Karel Janoušek a Miroslav Lízner TESTER / IDENTIFIKÁTOR DIOD A TRANZISTORŮ. Protože jsem léta letoucí bastlíř, nejednou jsem se cestou pitvy nějakého "trofejního" zařízení dostal k součástkám, jejichž alespoň základní rozlišení mi bylo naprostou záhadou. Ono u starších československých součástek to ještě jakžtakž rozpoznat jde, pokud zná člověk pár základních, zbytek relativně snadno odvodí. Ale co si počnout například s takovými součástmi, které jsou v bakelitovém pouzdře TO-92 s potiskem A733??? Ano, pomůže katalog nějaké zásilkové služby, podle kterého se dá zjistit, že je to část označení tranzistoru zaoceánského původu, konkrétně typu 2SA733. Ale jak rychle zjistit vodivost (PNP nebo NPN také pomůže katalog...) a dále jestli je tranzistor funkční nebo jestli už se náhodou neodebral do křemíkového nebe? A co si mají počít ti, kteří žádný katalog nevlastní? Mnozí bastlíři používají ohmmetr, nebo multimetr s diodovým testem k určení báze tranzistoru a od ní pak odvodí zbylé vývody - ale jestli je tranzistor funkční neboli jestli je alespoň trochu schopný zesilovat - to už se takovým jednoduchým způsobem zjistit nedá. Přiznám se, že tento způsob jsem používal i já - ale když "ekologicky" zlikvidujete na součástky sousedovo video a ještě starou televizi své tety, dostanete poměrně velkou hrst součástek, o kterých sice víte, že BY TO MĚLY BÝT TRANZISTORY - ale jistotu nemáte. Jsou totiž vesměs v pouzdru zvaném TO-92 neboli ona již výše zmíněná bakelitová "hlavička" - z jedné strany zploštělý váleček. Největším průšvihem přitom je, že v tomto pouzdru se vyrábí nejen bipolární tranzistory - ale i FETy, některé integrované obvody (stabilizátory napětí například), dvojité varikapy, referenční zdroje napětí a další součástky. Odlišení pak není jednoduché. Přitom identifikace pomocí ohmmetru není ani jednoduchá, ani jednoznačná - třeba FETy jsou ohmmetrem téměř neidentifikovatelné, o odlišení jFETů od UJT pomocí ohmmetru bez dostupnosti konkrétních parametrů z datasheetu je lépe se ani nepokoušet... Moje idea pomalu dostávala obrysy - je třeba mít něco, co postrádá připojovací kabely s krokodýlky nebo háčkovými svorkami. Jednak nikdy třínohou součástku nezapojíte "naráz", ale musíte kabely přehazovat, druhak se jak krokodýlky, tak háčkové svorky chovají vysloveně svéhlavě a sklouzávají z vývodů v tu nejnevhodnější chvíli. Takže zbývá něco, k čemu prostě testovanou součástku POUZE PŘITISKNETE - a je zapojeno, pokud potřebujete změnit pořadí vývodů, součástku v prstech pootočíte a přitisknete znovu. Z tohoto důvodu je potřeba, aby tester pracoval s velmi nízkým napájecím napětím - už jen proto, že napětí vyšší než asi 10V přímo ohrožuje některé citlivější součástky. Nemluvě o tom, že nečekaný dotyk na testovací plošky s připojeným napětím v řádu desítek voltů rozhodně není příjemný. Další požadavek zněl, aby tester bez složité manipulace s přepínači dokázal identifikovat polaritu/vodivost tranzistoru. Podle dostupných zapojení v literatuře tato funkce vyžaduje přepínač polarity napájecího zdroje. Jediné zapojení z Amatérského rádia někdy ze 70. let používalo střídavé napětí přímo z transformátorku s vyvedeným středem. Tato myšlenka se mi zasekla do mozku a nechtěla se nechat zahnat - i když to historické zapojení používalo indikaci žárovkami, velmi se mi tento princip zamlouval. Bohužel, pokus nahradit v originálním zapojení žárovky LEDkami selhal, asi z důvodu mé tehdejší neznalosti. Čas se pomalu posouval, já "moudřel", leč myšlenka jednoduché identifikace mne ne a ne opustit... Dalším impulsem k vytvoření zde publikovaného testeru byla Konstrukční příloha Amatérského Rádia, v níž vyšel plánek na tester časovačů 555 a operačních zesilovačů - 555 udávala takt, který OZ "zviditelňoval" dvojicí různobarevných LED. Od tohoto návodu už nebylo daleko k činu - sice cesta vedla ještě přes publikaci nakladatelství BEN o časovači 555, ze které bylo převzato zapojení časovače s impulsní střídou 50:50, ale první návrh testeru se stal skutečností. Byl velmi prostý - obsahoval jen časovač 555, 4 LED a součástky, určující takt asi 0,5Hz. Z výstupu časovače se impulsní napětí vedlo přes odpor na kontrolní zdířky, získané rozlomením staré bakelitové patice pod integrovaný obvod v pouzdře DIL. Z patice jsem použil jen 5 míst, zapojených a označených jako C E B C E - tranzistor stačilo pouze zasunout. Sice se musely naohýbat "nožky", ale už to byl pokrok - když se nedělo nic, stačilo tranzistor posunout nebo otočit. Ve chvíli, kdy byl tranzistor vůči napájecímu napětí i budicím impulsům "správně natočen", blikaly spolu s LED určující polaritu buzení (červená/zelená) i 2 žluté LED, indikující proud tekoucí obvodem kolektoremitor. Úplně původní verze byla zapojena stylem "vrabčí hnízdo" na nepájivém kontaktním poli - tak to fungovalo asi rok, než jsem se rozhoupal a donucen potřebou onoho nepájivého pole k jinému účelu jsem vyrobil tester na DPS, s výše zmíněnou částí objímky DIL. Protože na onom nepájivém poli byly všechny součástky pouze zasunuty, nebyl problém je na zkoušku vyměnit za "neznámé" - takto jsem "objevil" možnost testovat kondenzátory (výměnou za časovací v RC obvodu u 555), diody nebo LED (výměnou za jednu z již osazených nebo prostě do výstupu) a další součástky. Několik dalších vývojových etap tester absolvoval po přečtení knih Josefa Punčocháře - Operační zesilovače a Jaroslava Belzy - Operační zesilovače pro obyčejné smrtelníky. Dnešní stav by se dal označit jako Evo 8 nebo možná 9 - zařízení je v
