В радиолюбительской практике часто возникает необходимость в измерении статического коэффициента усиления по току (обозначаемый как Н21е) мощных биполярных транзисторов. У биполярных транзисторов усиление по току сильно зависит от тока коллектора (эмиттера) и величина Н21е может изменяться в разы. Особенно ярко выражена эта зависимость у транзисторов старых типов. Так что для получения корректных результатов проводить измерения Н21е нужно при токах коллектора (эмиттера), близких к ожидаемым рабочим – порядка сотен мА и единиц ампер.  Подробнее об этом я писал в статье Простейший стенд для измерения Н21е мощных биполярных транзисторов.

Но измерение Н21е мощных биполярных транзисторов при больших токах ( до 10А) коллектора, например, при выборе транзисторов для мощного блока питания или при подборе идентичных пар выходных каскадов мощных УМЗЧ, вызывает определённые трудности, поскольку кроме наличия  мощного (до 10А) источника стабильного тока испытуемый транзистор, на котором при токе коллектора 10 А  и типовом напряжении на коллекторе порядка 5-7В рассеивается до 50-70Вт, во избежание его перегрева необходимо крепить к большому радиатору, что не добавляет оперативности измерений, да и само измерение нужно проводить максимально быстро, особенно это важно для германиевых транзисторов, чтобы локальный перегрев кристалла существенно не влиял на точность.

Очень интересное решение проблемы было описано в статье High-current hfe transistor tester журнала Elektor  за сентябрь 1990 г. Автор C.Sanjay предложил подавать питание на испытуемый транзистор в виде короткого, длительностью порядка 1 мСек, измерительного  импульса с паузой порядка 100 мСек. При такой скважности средний ток коллектора транзистора, а, следовательно, и рассеиваемая на нём мощность  будут в 100 раз меньше, так что нет необходимости в дополнительном радиаторе. Более того, теперь роль мощного  источника питания  может с успехом выполнять конденсатор большой емкости. Так  при емкости 10 000 мкФ и максимальном  токе коллектора 10 А пульсации коллекторного напряжения не превысят 1,6В и это практически никак не повлияет  на точность измерений, поскольку  тока коллектора стабилизирован.  При этом требования  к реальному источнику питания самые гуманные: напряжение 12-14В при токе не менее 200 мА.

Идея мне понравилась и я решил повторить конструкцию. Собственно сам журнал я не смог найти и всю информацию об этой конструкции узнал из видео Bettina Neumryr .  Из фрагментов ролика мне удалось склеить более-менее читаемую схему и получить графический рисунок печатной платы, который я при помощи программы Layout60 преобразовал в чертёж, годный для изготовления по технологии ЛУТ. В процессе испытаний  собранной платы обнаружил в схеме два серьёзнык «косяка», после исправления которых конструкция наконец-то заработала,  как и задумана, я надеюсь, автором.

Как известно, статический коэффициент усиления по току (обозначаемый как Н21е)в схеме включения с общим эмиттером определяется соотношением  тока коллектора к току базы: H21e=Ic/Ib. при этом начальным током коллектор-эмиттер пренебрегаем в виде его малости (у исправных транзисторов) по сравнению большим коллекторным током. Напряжение коллектор-эмиттер выбирается небольшим (порядка 5-7В), но достаточным, чтобы транзистор находился в активном режиме. Как правило, ток коллектора фиксируют на заданном значении (оно указывается в даташитах)  и измеряют величину тока базы.

Давайте подробнее рассмотрим авторскую схему. Упрощенный вариант схемы измерения n-p-n транзисторов представлен на рис. 1.

