Повреждения полупроводниковых приборов, их предупреждение и устранение
Повреждения полупроводниковых приборов могут быть электрические и механические. Так как для питания устройств, собранных на полупроводниковых приборах, используются обычно низковольтные источники тока, то любое кратковременное повышение напряжения или ошибочное включение батареи (если в устройстве не были предусмотрены на этот случай меры предосторожности) выводит полупроводниковые приборы из строя. Пробой - наиболее часто встречаемый вид электрического повреждения. Полупроводниковый прибор с электрическим повреждением, как правило, ремонту не подлежит.
Недостатком полупроводниковых приборов является, их большая чувствительность к перегреву. Для германиевых транзисторов опасен, например, нагрев свыше 100° С, а для кремниевых - свыше 150 - 200° С. Поэтому в целях повышения надежности не рекомендуется применять транзисторы в режимах, сочетающих максимально допустимые мощности, напряжения и температуру, а также вводить в цепь базы высокоомные сопротивления.
Рис. 16. Самодельные радиаторы для транзисторов
Мощность, рассеиваемую транзистором при работе в непрерывном режиме, можно существенно увеличить, применив радиатор. Рассмотрим два типа самодельных радиаторов.
Первый из них (рис. 16, а) предназначен для транзисторов большой мощности. Пластины радиатора могут быть изготовлены из металла, обладающего большой теплопроводностью (медь, алюминий или его сплавы). Набор пластин с прижатым к нему с помощью фланца транзистором стягивается четырьми винтами с гайками.
Радиатор другого типа (рис. 16, 6) может быть использован с транзистором серии КТ315. Его изготавливают из полоски металла (медь, алюминий и т. д.) шириной на 2 — 3 мм больше длины корпуса транзистора и приклеивают к корпусу эпоксидной смолой или другим клеем с хорошей теплопроводностью. При установке транзистора на плате концы радиатора должны упираться в плату.
Рис. 17. Легкосъемный теплоотвод для пайки транзисторов
В некоторых случаях тепловой режим маломощных транзисторов можно несколько облегчить, надев на металлический корпус транзистора тор («баранку») из проволочной спирали. Диаметр проволоки должен составлять 0, 5 — 1, 0 мм. Материалом может служить неизолированная медная, латунная, бронзовая или биметаллическая проволока. «Баранка» из спиральной пружины, надетая на корпус, должна плотно прижиматься к корпусу полупроводникового прибора. Для лучшего отвода тепла рекомендуется в месте их соприкосновения удалить краску с корпуса прибора.
Необходимо применять особые меры предосторожности и при пайке полупроводниковых приборов. Так, пайка гибких выводов допускается на расстоянии не менее 10 мм от корпуса. Во избежание повреждения транзистора паять вывод следует, используя теплоотвод в виде пинцета с медными наконечниками или зажимая выводы губками плоскогубцев. Отпускать плоскогубцы можно лишь после остывания места пайки. При пайке транзисторов, а также миниатюрных деталей очень удобен самодельный легкосъемный теплоотвод (рис. 17). Его можно изготовить из зажимов типа «крокодил», спилив концы губок и впаяв медные губки-вкладыши. Зажим должен иметь возможно более жесткую пружину. При пайке зажим присоединяют по возможности ближе к корпусу деталей. Рекомендуется также пользоваться маломощными паяльниками. Если корпус транзистора нагрелся так, что его невозможно держать пальцами, то это указывает на опасность перегрева прибора. Перед пайкой необходимо хорошо залуживать лепестки на контактных платах, к которым припаиваются выводы полупроводникового прибора.
Основной вид механических повреждений полупроводниковых приборов - поломка выводов. В некоторых случаях такие повреждения можно устранить.
Если у транзистора поломался средний вывод (база - у обычных транзисторов и коллектор - у диффузионных), то шабером или надфилем у края «юбочки» прибора зачищают небольшой участок поверхности корпуса. Затем это место залуживают и к корпусу прибора припаивают новый вывод. Нужно, однако, иметь в виду, что перегрев транзистора приводит к нарушению внутренних паек, выполненных легкоплавкими припоями, а следовательно, - к выходу его из строя.