krabičce K6, ovládání je vyřešeno několika páčkovými přepínači, testované součástky se pouze přikládají k testovacím plochám z pocínovaného Cuprextitu. Přepínače (kterým jsem se nakonec stejně nevyhnul) neslouží ani tak k přepínání během testu, jako k volbě způsobu testu a testovacího rozsahu - mimo jiné jím lze testovat (krom původně zamýšlených tranzistorů) i FET, tyristory a triaky, kondenzátory (i elektrolytické a tantalové!!!), diody, LED, vodivé spojení a malé odpory řádově do 1000 Ohmů (vinutí cívek, reproduktory a sluchátka, obrazce DPS, žárovky, pojistky...) a spoustu dalších součástek, jejichž vyjmenování by zabralo příliš mnoho místa a času. Co se všechno dá tímto zařízením otestovat, ponechám na případném staviteli/uživateli. Záměrně netvrdím MĚŘIT - o měření se zde nejedná, i když pro velkou většinu aplikací takto otestované součástky vyhoví bez dalších zkoušek nebo měření. Tester je pouze zdánlivě složitý. Není ale třeba se jeho stavby bát - jde o jednoduchou aplikaci několika základních zapojení časovače NE555 a operačních zesilovačů. Případný stavitel si při konstrukci ověří teoretické poznatky a později je může snadno aplikovat dál. Celá konstrukce je složena z bloků, které lze zapojit odděleně a teprve po otestování funkce definitivně včlenit do finální konstrukce. Není proto ani problém některé části nestavět, pokud není jejich funkce požadována. Můj prototyp testeru je zapojen na pouze proškrabaných deskách téměř bez vrtání otvorů, pájením přímo na fólii. Všechny výkresy schémat má pak na svědomí Mirek MOTOROLA Lízner, protože s Eaglem si tyká líp než já - tímto mu patří poděkování a spoluautorství. Pouze předem upozorňuji - protože jsem chtěl dosáhnout co nejuniverzálnějšího použití a přitom co nejvíce využít šuplíkové součástky, je v testeru několik míst, která musí případný stavitel skutečně nastavovat nebo vybírat součástky na určitých pozicích, pokud chce dosáhnout přijatelných výsledků. Samozřejmě - použití přesných součástek, nově nakoupených a optimalizovaných také povede k úspěchu, ale už to bude podobné, jako si koupit stavebnici... Celý popis vezmu hodně obšírně, je především určen pro začátečníky a neostřílené bastlíře - ty ostřílenější prosím o shovívavost, pokud budu hlásat pro ně už dávno otřepané zvěsti - pro někoho ta ale může být důležitá novinka. K celé stavbě stačí nejjednodušší digitální multimetr za 150,-Kč, páječka, nějaké základní nářadí a chuť do práce. Začnu zdrojem, neboť od zdroje vše se odvíjí. Celý tester je kvůli použití operačních zesilovačů napájen symetrickým napětím. Pro nejzákladnější funkci by stačilo i napětí +/-5V, já ale použil +/-12V z důvodu, který vysvětlím později. Sice to s sebou nese jistou komplikaci, ale nic není zadarmo. Do svého testeru jsem použil transformátor, jak rád říkám, trofejního původu. Jde o malý transformátor se symetrickým sekundárním vinutím 2x10,5V z nějakého asijského dvojkazeťáku, jakých jsou ve Sběrných dvorech plné bedny. Síťové napětí na transformátor je přiváděno síťovou šňůrou přes pojistku Po1 a síťový spínač S1. Pokud bude k mání jiné sekundární napětí, není jeho hodnota příliš kritická - neměla by překročit 2x18V, ale dá se použít ještě 2x24V - nad tuto hodnotu už pokud možno ne. Pokud je napětí menší, než +/-15V po usměrnění a vyhlazení, není potřeba ho nijak omezovat, jinak je potřeba použít stabilizátory - stačí řada 78Lxx a 79Lxx, protože v mé verzi se nepočítá s odběrem větším než 100mA. Kdo bude mít zájem, může si vše dimenzovat na větší odběr a použít i silnější stabilizátory - řadu na 1A. Usměrňovací diody jsou proto také "trofejní", v mém případě z TV TESLA, řada KY133. Jejich čtveřice je na schématu označena M1, lze ale použít jakékoliv typy s proudem do 1A a závěrným napětím do 100V nebo odpovídající můstek. Následuje vyhlazení - použil jsem opět šuplíkové axiální elektrolyty 500uF/35V TESLA, 2ks v každé větvi a k nim paralelně keramický disk 100nF. Zánovní radiální 1000uF na napětí 36V nebo 50V určitě ušetří místo. Protože mnou použitý transformátor v tomto místě poskytoval vhodnou velikost napětí, další součástky jsem již nepotřeboval. Kdo použije takový transformátor, že na vyhlazovacích elektrolytech naměří více jak +/15V, musí použít stabilizátory - stačí v katalogovém zapojení, pozor – stabilizátory "záporné" řady 79Lxx mají jinak zapojené vývody, než "kladná" řada 78Lxx. Doporučuji použití typů s výstupním napětím 12V. Nezapomeňte na použití keramických kondenzátorů 100nF co nejblíže k pouzdru stabilizátoru - zabraňují kmitání a tím nekontrolovatelným stavům ve funkci stabilizátoru. Při stavbě základní verze se stabilizátory na zatížení 100mA není potřeba používat chladiče, pouze při větším předpokládaném odběru a tím daném použití stabilizátorů 1A řady se za osazení chladicích ploch přimlouvám. Pro nepříliš časté použití je možno použít i bateriové napájení - počínaje trojicí tužkových monočlánků v každé větvi (+/-4,5V) až po 2 destičkové bloky 9V. Pro častější používání je ale síťový zdroj téměř nutností.
