Montajul descris în continuare servește la măsurarea curentului rezidual de colector (ICBO) și a factorului de amplificare în curent (β) pentru tranzistoarele pnp și npn de mică putere. Ambele măsurători sunt cu citire directă, folosindu-se domeniile de 6 mA – 0,6 mA – 60 μA (sau 5 mA – 0,5 mA – 50 μA) ale unui AVO-metru. Schema este concepută ca un adaptor la instrumentul universal de măsură, dar ea poate fi realizată și independent, atașându-i un microampermetru (50-60 μA) prevăzut cu șunturi pentru domeniile menționate și cu un comutator suplimentar pentru selectarea sensibilității.
MĂSURAREA CURENTULUI REZIDUAL ICBO
Să presupunem pentru început că tranzistorul verificat este de tipul pnp. Comutatorul K1 se trece în poziția PNP, comutatorul K2 în poziția ICBO, iar K3 în poziția ZERO. Urmărind figura 1, observăm că schema echivalentă în această situație este cea din figura 2, adică montajul clasic de măsurare a curentului rezidual de colector. Rezistența R3 de 6 kΩ limitează la cca 2 mA indicația instrumentului, protejându-l astfel în cazul verificării unui tranzistor cu joncțiunea bază-colector străpunsă. Instrumentul se află inițial pe domeniul de 6 (5) mA, fiind trecut succesiv pe 0,6 mA și 60 μA, pentru o citire cât mai precisă.
Pentru tranzistoarele de tip npn se trece K1 în poziția NPN, schema echivalentă fiind cea din fig. 3.
ECHILIBRARE (REGLAJ ZERO)
Să considerăm din nou un tranzistor de tip pnp. Trecem comutatorul K1 pe PNP, K2 în poziția ZERO-β și K3 în poziția ZERO, obținând astfel schema echivalentă din fig. 4. Se observă că instrumentul de măsură (inițial pus pe domeniul de 6 mA) este conectat în diagonala unei punți alcătuite din cele două surse de tensiune, rezistența R2 și joncțiunea E-C a tranzistorului verificat. Baza tranzistorului este polarizată prin grupul de serii R1-P1-P2-P3, toate cursoarele potențiometrelor fiind inițial în poziția maximă (rezistența inserată maximă). Ajustăm cele trei potențiometre (P1 – reglaj grosier, P2 – reglaj fin) astfel încât acul instrumentului să revină la zero. În această situație puntea este echilibrată, diferența de potențial la bornele instrumentului fiind nulă. Aceasta înseamnă că pe R2 avem o cădere de tensiune de 6 V, deci prin rezistență este străbătută de un curent de 1 mA.
Pentru tranzistoarele npn se trece K1 în poziția NPN, în rest procedându-se analog. Se obține schema echivalentă din fig. 5.
MĂSURAREA FACTORULUI β
Comutatoarele K1 și K2 rămân în pozițiile precizate la echilibrare, instrumentul este pe domeniul de 6 mA, iar cursoarele potențiometrelor corespund echilibrului punții. Trecem comutatorul K3 în poziția β, obținând schema echivalentă din fig. 6 pentru pnp, respectiv fig. 7 pentru npn.
Baza tranzistorului primește acum prin R1 un curent suplimentar de polarizare (o diferență de curent ΔIb), rezultând o creștere ΔIc a curentului de colector, proporțională cu factorul β: ΔIc = β * ΔIb. Această creștere este indicată de instrument ca o valoare absolută I = ΔIc, deoarece acul era pe diviziunea zero la curentul de 1 mA prin colector.
Valoarea rezistenței R1 (1,15-1,16 MΩ) a fost astfel aleasă încât creșterea curentului de bază să fie de 10 μA; s-a ținut cont și de căderea medie de tensiune pe tranzistor (de 0,4-0,5 V) scăzând-o din tensiunea totală de 12 V.