рис.1

Стабилизатор тока коллектора выполнен на стабилитроне  D2 с напряжением стабилизации 3,9В и транзисторах Т4,Т5 и самого тестируемого транзистора, в цепи коллектора которого включён нагрузочный резистор Rc. На транзисторах Т1,Т2 и Т3 реализована схема управления режимом работы. При поступлении на вход положительного импульса длительностью порядка 1 мСек транзистор Т1 открывается и подает ток на стабилитрон D2,  падение напряжения на котором величиной 3.9В открывает транзистор Т4. Коллекторный ток Т4 усиливается транзистором Т5 и подаётся на базу тестируемого транзистора, открывая его. Через нагрузочный резистор Rc  начинает протекать коллекторный ток. Когда падение напряжения на  резистор Rc   достигнет уровня 3,9В-0,6В (напряжение база-эмиттер Т4)=3,3В, транзистор Т4 начнёт запираться, тем самым стабилизируя ток коллектора на уровне Ic=3.3В/Rc. Таким образом мы можем изменяя величину резистора  Rc задавать величину испытательного  тока коллектора. Величину тока базы определяют по падению напряжения на резисторе Rb, выполняющего функцию датчика тока базы. Поскольку ток базы тоже импульсный, то снятия значения падения напряжения на резисторе Rb применяется схема выборки-хранения, управляемая входным положительным импульсом.

Для обеспечения устойчивой работы  этого составного стабилизатора тока  автор к выводам база и коллектор регулирующего транзистора Т4 подключил конденсатор Ср довольно большой емкости (3300 пФ). Этот конденсатор сильно замедлил переключение режимов и для ускорения закрытия тестируемого транзистора после снятия открывающего входного импульса используются транзисторы Т2  и Т3. Вот здесь и кроется первый «косяк». По окончании каждого  измерительного цикла транзистор Т3 открывается раньше, чем успевает закрыться Т4. И через него в этот момент протекает очень большой ( по моим оценкам его амплитуда больше 1 А !!!). Транзистор Т4 сильно перегревается и в течении нескольких минут, даже при работе на холостом ходу, без тестируемого транзистора, выходит из строя. Возможно в 1990 г.г. транзисторы были покрепче и нормально выдерживали такой режим, но сейчас это реальная проблема и её нужно было решать.

Полная авторская схема, склеенная мной из фрагментов, представлена на рис.2

рис.2

В качестве стабилитрона 3,9В используются 2 последовательно включённых светодиода красного и зелёного цвета, подобранные для обеспечения требуемого напряжения. На транзисторах Т1-Т5 выполнен ранее рассмотренный нами стабилизатор тока для n-p-n транзисторов. А на транзисторах Т6-Т10 выполнен аналогичный стабилизатор тока для p-n-p  транзисторов. Переключение типа тестируемого транзистора p-n-p\ n-p-n осуществляет переключатель S4, имеющий 8 групп контактов переключения. В показанном на схеме положении включён режим измерения n-p-n транзисторов. Стабильное напряжение питания маломощной части  схемы обеспечивает интегральный стабилизатор IC2 (7810). Питание силовой части обеспечивает конденсатор С9 емкостью 10000 мкФ, заряжаемый через токоограничительный резистор R1.

Микросхема IC1 представляет собой  сдвоенный быстродействующий  ОУ с полевыми транзисторами на входе. На первом ОУ IC1а выполнен генератор управляющих импульсов длительностью примерно 1 мСек и периодом следования примерно 100 мСек. На втором  ОУ  IC1b  выполнен высокоомный повторитель напряжения, который совместно с резисторами R26,P1 и измерительной головкой образуют вольтметр постоянного тока с пределом измерения 2.5В.