Dalším blokem v konstrukci testeru je multivibrátor. Použil jsem na něj známý obvod NE555 v CMOS (7555) verzi kvůli stabilnější funkci při velmi malém napájecím napětí - proč velmi malé Unap, když je k dispozici zdroj +/-12V, objasním zanedlouho. Zapojení IO1 je převzato z publikace Jana Hájka "Časovač 555 - Praktická zapojení" (BEN 1996), kde je publikováno jako multivibrátor se střídou 50:50. Tuto střídu zajišťují diody D1 a D2, aby se kondenzátor nabíjel pouze přes odpor R1 a diodu D1, zatímco vybíjet se bude jen přes R2 a D2. Odlišné od původního pramenu jsou pouze řetězce Zenerových a dalších diod v jeho napájecích přívodech a způsob připojení časovací kapacity - ta je zde z důvodu potřeby testování připojena přes dvojici přepínačů. Přepínačem S2 se volí buď použití vestavěných časovacích kapacit (přepínají se přepínačem S3 s více polohami), nebo připojení kontaktních plošek/svorek pro připojení vnějšího kondenzátoru. Ty mají vyznačenou polaritu, aby se předešlo opačnému připojení elektrolytů - a kdyby přece, možnost poškození elektrolytického kondenzátoru je na co nejmenší míru snížena použitím co nejnižšího napájecího napětí. Z principu funkce časovače 555 vyplývá, že napětí na časovacím kondenzátoru při funkci kolísá v rozmezí 1/3 a 2/3 napájecího napětí, pokud použijeme napájecí napětí při dolní hranici katalogové hodnoty (u CMOS už 3V), na kondenzátoru bude napětí jen v rozmezí 1 až 2V - a i když k takovému napětí náhodou připojíme elektrolyt opačně, nemělo by téměř nic hrozit ani typu určenému pro provozní napětí pouhé 3V. Protože pro další části testeru je výhodné, aby výstupní napětí multivibrátoru bylo symetrické vzhledem ke středu napájení, je třeba i napájecí napětí pro časovač 7555 omezit symetricky z obou stran - z napájecího +/-12V je třeba udělat +/-1,5V. Proto jsou do napájecích přívodů zařazeny sériově zenerky, popřípadě LEDky a obyčejné diody tak, aby součet jejich úbytků napětí byl takový, že pro časovač zbude jen cca 1,5V v každé větvi. Tyto omezovací diody mají ve schématu označení D4 až D10, je možné, že jejich počet bude nižší, ale i vyšší, než je na schématu naznačeno. Pokud bude napájecí napětí časovače mezi hodnotami +/-1,5 a +/-2V měřeno proti středu napájení, je vše v pořádku, jen je potřeba vybrat součástky do obou napájecích větví tak, aby napájecí napětí na vývodech časovače bylo pokud možno symetrické. Jen tak je totiž symetrické i napětí výstupní a není potřeba dále upravovat stejnosměrný offset na vstupech operačních zesilovačů. Celý multivibrátor je vhodné zapojovat na univerzální desce, aby se daly snadno zaměňovat součástky při případném dolaďování funkce. Teprve po odzkoušení jej zapájejte na předem připravenou desku. Vestavěné časovací kapacity jsem kvůli větší rozmanitosti generovaných kmitočtů použil v rozmezí uvedeném na schématu - ale pro uspokojivou funkci stačí jen 2-3, nejlépe takové, při jejichž použití multivibrátor generuje impulsy s kmitočtem asi 1Hz pro testování tranzistorů a přibližně 5-10kHz pro eventuální testování rychlosti diod - kdo nebude potřebovat testovat diody na rychlost, může vynechat i S3 a na místo Cx osadit jen jeden jediný kondenzátor s kapacitou přibližně 1000uF - spolu s hodnotami odporů R1 a R2 to vytvoří frekvenci blízkou 1Hz. Počet poloh S3 a tím i počet různých generovaných kmitočtů ponechávám na libovůli stavitele - lze použít i miniDIP přepínače a kondenzátory připojovat paralelně - tím počet možných kombinací narůstá (nápad Mirka Líznera). Lze samozřejmě vynechat i přepínač S2 a tím buď úplně vynechat svorky pro připojení kondenzátoru zvnějšku (pokud není potřeba testovat kondenzátory) anebo obráceně úplně vynechat vestavěné vnitřní kapacity a testovací kmitočet měnit pouze záměnou zvnějšku připojených časovacích kapacit. Pro tento účel lze pro připojení kondenzátorů použít zdířkové "lišty" vytvořené z patice pod integrované obvody - pro každý pól kondenzátoru jedna řada, lze tak připojit kondenzátor téměř libovolných rozměrů. Pro korektní chování časovače je potřeba, aby měl trvale připojen aspoň minimální kondenzátor - proto je vhodné přímo na desku, mezi vývody 1 a 2, zapojit miniaturní, klidně i SMD kondenzátor, s kapacitou kolem 1nF. Takto zapojený multivibrátor už lze používat pro kontrolu kondenzátorů i jako zdroj pulsního signálu, například použitelného pro kontrolu nejrůznějších nf zařízení. K výstupu časovače je navíc přes potenciometr P1 k regulaci hlasitosti připojen i piezoelement, sloužící k akustické kontrole výstupního kmitočtu. Dynamický reproduktorek nebo sluchátko s nízkou impedancí takto zapojit nelze, muselo by být připojeno přes oddělovací stupeň s alespoň jedním tranzistorem. Dalším blokem na schématu je samotný tester tranzistorů. Jeho základem jsou dva operační zesilovače, OZ 1 a OZ2. Je možno použít dva jednoduché (typ 741, 071, 5534...) nebo jeden dvojitý (1458, 5532, 072...) nebo popřípadě i polovinu čtyřnásobného (324, 074...) - z toho se zbývající dvojice může použít v dalším bloku - testeru diod. Oba operační zesilovače jsou zapojeny jako neinvertující, se zesílením určeným dvojicemi odporů R3/4 a R5/6. Obě tyto dvojice je nutno nastavit výběrem nebo provizorním použitím