Пайку и залуживание корпуса транзистора можно производить обычным припоем хорошо прогретым паяльником. Но при залуживании необходимо применять высокоактивные флюсы ЛТИ (ЛТИ-1 - спирт-сырец 67 - 73%, канифоль 20 - 25%, солянокислый анилин 3 - 7%, триэтаноламин 1 - 2%; ЛТИ-115 - спирт-сырец 63 -74%, канифоль 20 - 25%, метафенилендиамин 3 - 5%, триэтаноламин 1 - 2%; ЛТИ-120 - спирт-сырец 63 - 74%, канифоль 20 - 25%, триэтаноламин 1 -2%, диэтил-амин солянокислый 3 - 5%) или флюс с солянокислым анилином (солянокислый анилин 1, 75%, глицерин 1, 5%, канифоль - остальное; нужной вязкости добиваются добавкой соответствующего количества уайтспирита). Это объясняется тем, что материал корпуса транзистора сплав ковар - плохо залуживается простыми канифольными флюсами. Залуживание и пайку при помощи высокоактивных флюсов следует производить в минимально короткий срок, так чтобы сам транзистор не успевал прогреться.
Перегрев полупроводникового прибора при пайке иногда можно предотвратить, применяя следующий способ. Триод или диод нужно поместить в воду так, чтобы место пайки находилось выше уровня воды. Далее пайку производят без особых предосторожностей. Вода, в которую прибор погружен, не даст ему перегреться. Даже при кипении температура ее не будет превышать 100° С.
Простые приборы для испытания транзисторов. На рис. 18 приведены две схемы простых приставок к авометру, предназначенных для испытания транзисторов. Несложная приставка (рис. 18, а) рассчитана для проверки маломощных низкочастотных и высокочастотных транзисторов структуры р-n-р и n-р-n. Ее можно использовать с любым авометром и производить с достаточной точностью измерение коэффициента передачи тока h21э при любом заранее заданном токе коллектора, т. е. определять эту величину при токе коллектора, соответствующем режиму транзистора в реальной конструкции и, следовательно, более объективно сравнивать транзисторы между собой. Приставка позволяет измерять также величину Iко.
Авометр при использовании этой приставки должен быть установлен на измерение постоянного тока. Полярность источника питания и способ подключения авометра должны соответствовать структуре проверяемого транзистора.
При испытании транзистора, подключенного к соответствующим гнездам панели, переключатель В1 из нейтрального положения переводят в положение «IКо» (нижнее положение на схеме рис. 18, а) и отсчитывают показания Iко по шкале микроамперметра приставки (в приставке может быть применен микроамперметр типа М592 с пределом измерения 50-0-50). Затем переключатель переводят в положение h21э и переменным резистором R2 по шкале авометра устанавливают необходимый коллекторный ток транзистора. После этого отсчитывают показания тока по отклонению стрелки микроамперметра включенного в схему приставки. Полярность подключения источника зависит от структуры транзистора (на схеме рис. 18, а полярность соответствует структуре р-n-р; в случае структуры n-р-n полярность источника питания нужно поменять на обратную).
При использовании приставки для измерения параметров транзисторов средней и большой мощности необходимо ввести дополнительный переключатель, с помощью которого можно было бы подключать шунт, уменьшающий чувствительность микроамперметра приставки.
Другая приставка, схема которой показана на рис. 18, б, также предназначена для измерения статического коэффициента передачи тока h21э маломощных и мощных транзисторов, а также обратного тока коллектора Iко маломощных транзисторов структуры р-n-р и n-р-n. Приставка может использоваться с любым измерительным прибором на ток 100 - 150 мкА. Питается она от батареи напряжением 4, 5 В (три последовательно соединенных элемента 316). В приставке нет дополнительного микроамперметра, и h21Э измеряется, в отличие от предыдущей приставки, при фиксированием токе смещения.
