatni miernika jest podłączony do bazy Q1, to wynik dodatni wskaże, iż VbeQ1 jest wyższe od VbeQ2. Potem można sortować tranzystory pod kątem wzmocnienia w obrębie grupy o tym samym Vbe. Wtedy, jeśli miliwoltomierz jest wpięty jak MR1 plusem do Q1, a wynik pomiaru jest dodatni, to Q2 ma większe wzmocnienie prądowe z powodu większego spadku napięcia na R2.
A jak chcemy porównać tranzystory PNP? Wystarczy odwrócić polaryzację zasilania, jak na schemacie poniżej:
Wszystko mierzy się tak samo, jak w przypadku tranzystorów NPN, i z taką samą dokładnością.
No dobrze, ale co, jeśli chcemy poznać wartość Vbe i β? Vbe mierzymy po prostu włączając miernik między bazę i emiter. Może być konieczność wzięcia poprawki na impedancję miernika. Potem mierzymy spadek napięcia na rezystorze kolektora i podstawiamy do wzoru:
$$β = \frac{Ic}{Ib} = \frac{\frac{Uc}{10Ω}}{\frac{Vcc - Vbe}{100kΩ}}$$
Bardzo dokładny przyrząd porównujący Vbe i wzmocnienie tranzystorów
Spójrzmy na pierwszy schemat przedstawiający sekcję pomiarową:
Do gniazd J1 i J2 podłączone są tranzystory, które mają być porównane. Przekaźnik K2 sterowany mikrokontrolerem pozwala wybrać polaryzację układu, a zatem czy badane są tranzystory NPN, czy PNP. Przekaźnik K1 za to ustala, czy mierzymy różnicowy prąd kolektora, czy różnicowe napięcie Vbe. Kondensatory C1 i C2 stabilizują napięcia Vbe.
Za pomiar odpowiedzialny jest układ MCP3551, 22-bitowy przetwornik analogowo-cyfrowy typu Delta-Sigma. Jako wynik pomiaru podaje napięcie różnicowe między swoimi wejściami. Impedancja między tymi wejściami wynosi 2,4MΩ. Przejdźmy teraz do sekcji zasilania:
Układ U1, ADR4540 to precyzyjne źródło napięcia odniesienia o wartości 4,096V. To napięcie trafia na wejście Vref MCP3551. U2 to precyzyjny wzmacniacz LT1097 pracujący jako wtórnik napięcia z tranzystorem MOSFET-N 2N7002. Generuje on napięcie 4,096V dla układu pomiarowego. Kondensatory C1-C4 pełnią funkcję filtrów. Konfiguracja taka znajduje się w nocie ADR45xx, ale tam rekomendowany jest dużo droższy i trudnodostępny wzmacniacz operacyjny AD8663. LT1097 ma jednak mniejszy błąd niezrównoważenia napięć wejściowych i opcję jego kompensacji.
Zasada porównywania testowanych tranzystorów jest dokładnie taka sama, jak w przypadku metody "ręcznej". MCP3551 może wskazać różnice między Vbe i β badanych tranzystorów z dokładnością do około 1µV. Jeśli umieścimy tylko jeden tranzystor w takim testerze, będzie możliwy pomiar jego Vbe i β korzystając z faktu, iż jedno z wejść przetwornika będzie na potencjale Vcc o wartości 4,096V dla tranzystorów NPN, albo masy dla tranzystorów PNP.
Ulepszenia dla poprawy dokładności pomiaru
Układ można ulepszyć na kilka sposobów:
1. Przełączane rezystory Rb.
Dokładając przekaźnik można pokusić się o drugi rezystor o wartości 10kΩ albo 10MΩ. Mniejszy rezystor będzie dobry do parowania tranzystorów o małym wzmocnieniu, większy zaś sprawdzi się w przypadku tranzystorów Darlingtona lub Sziklaiego.
2. Wtórniki napięcia na bazie LT1097 dla wejść MCP3551.
Impedancja wejściowa LT1097 w konfiguracji wtórnika napięcia wyniesie 8*10^17Ω omów. Przetwornik ADC będzie w praktyce odizolowany od badanych tranzystorów, co powinno poprawić dokładność pomiaru.
3. Potencjometry kasowania błędu niezrównoważenia wejść.
Dodanie ich do wszystkich wzmacniaczy LT1097 oraz regulacja pozwolą jeszcze bardziej zwiększyć orecyzję pomiaru układu.
4. "Piekarnik" dla badanych tranzystorów
Małe pudełko wyłożone styropianem, w którym znajdą się tranzystory na czas badania. Między nimi termistor, a wokół grzałka. Prosty termostat powinien utrzymywać stałą temperaturę, przynajmniej 50 stopni Celsjusza. Dodatkowy sygnał dla mikrokontrolera poinformuje go, kiedy temperatura w pojemniku jest stabilna. Spowolni to proces pomiaru, bo przy każdym otwarciu pojemnika temperatura w nim spadnie, ale zwiększy jego dokładność, bo wszystkie tranzystory będą badane w tej samej temperaturze.
5. Skalibrowanie ADR4540 i MCP3551
Potrzebny będzie dokładny pomiar Vref i Vcc w układzie, a także podłączenie do wejść MCP3551 (przed wlutowaniem przekaźnika K1) źródła napięcia testowego i zmierzenie błędów pomiarowych przetwornika. Wszystkie te wartości, a także dokładne wartości R1, R2, R3 i R4 trzeba uwzględnić w programie mikrokontrolera.
Szacowane koszty kluczowych elementów:
LT1097 x 3 - 60PLN
MCP3551 - 19PLN
ADR4540 - 43PLN
Reszta będzie kosztować na oko kolejne 30-50PLN + koszty wysyłki.
Zatem czy ktoś z Was jest gotów zaprojektować i zbudować takie urządzenie? Czy bylibyście w ogóle zainteresowani taką porównywarką tranzystorów?
Napiszcie.
Cool? Ranking DIY