trimru a nahrazením pevnými odpory po ukončení nastavení. Každý operační zesilovač z této dvojice má totiž jinou hodnotu zesílení, protože zesiluje jiné vstupní napětí. Vstupním napětím OZ1 je přímo výstupní napětí časovače IO1. Protože toto výstupní napětí se u CMOS verze pohybuje jen asi 0,1-0,2V od mezí daných jeho napájecím napětím (+/-1,5V - +/-2V) a na výstupu OZ1 je požadován co největší rozkmit, potřebný pro následující části, je potřeba pravoúhlý průběh napětí na výstupu časovače zesílit podle možností, daných celkovým napájecím napětím, asi 7-8x. Operační zesilovač by se neměl dostat do saturace, optimální výstupní napětí je asi tak 1-1,5V pod a nad mezemi danými kladným a záporným napájecím napětím. Hodnoty odporů se odvíjejí od základní hodnoty odporu R4 = 10k, hodnotu R3 nejdříve vypočteme podle vztahu Au = 1 + (R3/R4). Hodnota R3 se bude pohybovat v řádu 60-70 kiloohmů, je tedy možné R3 provizorně zapojit jako sériovou kombinaci pevného odporu asi 56k a trimru 22k nebo 27k, který po nastavení přeměříme a nahradíme co nejbližší hodnotou pevného odporu (třeba i několika). Celé nastavování děláme pomocí náhrady odporů R1 a R2 hodnotou 33k - časová konstanta se tím zdesateronásobí a je tak dost času na kontrolu obou mezí výstupního napětí, jak kladné, tak záporné. Ve stejném režimu nastavujeme i zesílení operačního zesilovače OZ2 - zde ale vstupní napětí s trojúhelníkovým průběhem dosahuje jen asi třetinového rozkmitu proti napětí na výstupu časovače (přepínací meze určené vnitřním zapojením časovače, 1/3 a 2/3 JEHO napájecího napětí), takže je nutné ho pro dosažení stejného rozkmitu na výstupu zesílit přibližně 20-22x. Na tuto hodnotu zesílení nastavíme poměrem hodnot odporů R5 a R6. Pro R6 = 10k a při použití shodného vztahu pro určení napěťového zesílení jako u OZ1 vychází hodnota R5 přibližně 200kiloohmů. Pro přesné nastavení opět použijeme pevný odpor, tentokrát s hodnotou asi 150k (= M15) a trimr 100k (= M1). Trimr po nastavení opět změříme a nahradíme kombinací pevných odporů s co nejbližší hodnotou odporu. Celé nastavování má za úkol dosáhnout na výstupech OZ1 i OZ2 přibližně stejný rozkmit napětí a zároveň další stupně impedančně oddělit od časovače, kde hlavně na časovacím kondenzátoru může případná zátěž nežádoucím způsobem ovlivnit chod multivibrátoru. Operační zesilovače v neinvertujícím zapojení svým velkým vstupním odporem časovač prakticky nezatěžují a přitom poskytují dalším částem testeru dostatečný výstupní proud. Polaritu budicího signálu pro test tranzistorů indikuje jednoduchý obvod s operačním zesilovačem OZ5 zapojeným jako "komparátor nuly" - rozsvícením červené nebo zelené LED indikuje, zda je budicí impuls vůči středu napájení "kladný" nebo "záporný". Proud LED určuje odpor R17. Samotné testování se děje způsobem, ověřujícím schopnost tranzistoru spínat (= řídit) proud. Za tímto účelem je z napěťového signálu s co největším rozkmitem na výstupu prvních dvou OZ pomocí omezovacího odporu R13 vytvořen budicí signál pro bipolární tranzistory - s proudovou hodnotou cca 0,10,15mA. Na přesné hodnotě příliš nezáleží, důležitější je to, že jak trojúhelníkový, tak pravoúhlý signál mají pokud možno shodnou napěťovou úroveň a tím i pro definici maximální hodnoty budicího proudu stačí pouze 1 odpor s hodnotou kolem 100kOhmů. Tato hodnota je důležitá i proto, že při eventuálně nesprávném připojení tranzistoru mu nehrozí zničení. Test schopnosti spínat totiž slouží i pro identifikaci vývodů neznámého tranzistoru. Celá funkce totiž spočívá v zapojení testovaného tranzistoru ke zkušebním svorkám BCE, realizovaným v podobě dotykových plošek na destičce. Tvar plošek je jasný z připojeného obrázku, komu se zdá nepřiměřeně velký, tomu připomenu, že na něj musí jít bez jakékoliv nežádoucí manipulace přiložit i tranzistor v pouzdru TO3 neboli velká "kovová pecka", například starší československý typ KD503. Tyto testovací plošky jsou připojeny podle schématu, ploška označená "B" je připojená k odporu, určujícímu budicí proud a svorky označené "+" a "-" (místo "C" a "E" - důvod vysvětlen později) jsou přes sériové kombinace odporu a žluté LED připojeny k odpovídajícím pólům napájení. Odpory v sérii s LED omezují proud na zkratovou hodnotu asi 10-12mA. Jejich konkrétní hodnotu je třeba určit podle skutečného napájecího napětí testeru. Pro +/-12V je vhodná hodnota kolem 1kiloohmu. Pro omezení napětí naprázdno (osobně ověřeno, že