Prin urmare, valoarea factorului de amplificare este: β = ΔIc / ΔIb = I (mA) / 0,01 (mA), adică β = 100 * I (mA). Factorul β se obține, deci, înmulțind cu 100 indicația instrumentului exprimată în miliamperi.
Cu valorile din schemă pentru R1, P2 și P3, montajul permite măsurarea factorului β în intervalul 5-600. La nevoie, citirile se pot face și pe alte domenii ale instrumentului (0,6-1-10-50-60 mA) cu condiția ca exprimarea curentului să se facă tot în miliamperi. Intervalul de măsurare poate fi extins până la 1000, luând pentru R1 valoarea de 10 MΩ.
INDICAȚII CONSTRUCTIVE
Pentru a nu avea probleme cu variația de tensiune în timp, se recomandă alimentarea montajului de la un stabilizator dublu (2 x 6 V). Se poate utiliza, de exemplu, schema alimentatorului diferențial publicată în nr. 10/1979 al revistei noastre.
(Notă: Ultima coloană din imagine conține un text fragmentat dintr-un alt articol despre „Hrănitorul pentru substanțe minerale” destinat creșterii păsărilor, care nu are legătură cu aparatul electronic Betametru și a fost ignorat conform instrucțiunilor).
Explicații de funcționare
Aparatul este un tester analogic conceput sub formă de punte de măsură pentru verificarea tranzistoarelor bipolare de mică putere.
- Măsurarea ICBO (Curentul de fugă): Lasă baza tranzistorului în gol și măsoară curentul rezidual care trece prin joncțiunea colector-bază polarizată invers. La tranzistoarele bune cu siliciu, acest curent este aproape de zero (sub câțiva microamperi). O valoare mare indică un tranzistor defect sau cu pierderi.
- Circuitul în punte (Reglajul de ZERO): Pentru a măsura corect amplificarea (β), aparatul folosește o punte echilibrată. Înainte de test, se reglează potențiometrele până când curentul inițial prin colector aduce acul aparatului exact la zero. Această operațiune anulează influența curentului rezidual propriu al tranzistorului.
- Măsurarea amplificării (β / hFE): Prin comutarea K3, în baza tranzistorului se injectează un curent fix și foarte mic (\(\Delta \)Ib = 10 μA). Tranzistorul amplifică acest curent, determinând o variație a curentului de colector (\(\Delta \)Ic). Deoarece puntea a fost setată anterior la zero, aparatul va indica direct doar această creștere. Datorită raportului ales, valoarea indicată în mA pe ecranul aparatului multiplicată cu 100 oferă valoarea exactă a factorului beta (de exemplu, o indicație de 1,5 mA înseamnă un β de 150).
Piese echivalente moderne
Deși designul este din anii ’70–’80, principiul rămâne perfect valabil. Aparatul poate fi construit sau restaurat cu piese actuale:
- Sursa de alimentare (2 x 6V): În loc de scheme diferențiale complexe cu tranzistoare, se pot folosi două circuite integrate stabilizatoare moderne de tip 7806 (pentru ramura pozitivă) și 7906 (pentru ramura negativă), sau o sursă simetrică simplă realizată cu integrate reglabile de tip LM317 și LM337 setate la 6V.
- Comutatoarele (K1, K2, K3): Se pot înlocui cu comutatoare rotative moderne miniaturale sau comutatoare cu pârghie (toggle switches) cu 2 poziții și 2 circuite (DPDT).
- Potențiometrele (P1, P2, P3): Pentru reglajul de zero, se recomandă utilizarea unor potențiometre multitură (de tip helipot) în locul celor simple. Un potențiometru multitură de 10 kΩ sau 50 kΩ va înlocui cu succes grupul de potențiometre grosier/fin, oferind o precizie de echilibrare mult mai mare.
- Instrumentul de măsură: Dacă nu se folosește un multimetru analogic extern, se poate monta pe panou un microampermetru analogic modern de 50 μA sau 100 μA, configurat cu șunturi calculate din rezistențe cu peliculă metalică de precizie (toleranță 1%)
