PROBADOR DE TRANSISTORES MOS-FET

  
Creado por: V. García  

Introducción.

El transistor, es un dispositivo de cristal semiconductor, el germanio y el silicio son los materiales más frecuentemente utilizados para la fabricación de estos elementos semiconductores que tiene tres o más electrodos. Los transistores pueden efectuar y sustituyen prácticamente todas las funciones de los antiguos tubos electrónicos, con muchísimas ventajas, incluyendo la ampliación y la rectificación.  

El transistor, es la contracción de transfer resistor (transferencia de resistencia), sus inventores (John Bardeen, Walter Brattain y William Shockley, los cuales fueron galardonados con el Premio Nóbel de Física en 1956), lo llamaron así. Es un dispositivo semiconductor con tres terminales, puede ser utilizado como amplificador, modulador o interruptor en el que, una pequeña corriente aplicada al terminal Base, modifica, controla o modula la resistencia al paso de un gran corriente entre los otros dos terminales Emisor y Colector. Es el componente fundamental de la moderna electrónica digital y analógica. 

El transistor, es un dispositivo semiconductor de tres bandas o capas combinadas (Negativo y Positivo), formado por dos bandas de material tipo N y una capa tipo P, o bien, de dos capas de material tipo P y una tipo N. al primero se le llama transistor NPN, en tanto que al segundo, transistor PNP.

En el transistor, el electrodo:

    Emisor, emite los portadores de corriente (electrones o huecos), es el equivalente al cátodo de los tubos de vacío o lámpara electrónica. Colector, es el recolector de los portadores emitidos por el emisor, es el equivalente a la placa de los tubos de vacío o lámpara electrónica. Base, es por el que se ejerce el control del flujo de portadores de corriente hacia la placa, es el equivalente a la rejilla de los tubos de vacío o lámpara electrónica. 

Transistores MosFet.

Existen distintos tipos de transistores, los cuales podemos clasificar en: 

    -Transistores bipolares o BJT (Bipolar Junction Transistor), de Germanio o Silicio, NPN y PNP.
    -Transistores de efecto de campo o FET (Field Effect Transistor), de Silicio, canal P y canal N. 

Los transistores de efecto de campo FET, normalmente tienen tres terminales denominados: puerta (Gate) similar a la base en los transistores bipolares que, controla el flujo de corriente entre los otros dos, la fuente (Surtidor) y el drenador (Drain). Una diferencia significativa frente a los transistores bipolares es que, la puerta no requiere del consumo de una intensidad como ocurre con los transistores bipolares que si bien es muy pequeña (depende de la ganancia), no se ha de despreciar. 

JFET canal PJFET canal NEl JFET de canal n esta constituido por una barra de material semiconductor de silicio de tipo n con dos regiones (o islas) de material tipo p situadas a ambos lados. La polarización de un JFET exige que las uniones p-n estén inversamente polarizadas. En un JFET de canal n, la tensión del drenador debe ser mayor que la del surtidor. para que exista un flujo de corriente a través del canal. Además, la puerta debe tener una tensión mas negativa que la fuente para que la unión p-n se encuentre polarizada inversamente.

La característica más significativa que diferencia los transistores bipolares de los JFET es que, mientras los transistores bipolares son polarizados por corriente, lo que provoca un aumento del calor en el dispositivo, el conocido efecto avalancha, pudiendo dañar al dispositivo si no se toman las debidas precauciones, en cambio, en los JFET que son dispositivos controlados por tensión, son más estables con la temperatura, además tienen una alta impedancia de entrada sobre los 1012Ohmios, ofrecen una muy baja resistencia de paso, cerca de 0'005Ohmios a 12A, generan menor ruido, permiten mayor integración y sencillez, pueden disipar mayor potencia y conmutar grandes corrientes. 

Inconvenientes de los FET; debido a la alta capacidad de entrada, presentan un respuesta pobre en frecuencias, son muy poco lineales, su mayor inconveniente es la electricidad estática por eso necesitan diodos internos de protección.

En los transistores JFET intervienen parámetros como: ID (intensidad de drenador a fuente o source), VGS (tensión de puerta o gate a fuente o source) y VDS (tensión de drenador a fuente o source). Y se definen, cuatro regiones básicas de operación: corte, lineal, saturación y ruptura. 

En principio el aspecto externo de ambos tipos canal N y canal P, no es apreciable por sus encapsulados, sin embargo la diferencia es más evidente en sus respectivos símbolos, como se puede apreciar en las imágenes siguientes:

capsulas-simbolos

En la nomenclatura, para su distinción, suelen llevar intercalado una N o una P, indicando la pertenencia a uno u otro canal, en la siguiente figura se muestra la nomenclatura y particularidades de la empresa ST (STMicroelectronics). 

Nomenclator de las siglas de transistores MOSFET

La familia de los transistores de efecto de campo más conocidos son los JFET (Junction Field Effect Transistor), MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor FET) y MISFET (Metal-Insulator-Semiconductor FET). No vamos a seguir teorizando sobre el tema, no es el eje de mi propósito, sólo intentaba orientar al interesado.

El proyecto.

En esta ocasión, nos proponemos realizar un comprobador de transistores de tecnología MOS-FET, estos dispositivos como ya se ha descrito, pertenecen a la tecnología FET, a grandes rasgos esto quiere decir que, la unión entre los cristales están compuestas por altas capacidades, por lo que requieren de una tensión para su control de puerta [Gate]. 