bez omezení napětí jsou neopatrně přiložené FETy velmi rychle degradovány, ev. ničeny napěťovým průrazem) slouží mezi svorky (plošky) "+" a "-" připojená zenerka s napětím Uz přibližně 6V8 a odpor R15. Protože na žlutých LED a této zenerce je celkový úbytek napětí asi 10V a vlivem sériových odporů je v klidu protékající proud omezen na hodnotu cca 3,5-4,5mA, žluté LED i v klidu stále slabě svítí - tento jev lze omezit použitím zenerky s vyšším napětím nebo jejím úplným vypuštěním, při testování FETů ale hrozí jejich průraz - některé snesou bez poškození napětí mezi kanálem a hradlem jen 15V. Samotný test pak spočívá v tom, že k ploškám testeru přiložíme testovaný tranzistor tak, jak víme že má rozložené vývody - například podle katalogu. Podle svitu červené nebo zelené LED, indikující polaritu budicího proudu, počkáme na tu, která odpovídá vodivosti tranzistoru - kladná budicí polarita pro NPN a
záporná pro PNP - a pokud je tranzistor v pořádku, musí se při pro něj správné polaritě buzení rozsvítit OBĚ žluté LED plným jasem - to znamená, že tranzistor svojí vodivostí spojil svorky "+" a "-" takřka zkratem (při budicím proudu kolem 0,1mA je většina běžných tranzistorů v daném pracovním bodě saturována = mezi kolektorem a emitorem má minimální úbytek napětí). Při opačné polaritě buzení musejí žluté LED pohasnout na jas, jaký mají v klidu bez připojeného tranzistoru. Pokud tranzistor omylem připojíme se zaměněnými vývody kolektoru a emitoru, jas LED sice v okamžiku příchodu správně pólovaného budicího impulsu vzroste, ale ne na plnou úroveň - tranzistor v tzv. inverzním režimu sice také zesiluje, ale ne s tak vysokým zesilovacím činitelem, jako při správném pólování. Využitím tohoto jevu jsme schopni identifikovat všechny vývody bipolárního tranzistoru libovolného výkonu - germaniového i křemíkového. Prostě přikládáme postupně na testovací plošky neznámý tranzistor tak, aby se vystřídaly veškeré možné kombinace spojení vývodů s ploškami "B", "+" a "-" a vždy počkáme, až se prostřídá polarita budicích impulsů. Pokud je tranzistor dobrý, v jedné z poloh se zároveň s jednou z LED indikujících polaritu budicího impulsu (červená/zelená) rozsvítí i obě žluté LED plným jasem - v této poloze je tranzistor zapojen správně s ohledem na polaritu svých vývodů - bází na "B", PNP kolektorem na "-" a emitorem na "+" - a NPN obráceně, kolektorem na "+" a emitorem na "-". Právě komutace budicího napětí vzhledem k nule (střednímu vývodu) je výhodná - nahrazuje přepínač, kterým se u jiných testerů mění polarita napájení kvůli opačným vodivostním typům tranzistorů. Stejným způsobem lze testovat i FETy - jen je potřeba počítat s tím, že jejich řídicí elektroda se chová jako kondenzátor a k jejímu ovládání v tomto téměř statickém režimu stačí i náboj, přenesený na ni i přes povrchový odpor kůže - tak se můžeme i přesvědčit, jestli je daný tranzistor FET - prostě když určíme, která elektroda je řídicí a nemůžeme s jistotou rozlišit zbývající dvě (FET se při velmi nízkých pracovních napětích chová téměř symetricky), zkusíme spojit s testovací ploškou "B" patřičný vývod pouzdra pomocí povrchu kůže - pokud je součástka FET, bude se chovat stejně, jako při přímém spojení. Mnohé výkonové FETy mají navíc ve struktuře integrovanou zpětnou diodu - zde potom pozor na její vliv, tranzistor se chová jako v jedné polaritě proražený. Na stejném principu lze testovat i tyristory a triaky - je ale potřeba použít budicí signál s několikrát nižším kmitočtem - a potom, co se součástka "otevře" (obě žluté LED se rozsvítí plným jasem), je třeba oddálením od plošky odpojit řídicí elektrodu. Pokud žluté LED svítí dál (= součástka vede), počkáme na změnu polarity budicího signálu a zkusíme odpojený vývod připojit nejdříve povrchem prstu a pak přímo - pokud LEDy zhasnou, jde s velkou pravděpodobností o FET, pokud svítí dál a lze je zhasnout jen odpojením některého vývodu od plošky "+" nebo "-", jedná se o triak nebo tyristor - to následně vyzkoušíme otočením a záměnou nožek, které byly spojeny s "+" a "-" mezi sebou - triak se povede otevřít i takto, tyristor ne. POZOR - výkonové spínací vícevrstvé součástky s nižší citlivostí = s vyšším minimálním řídicím proudem Igt a nebo s vyšším přídržným proudem tento tester identifikuje chybně - testovací proudy nemají dostatečnou velikost. Celý výklad se možná jeví složitě, po nacvičení je ale možné nahrubo otestovat (pouze funkčnost, stav dobrý/vadný) 5 - 6 ks tranzistorů za minutu i víc - pokud si předem roztřídíme podle potisku jednotlivé typy - pak otestujeme pouze jeden kompletním způsobem, při kterém vyzkoušíme všechny možnosti - abychom správně identifikovali všechny vývody - a další kusy pak už testujeme pouze na funkčnost v pozici, ve které jsme identifikovali ten první. Pro tento test je příhodný signál