Устройство выборки хранения выполнено на 4 ключах на микросхемы IC3. При поступлении управляющего импульса с вывода 1 IC1а одновременно с началом работы стабилизатора тока и тестируемого транзистора открываются ключи IC3c и IC3d и подключают через защитные резисторы r28,R29 накопительный конденсатор С3 параллельно базовому датчику тока. При этом нулевое напряжение на коллекторе Т1 закрывает ключи IC3a и IC3b, отключая накопитель конденсатор С3 от нашего вольтметра. Напряжение на конденсаторе С3 становится равным падению напряжения на базовом резисторе. По окончанию управляющего импульса происходит обратная коммутация — ключи IC3c и IC3d закрываются, а ключи IC3a и IC3d открываются, подключая накопительный конденсатор С3 через сглаживающий ФНЧ R30C4 ко входу вольтметра. Таким образом обеспечивается стабильные, без дёргания стрелки,  показания прибора. Переключателем S2  коммутируются  токозадающие резисторы в цепи коллектора тестируемого транзистора, т.о. задавая величину испытательного тока коллектора. Величина этих резисторов рассчитывается по формуле Rc =3.3В/ Ic. Отдельным переключателем S3  коммутируются резисторы – датчики тока базовой цепи. Величина этих резисторов рассчитывается по формуле Rb =2,5В/ Ib. И вот здесь, на мой взгляд, кроется  второй «косяк». Раздельная коммутация тока коллектора и датчика тока базы приводит к большой путанице в пользовании прибором и интерпретации его показаний. Яркий пример этому можно увидеть в конце видео Bettina Neumryr, где она окончательно запуталась в этом вопросе.

Доработанная мной схема представлена на рис.3

рис.3.Принципиальная схема высокотокового тестера H21e by US5MSQ

Первый «косяк» был устранен введением резисторов R30,R31, ограничивших сквозной ток до безопасной величины. Второй «косяк» был устранён применением  единого многосекционного переключателя для коммутации коллекторных и базовых резисторов, что полностью устраняет путаницу в отсчётом результатов измерений и делает процесс измерения быстрым и удобным. Переключатель S2 типа 5П4Н имеет 4 секции 5 положений. Первые 2 секции SA2.1, коммутирующие коллекторные резисторы, для большей надёжности  запараллелены. Третья секция SA2.2 коммутирует базовые резисторы при множителе 1х, а четвёртая секция SA2.3 коммутирует базовые резисторы при множителе 4х. В результате прибор позволяет с точностью не хуже 10 % измерять Н21е при множителе 1х от 10 до 100 и от 40 до 400 с множителем 4х.

Величины коллекторных  резисторов пересчитаны для токов коллектора 0.5,  1, 2.5, 5 и 10А. Поскольку минимальная величина Н21е мной выбрана равной 10, то расчёт величины базовых резисторов для множителя 1х производится по формуле Rb=10*2,5В/Ic. Для секции 4х величины базовых резисторов должны быть в 3 раза больше. Точные значения базовых резисторов набраны из китайских 1% резисторов, при необходимости параллельным соединением нескольких.

Под доработанные вариант схемы я при помощи программы Layout60 нарисовал новую плату.

Вид платы by US5MSQ

Скачать её чертёж можно на форуме.

Предварительно нужно подобрать светодиоды для получения на них напряжения 3,9В с точностью +-0,1В. Сделать это можно подключая их через резистор 560 Ом к источнику постоянного напряжения 10в. Показанные на схеме утолщёнными линиями соединения нужно выполнять проводами минимально возможной длины и сечением не менее 0,5 кв.мм.  Собранная без ошибок плата заработала сразу.

Вид-собранной-платы

Трудность возникла переключателем П2К.  Одиночного на восемь переключаемых групп я не нашёл, имеющийся был с зависимой фиксацией, поэтому пришлось немного помудрить с его установкой, благо плата это позволила.

КТ819_ток-коллектора-0,5А

КТ819_ток-коллектора-0,5А —

На фото приведены осциллограммы полученные на выводе 1 ОУ и на коллекторе тестируемого транзистора при токе измерения 0,5А. Длительность импульса получилась 1,2 мСек, амплитуда примерно 8В, а период следования примерно 90 мСек.  Такая же осциллограмма при токе коллектора   10А.

КТ819_ток коллектора 10А

КТ819_ток коллектора 10А_

Как видим в последнем случае видны пульсации напряжения питания амплитудой 1,6В, но они практически никак  не влияют на амплитуду тока коллектора, просто «полочка» импульса равномерно снижается.