La polarización de un transistor es la responsable de establecer las corrientes y tensiones que fijan su punto de trabajo en la región lineal (bipolares) o de saturación (FET), regiones en donde los transistores presentan características más o menos lineales. En un transistor FET, al aplicar una señal alterna a la entrada, el punto de trabajo se desplaza y amplifica esa señal.

Pero no vamos a entrar en analizar su comportamiento en ciertas condiciones. Así que, en este proyecto haremos un 'sencillo circuito' que nos permita comprobar el estado de los transistores MOSFET (tipo IRF630; PH6N60; etc.), en los cuales es bastante difícil determinar su estado, salvo cuando estos presentan 'cortocircuito' entre sus terminales, en ese caso, es muy fácil determinarlo con el multímetro o polímetro.

El circuito

El circuito presente en la figura siguiente, está constituido por una etapa osciladora seguida de una etapa amplificadora, es muy sencillo y dispone de un indicador de estado y utiliza unos pocos componentes de fácil localización. 

Así que, utilizaremos el oscilador para generar la frecuencia, que nos permita averiguar si el transistor bajo prueba, es capaz de amplificar dicha señal. Si es así; transistor en buen estado, en caso contrario, adquirir otro.

Estas son, tres vistas de la PCB perteneciente al esquema del tester mostrado anteriormente:

PCB Mosfet

Funcionamiento:

Como se apuntaba, el circuito probador consiste en un oscilador astable formado por las dos puertas inversoras ICA-ICB en el esquema y cuya frecuencia de oscilación, viene determinada por los valores de R1 y C1, en este caso, una frecuencia cercana a 120 Hz para evitar en lo posible el molesto destello.

Si se desea modificar la frecuencia, se puede hacer mediante el ajuste del potenciómetro R1, dispuesto para este fin. La frecuencia puede ser calculada por : f =1 /( 0,7 x R1 x C1), donde R1 viene en Ohms y C1 en Faradios.

Conviene que C1 sea menor de 10uF para evitar en lo posible las "elevadas corrientes de fugas" que se presentarían, comparables a la corriente inicial de carga de este condensador en muchos casos. El condensador, se comporta como un cortocircuito. Debido a que, el 4049B dispone de 6 inversores, se han utilizado pares en paralelo, como se puede ver, de esta forma se obtiene más intensidad y cargabilidad, asegurando la corriente necesaria para excitar lo LED's.  

La oscilación obtenida, ataca la entrada de dos inversores separadores, para no cargar al oscilador y se dirige a los terminales del transistor fet, aunque con un desfase de 90º, mediante otro par de inversores, asegurándonos un paso de corriente D-S (Drenador-Sumidero) en cada semiperíodo de la oscilación y S-D en el semiciclo siguiente, siempre que se mantenga activo el pulsador, esto excitará el LED correspondiente indicando así su polaridad (Canal N o Canal P) y si está en buen estado. 

Lista de materiales:

Esta es la lista de componentes necesarios para este proyecto que, puede adquirir en su comercio del ramo:

C1 - Condensador
2,2uF- 35Volt
R1 - Potenciómetro 47Kohm lineal
R2 - Resistencia 10Kohm 1/4W
R3 - Resistencia 680ohm 1/4W
R4 - Resistencia 47Kohm 1/4W
IC1 - CMOS CD4049B, preferible que sea la letra B, no UB (UnBufferet).
D1 - LED Rojo 5mm.
D2 - LED Verde 5mm.
P - pulsador NA (Normalmente Abierto).
Batería de 9Volts.
Zócalo 14 pines, para el CI.
Conectores para patillas transistor bajo prueba.

Modo de Utilización.

Capsula TO-220 Para utilizar el probador, consiste en conectar correctamente los terminales G, D y S del transistor MOSFET en los correspondientes terminales del probador, observar y probar, la numeración de los terminales más habituales se muestra en la imagen de la derecha; verificar lo siguiente:

    1- Transistor en buen estado. 
      a) Transistor con diodo interno entre Surtidor-Drenador. 

Si el diodo LED Verde además del diodo LED Rojo, se encienden antes de presionar el pulsador (es debido a la presencia del diodo interno de protección), si después de presionar el pulsador P, se encendiera el diodo LED Rojo, significa que el transistor es de canal N y su correspondiente diodo surtidor-drenador se encuentran en BUEN ESTADO.  

En las mismas condiciones, en caso de encenderse el diodo LED Verde al presionar el pulsador P, significa que el transistor es de canal P con diodo interno (S-D) están en BUEN ESTADO. 

      b) Transistor sin el diodo entre Surtidor y Drenador. 

Solo se encenderá el LED Rojo al presionar el pulsador, si éste es canal N y se encuentra en BUEN ESTADO. Si se enciende el LED Verde solamente al presionar el pulsador, indicará que se trata de un transistor de canal P en BUEN ESTADO.

    2- Transistor en cortocircuito (mal estado). 

En este caso, se produce el encendido de ambos LED's (debido a la presencia del diodo interno de protección), aun que si al presionar el pulsador se enciende fijo un diodoLED Rojo o Verde, indica que, está en cortocircuito (cruzado). Esto es lo que se puede determinar con un buzzer o comprobador de continuidad. 

    3- Transistor abierto (cortado internamente, mal estado). 

En caso de un transistor abierto, tanto con el pulsador activado como sin activar, ambos diodos LED permanecen apagados. En este caso, para salir de dudas, convendría hacer un ligero 'corto' entre terminales D y S del probador y si se produce el encendido de ambos LED, nos aseguramos que, el transistor está cortado. Véase la tabla siguiente para comprender mejor los distintos pasos.


Tabla comparativa
 

Creado: 14-03-2005
Actualizado:   12/06/2012