s kmitočtem asi 1-1,5Hz. Pro test tyristorů/triaků anebo FETů je vhodné ho ještě snížit, na cca 0,5 - 0,25Hz, aby bylo dost času na další manipulaci. Volbu kmitočtu lze udělat výběrem kondenzátorů, které se připojují jako časovací k NE555 v bloku oscilátoru. Zatím poslední realizovanou částí testeru je tester diod - skládá se ze 2ks operačních zesilovačů s proudovými boostery (stručně jim říkám výkonové zesilovače) a dvoutranzistorového zdroje proudu pro obě polarity, kterému říkám „I-reg“. Operační zesilovače můžeme opět použít dva jednotlivé nebo jeden dvojitý, anebo můžeme použít zbývající dva z čtyřnásobného – jak už bylo naznačeno v části o oddělovacích stupních. Vstupním signálem pro výkonové zesilovače je signál zesílený oddělovacími stupni OZ1 a OZ2 z bloku oscilátoru, tvar průběhu je volen přepínačem S4 mezi pravoúhlým a trojúhelníkovým. Samotné výkonové zesilovače jsou zapojeny jen jako sledovače (zesílení = 1) se 100% zápornou zpětnou vazbou, vedenou do invertujících vstupů ze spojených emitorů výstupních tranzistorů. Jeden je zapojen jako celkově neinvertující, druhý jako celkově invertující - oba se zesílením 1 (-1). Protože vstupní signál je pro oba zesilovače shodný a absolutní hodnota zesílení v mezích výrobních tolerancí také, je mezi výstupy (teoreticky) dvojnásobné napětí, než mezi jednotlivými výstupy a středem
napájení. Důvodem pro použití vysokého napětí je umožnit testovat i diody s velkým úbytkem napětí - zenerovy a diodové sloupce. Protože u diod je důležitější hlídat protékající proud než napětí, je lépe k testování používat zdroj proudu - a aby nebylo nutné diodu při testu otáčet, je lépe použít proud střídavý - nebo nějaký jeho ekvivalent. Pulsující proud z výstupů výkonových zesilovačů, ať už s trojúhelníkovým, nebo s pravoúhlým průběhem, je k tomuto účelu více než vyhovující. Výkonové zesilovače je dobré i přes omezení testovacího proudu na Imax = 15-20mA dimenzovat na proud několikrát vyšší - nejméně na 100mA. Použité součástky (tranzistory) jsou proto dimenzovány na první pohled nadměrně - je to důsledek požadavku na odolnost při provozu s malou chladicí plochou a také s úmyslem využít tento výkon pro pozdější další aplikaci. Odpory kolem použitých OZ nastavují zesílení invertujícího zesilovače OZ4 (R11 a R12) a odstraňují přechodové zkreslení (R7 a R9) - dokud úbytek napětí na těchto odporech nedosáhne asi 0,6V, je proud dodávaný na výstup pouze výstupním komplementárním zesilovačem OZ - při odporu R7 a R9 rovném 100R je to asi do výstupního proudu 6mA. Potom se vzniklým úbytkem (podle polarity) otevírá odpovídající externí tranzistor (T1 nebo T2 a u druhého zesilovače T3 nebo T4), který svým kolektorovým proudem posílí výstup OZ. Při použití tranzistorových komplementárních párů KF507/517 je (i v závislosti na zatížitelnosti zdroje) bez nadměrných nároků na chlazení nejvyšší použitelný proud asi 250mA - při použití KD(BD)135 až 140 s malými "U" chladiči pak asi 500mA. POZOR - tranzistorové boostery nemají žádné ochranné prvky, takže při nežádoucím zkratu výstupu na libovolnou svorku napájení hrozí zničení těchto tranzistorů. Proud pro testování diod je omezován nikoli pouhým odporem - toto zdánlivě jednoduché řešení shledáme jako nepoužitelné, pokud se blíže zamyslíme nad problematikou testu diody - neznáme ani jeden z parametrů diody, ani její úbytek napětí v propustném směru, ani její zbytkový proud nebo odolnost proti průrazu napětím v závěrném směru. Pokud se v pouzdru ukrývá více než 1 PN přechod, budou výsledky testu, počítajícího s úbytkem napětí na otevřeném přechodu nanejvýš 0,7V, silně zkreslené. Pokud navíc chceme výsledek testu co nejjednodušeji indikovat, musíme se zamyslet nad využitím proudu protékajícího testovanou diodou i k indikaci - a to nejlépe s pomocí LED. Protože obyčejná LED má obvyklý proud v rozmezí 10-20mA, měli bychom tuto hodnotu vzít i za maximální pro proud testeru - kdo se rozhodne pro indikaci použít nízkoproudé LED, může testovací proud ještě více zmenšit až na hodnotu blízkou 2-3mA. Samotný proud je určován zdrojem proudu, složeným z tranzistorů T5 a T6 (opačné vodivosti) a 6ks obyčejných Si diod. Tranzistory je dobré vybrat s podobným zesilovacím činitelem h21e, aby se testovací proud a tím i jas indikačních diod v různých polaritách proudu od sebe příliš nelišil. Pokud se nepodaří nebo není možnost tranzistory alespoň přibližně spárovat, musí se oba bázové řetězce od sebe oddělit a zároveň je třeba rozdělit odpor R8 na dva - pro každou polaritu jeden a každý individuálně podle zesilovacího činitele tranzistorů doladit. Pro spárované tranzistory stačí odpor jeden. Hodnota odporu R10 (také společný pro obě větve = polarity) přímo určuje hodnotu proudu, protékajícího přes testovanou diodu. Jeho hodnota se vypočítá jako 1,2/R10=I, pokud se