Вся настройка прибора сводится только к подбору/подстройке резисторов R27,R28 для отклонения стрелки прибора на всю шкалу при подаче на вывод 5 ОУ OP1.2 постоянного напряжения 2,5В. В качестве измерительной головки подходит любая с током максимального отклонения от 50мкА до 5мА, лучше большего размера, что повысит точность снятия показаний. Единственно, что потребуется при  замене головки — это пересчитать величины резисторов R27 и R28 (в среднем положении движка)для получения предела измерения 2.5В. Например при головке 100 мкА R27=18кОм и R28=10кОм, и при 1 мА R27=1,8кОм и R28=1кОм и т.д.

В качестве измерительной головки можно применять не только встроенную, но и внешнюю, например тот же стрелочный тестер. И совсем не обязательно переделывать головку под новую шкалу. Например, я на первых порах использовал в качестве измерительной головки встроенные вольтметр Универсального прибора коротковолновика, просто подклеив ему табличку соответствия значений Н21е показания шкалы.

Универсальный-прибор-коротковолновика-UA1FA

на фото показа результат измерения Н21е=30  транзистора КТ819г.

Таблица показаний шкалы в зависимости от количества её делений

Такую табличку для разных видов шкал я составил в экселе, скачать которую можно на форуме.

Но всё же лучше будет (комфортнее и информативнее)  сделать и наклеить нормальную шкалу, что я и собирался сделать. Но пока я осваивал замечательную программу рисования шкал Scale Master (на Ютубе есть несколько обучающих видео — Гугл в помощь) и рисовал шкалу для головки М24,

М24 H21e_50uA_v.2 (600ppi 154.01x140mm)

на одной из Интернет-площадок купил недорого полуживой прибор ППТ – фактически профильная заготовка под наш проект: приличный корпус, большая измерительная головка и куча переключателей и зажимы для подключения транзисторов.

Купленный-мной-ППТ

Пришлось переориентировать вектор проекта — нарисовать шкалу  под головку М906 и подумать, как приспособить имеющееся у него переключатели и отверстия. Результат таких размышлений представлен на схеме рис.4 .

рис.4.Принципиальная схема высокотокового тестера H21e на основе ППТ by US5MSQ

Имеющийся в ППТ галетный переключатель на 5 положений 4 направления использован как S2. Второй же галетный переключатель на 2 положения и 4 направления и использовал для введения режима измерения обратного  тока коллектора Iкбо на двух пределах 1 и 10 мА. Резисторы шунтов R34,R35 штатные от ППТ.Вместо потенциометров поставит 2 тумблера. Один переключает множитель 1х-4х, а второй включает (СТАРТ) режим измерения Н21е. Параллельно головке включен диод VD3, защищающий её при подключении неисправного транзистора. Подстроечником R33 (штатный от ППТ) калибруется показания миллиамперметра, а только поле этого калибруется вольметр на 2,5В. Диодный мост обеспечивает работы измерителя Iкбо  при переключении типа (p-n-p/n-p-n) транзистора.

Под этот вариант я при помощи программы Layout60 для передней панели  распечатал и заламинировал наклейку с надписями.

передняя панель ППТ_Н21е

Скачать чертёж так же можно на форуме. там же для печати на принтере можно скачать чертежи шкал для приборов М24 и М906 в формате pdf. В результате получился вот такой красавец-прибор

ППТ_Н21е_1

ППТ_Н21е_2

Фото монтажа

ППТ_Н21е_3

ППТ_Н21е_4

Фото процесса измерений.

ППТ_Н21е_5

ППТ_Н21е_6-1

измерение Н21е КТ819 при токе 0,5А

ППТ_Н21е_7

тот же  КТ819 при токе 10А

Как видим, теперь отсчёт показаний стал прост и понятен. Прибором удобно стало пользоваться. Можно быстро измерить усилительные возможности мощного транзистора по всему диапазону токов коллектора (от 0,5 до 10А) и оценить его пригодность для той или иной конструкции.

Обсудить статью, а также скачать дополнительные материалы можно на форуме. Купить набор деталей для самостоятельного изготовления экономичного высокотокового измерителя Н21е мощных транзисторов можно здесь

С.Э.Беленецкий  US5MSQ                      март 2026г.                                  г.Киев