При измерении обратного тока коллектора Iко выводы базы и коллектора проверяемого транзистора подключают соответственно к зажимам Б1 и К. Переключатель В1 при этом виде измерений устанавливают, в зависимости от структуры транзистора, соответственно в положение «n-р-n» или «р-n-р». Затем с помощью выключателя ВЗ подключают питание приставки, переводят переключатель В2 в нижнее по схеме положение и отсчитывают показание Iко по шкале авометра.
Рис. 18. Приставки к авометру для проверки транзисторов: a - для маломощных ВЧ и НЧ транзисторов; б - для маломощных и мощных транзисторов
Чтобы измерить h21Э транзистора малой мощности, вывод его эмиттера соединяют с зажимом Э, переключатель В2возвращают в исходное положение (верхнее по схеме) и снова включают питание приставки. В этом режиме работы в цепь базы транзистора через резистор R1 подается фиксированный ток смещения (100 мкА). Значение Л21э определяется делением показаний прибора (в миллиамперах) на ток базы (0, 1 мА). Точно так же измеряют h21э мощных транзисторов, но вывод базы транзистора подключают к зажиму Б2 (фиксированный ток смещения в этом случае составляет 1 мА).
Если в качестве измерителя используют микроамперметр, то при измерении h21э его чувствительность необходимо уменьшить (подключая различные шунты) до такой степени, чтобы ток полного отклонения при испытании маломощных транзисторов составил 10 - 20, а при испытании мощных - 100 - 200 мА.
Отбирая транзисторы для радиолюбительских устройств, следует иметь в виду, что требования, предъявляемые к ним, не всегда бывают одинаково строгими. Для стабилизированных каскадов усилителей НЧ, работающих при токе коллектора 1 — 2 мА, пригодны транзисторы с током Iко до 30 мкА, для оконечных каскадов, где ток коллектора составляет 5 — 10 мА и с током 1КО до 60 мкА (в мощных выходных каскадах - еще больше). Не рекомендуется применять транзисторы, у которых за время измерения заметно увеличивается обратный ток. Такие транзисторы сильно шумят и чаще других выходят из строя.
Рис. 19. Простые генераторы для испытания транзисторов:
а — для грубой проверки работоспособности транзисторов; б — для подбора пар транзисторов
Для грубой проверки маломощного транзистора, позволяющей лишь судить о том, работает он или нет, можно использовать простейший звуковой генератор (рис. 19, а). Если проверяемый транзистор исправен, то в телефонах будет слышен звук высокого тона, если неисправен - в телефонах звук отсутствует. Здесь Т1 проверяемый транзистор; Тф1высокоомные головные телефоны.
Подбор пар транзисторов. Иногда возникает необходимость подбирать пары транзисторов с одинаковыми или близкими параметрами (например, для работы в двухтактном каскаде). В этих случаях может оказаться полезным устройство, схема которого представлена на рис. 19, б. Пара транзисторов в этом устройстве испытывается поочередно в генераторном режиме.
При подборе пар транзисторов переключатель В4 в зависимости от структуры пары транзисторов устанавливают соответственно в положение «n-р-n» или «р-n-р» и при замыкании выключателя В2 (спаренного с переменным резисторомR4) на транзисторы подается питание. Ток в цепи базы можно регулировать с помощью резистора R4 и, следовательно, можно регулировать генерируемое напряжение UВЬ1Х на выходе устройства. При подборе пары маломощных транзисторов резистор R3 должен быть зашунтирован (выключатель ВЗ замкнут).
Если транзисторы имеют близкие или одинаковые параметры, то поочередное переключение их с помощью В5 не изменяет интенсивности свечения неоновой лампы. Проверка ведется при минимальном свечении лампы (режим, близкий к срыву генерации), регулируемом переменным резистором R4.
Напряжение UВЫх можно с устройства подавать на вход осциллографа. При этом вместо неоновой лампы нагрузкой генератора служит балластное сопротивление - резистор R1.
Трансформатор Tpl собран на сердечнике из пластин Ш10 (толщина набора 10 мм). Обмотка I состоит из 1600 витков провода ПЭЛ 0, 1; обмотка II - 120 витков провода ПЭЛ 0, 3 (отвод от 20-го витка).