dosadí hodnota v kiloohmech, proud vyjde v miliampérech. Je to způsobeno tím, že oba tranzistory se nezávisle na sobě chovají jako emitorové sledovače napětí, které mají připojené ke svým bázím - v tomto případě trojí úbytek na PN přechodu. Protože na přechodu báze-emitor se ztrácí také asi 0,6V, je jedna z každé trojice diod potřebná ke kompenzací tohoto úbytku. A protože použité napětí v optimálním případě nepřekročí cca 25V, není ani potřeba do kolektorů použitých tranzistorů vkládat ochranné diody - v prototypu jsem je měl, ale pokud nejvyšší zkušební napětí nedosáhne víc než 30V, jsou zbytečné - pro definitivní konstrukci proto byly vypuštěny, každý stavitel může zvážit, zda je použije - zapojují se do přívodů ke kolektorům obou tranzistorů v propustném směru. Typy tranzistorů, použité v tomto zdroji proudu, volíme podle následující úvahy: nejhorší pracovní podmínky mají tyto tranzistory v okamžiku přímého zkratu testovacích svorek Dx z celého napájecího napětí (= přibližně 24V) se ztrácí na indikačních LED asi 1,8V, na proud určujícím odporu R10 asi 1,2V - a protože v obvodu není žádný další odpor, na kterém by byl nějaký úbytek napětí testovací svorky jsou zkratovány, celý zbytek napětí se musí zmařit na tranzistoru (v každé polaritě na odpovídající vodivosti). Při nastaveném proudu kolem 20mA se na každém tranzistoru bude ztrácet až 420mW výkonu, proměněného v teplo - sice vzhledem k tomu, že střída protékajícího proudu je 50 : 50, bude to pouhá polovina, ale i tak se přimlouvám za volbu odolnějších typů - KF507/517 zde pracují na hranici své odolnosti, lépe je použít typy z řady KC(BC)635 až 640 - pozor, tuzemské verze mají jiné řazení vývodů než originální - anebo z řady KD(BD)135 až 140. Na ostatní vlastnosti (šum, mezní frekvence, maximální závěrné napětí) není třeba brát zvláštní ohled, na funkci testeru nemají vliv. Stejně tak není třeba příliš se rozmýšlet nad volbou typu diod, použitých ve zdroji proudu jako referenční - jediné, co je třeba, je dodržení pokud možno shodného úbytku napětí na obou trojicích. Odchylka do desetiny voltu je ještě
přijatelná, při větší doporučuji udělat výběr diod podle napěťového úbytku. Celá konstrukce proudového zdroje vypadá možná překvapivě - ale vznikla radikálním zjednodušovacím procesem ze dvou komplementárních zdrojů proudu, postavených vedle sebe na jednom nepájivém kontaktním poli - prostě jsem za průběžného měření postupně vypouštěl součástky a propojoval oba proudové zdroje do sebe... Postup testování diod je jednoduchý - přepínačem S2 se zvolí režim práce s vnitřními časovacími kapacitami, přepínačem S3 se pak přímo vybere kondenzátor s takovou kapacitou, aby oscilátor pracoval s frekvencí kolem 50Hz pro běžný test pro roztřídění dobrá/špatná. Protože výkonové zesilovače přesně v rytmu frekvence oscilátoru poskytují proudovému testovacímu řetězci de facto střídavé napětí/proud, stačí testovanou diodu pouze přiložit na testovací plošky - podle toho, ve kterém směru je testovaná dioda vodivá, se i rozsvítí jedna z dvojice LED D24, D25. Přerušená dioda nevede ani v jednom směru - žádná LED se nerozsvítí, proražená = zkratovaná dioda vede v obou směrech - svítí obě LED. Na tuto situaci ale pozor protože na testovacích svorkách je stále přítomno napětí kolem 20V, tester indikuje jako zkratované i některé LED s malým závěrným napětím (u LED to není závada, ale důsledek výrobní technologie) a také zenerovy diody s Uz menším než je právě testovací napětí. LED diody je proto třeba testovat pokud možno krátce, aby se nepoškodily přehřátím vinou zpětného proudu - stačí nechat LEDku jen několikrát bliknout. Diody, které tester indikuje jako proražené, ale my máme podezření, že nejsou jen pouhými usměrňovačkami, raději prověříme na testeru zenerových diod na hodnotu průrazného napětí - tuto prověrku průrazného napětí ostatně doporučuji udělat s každou diodou neznámého typu, která se při základním testu funkčnosti jeví jako proražená. Stejně jako diody se totiž pouzdří nejen zenerky, ale i diaky, transily a také některá teploměrná čidla - proto nebudeme bezhlavě vyhazovat jinak neznámou součástku, která se při nejjednodušším testu jeví jako proražená dioda - těch několik minut na dodatečné měření se může jen vyplatit a pokud se součástka ukáže být skutečně pouhou proraženou diodou, vyhodit ji lze vždycky. Současné rozsvícení LED při zkratu svorek se dá také využít pro zkoušku funkce samotného testeru a také pro funkci "zkratmetru" - prostě zkoušeným vodičem propojíme svorky Dx a obě LED se musejí rozsvítit podle použitého kmitočtu buď střídavě blikají, nebo se nám zdá, že svítí obě současně. Samozřejmě ve skutečnosti svítí dál střídavě, lidské oko ale kvůli své nedokonalosti vnímá stálý a současný svit. Nejvyšší odpor, při jehož připojení na svorky Dx se ještě rozsvítí obě LED, je dán napájecím napětím - při navržené hodnotě +/-12V a testovacím proudu cca 20mA je to asi 1000 Ohmů. Pro rozlišení rychlosti diod (schopnost se rychle uzavřít při změně polarity připojeného napětí) pak zvolíme takový časovací kondenzátor, aby oscilátor vytvářel impulsy s frekvencí nejméně 1kHz, raději více - mezi 5 a 10kHz. Běžné "pomalé" usměrňovací diody (staré československé KY130 nebo 132 nebo dovozové 1N400x) se při frekvencích vyšších, než asi 100Hz uzavírají při komutaci napětí natolik pomalu, že proud protéká se zvyšujícím se kmitočtem stále více a více i ve zpětném směru - pro použití v kmitočtové oblasti do několika stovek kHz se vyrábějí tzv. rychlé diody, nebo se používají diody vyráběné technologií Schottky. Tyto diody, vhodné i pro provoz při vyšších kmitočtech, odlišíme od běžných "pomalých" právě testem střídavým proudem s kmitočtem v řádu kHz - pokud bude testovaná diody z těch rychlých a bude v pořádku, bude svítit pouze jedna indikační LED - ta, která přísluší propustnému směru testované diody. Pokud k takto nastavenému testeru ale přiložíme "pomalou" diodu, vhodnou jinak do běžných usměrňovačů pro síťovou frekvenci, uvidíme zajímavý jev - přestože na malém kmitočtu se dioda jevila jako dobrá (na testeru blikala pouze jedna LED), při použití kmitočtu v řádu kHz se rozsvítí LEDky obě - nejen ta, která indikuje propustný směr proudu, ale i ta, která indikuje průtok proudu v závěrném směru. Je to proto, že "pomalá" dioda má relativně velkou kapacitu přechodu a navíc v oblasti přechodu se pomaleji rekombinují nosiče náboje - výsledkem je stav, kdy i jinak dobrá dioda při velmi rychlé komutaci polarity napětí vede ještě jistou dobu ve zpětném směru. Pokud bychom použili takovou diodu k usměrnění výstupního napětí například ve spínaném zdroji, pracujícím na kmitočtu v řádu kHz, byla by tato dioda zdrojem velkých tepelných ztrát, protože se nestačí uzavírat. V hraničním případě se taková "pomalá" dioda odpálí při pouhém chodu zdroje naprázdno - protože vede i po část druhé půlperiody, vybíjí se za ní připojený vyhlazovací kondenzátor zpět do transformátoru a vzniklá tepelná ztráta může diodu zničit. Tolik k zatím realizovaným částem testeru – ve stádiu ideových úvah je část, umožňující testovat základní funkčnost operačních zesilovačů, čímž se možnosti testeru opět rozrostou. I tak ale dosud hotové části umožňují vyzkoušet značné množství součástek v relativně krátké době – a to pokládám za nejdůležitější pro bastlíře, když má na stole hromadu „trofejních“ diod a tranzistorů, v tom zamíchané zenerky a další polovodiče - a potřebuje v nich nastolit alespoň základní pořádek. Výstupní signál multivibrátoru, stejně
jako vestavěný zdroj lze použít i k případnému napájení dalších přístrojů nebo přípravků, které si bastlíř pro usnadnění své práce pořídí. Případným stavitelům tohoto testeru přeji hodně zdaru a dostatek trpělivosti při nastavování – vynaložená práce se vrátí v podobě spolehlivé funkce. ZLOMTE VAZ!!! SEZNAM SOUČÁSTEK TESTERU: IO1 - TLC555 nebo ekvivalent CMOS OZ1, OZ2, OZ3, OZ4 - pro univerzální použití, viz text, (741, 080, 070,... 1458, 072, 082,... 324, 074, 084...) OZ5 - 741 nebo obdobný jednoduchý pro univerzální použití T1, T3, T5 - KF507 nebo náhrady viz text T2, T4, T6 - KF517 nebo náhrady viz text M1 - 4 x KY130 nebo můstek do 1A/80V D1, D2 - 1N4148 nebo podobné Si D3 - D6, D7 - D10 - viz text D11 - LED, zelená D12 - LED, červená D13, D14 - Zener, Uz = 5 až 6V, vybrat na shodu D15, D16 - LED, žlutá D17 - Zener, Uz = 6V8 D18 - D23 - 1N4148 nebo podobné Si, viz text D24 - LED, červená D25 - LED, zelená R1, R2 - 3k9 R3, R4 - viz text R5, R6 - viz text R7, R9 - 100R R8 - 10k R10 - 68R, viz text R11, R12 - 10k R13 - M12 R14, R16 - 1k8 R15 - M1 P1 - potenciometr 10k/G C1, C3 - 1000uF/25V C2, C4 - 100nF KERKO C5 - C10 - viz text C11 - 1nF, KERKO nebo SMD S1 - síťový 2 pólový vypínač S2, S4 - přepínač, jednopólový S3 - viz text RP - piezoelement Tr1 - síťový transformátor 230V/2x12V, 2,5VA - viz text Další drobný materiál - pojistkové pouzdro nebo držáky do DPS, krabička, síťová napájecí šňůra, knoflík na potenciometr, v případě potřeby stabilizátory 78L12 a 79L12.
TESTOVACÍ DESTIČKA:
TEST TRANZISTORU NPN vývody tranzistoru přiloženy: 1 (kolektor) na: 2 (báze) na: 3 (emitor) na:
1
B
"+"
"-"
2
B
"-"
"+"
3
"+"
B
"-"
4
"+"
"-"
B
5
"-"
"+"
B
6
"-"
B
"+"
D11
svítí LED: D15 D16
D12
D11
svítí LED: D15 D16
D12
TEST TRANZISTORU PNP vývody tranzistoru přiloženy: 1 (kolektor) na: 2 (báze) na: 3 (emitor) na:
1
B
"+"
"-"
2
B
"-"
"+"
3
"+"
B
"-"
4
"+"
"-"
B
5
"-"
"+"
B
6
"-"
B
"+"
žlutá svítí plným jasem = teče maximální proud žlutá svítí částečným jasem = teče zmenšený proud zelená svítí plným jasem = budicí proud má zápornou polaritu červená = budicí proud má kladnou polaritu nesvítí
