MOSFET Nasıl Test Edilir? Multimetreyle Adım Adım

Bir MOSFET’in sağlam olup olmadığını anlamanın en hızlı yolu, multimetreyi diyot kademesine alıp dört adımlık bir kontrol yapmaktır: önce gate’i boşaltın, sonra drain ile source arasındaki gövde (body) diyotunu ölçün, ardından gate’i multimetrenin kendi gerilimiyle doldurup drain-source arasının iletime geçtiğini görün, son olarak gate’i tekrar boşaltıp kanalın kapandığını doğrulayın. Bu yazıda bu adımları N-kanal ve P-kanal örnekleriyle, sık yapılan ölçüm hatalarıyla ve multimetrenin yetmediği durumlar için basit bir gerilim altında test devresiyle anlatıyoruz.

Örnek olarak üç yaygın parçayı kullanacağız: TO-220 kılıflı N-kanal IRF630A, TO-220 kılıflı P-kanal BUZ271 ve TO-92 kılıflı küçük sinyal MOSFET’i 2N7000. Verilen tüm değerler bu parçaların datasheet’lerinden alınmıştır.

MOSFET’i multimetreyle ölçebilmenin mantığı

Bir güç MOSFET’inin üç ucu vardır: gate (G), drain (D) ve source (S). Gate, ince bir oksit tabakasıyla kanaldan yalıtılmıştır; bu yüzden sağlam bir MOSFET’te gate ile diğer iki uç arasında ölçülebilir bir iletim olmaz. Bu yalıtım aynı zamanda gate’in küçük bir kondansatör gibi davranmasına yol açar. Gate’e yük verdiğinizde, kaçak akım çok küçük olduğu için bu yük bir süre yerinde kalır ve MOSFET iletimde kalır. Multimetre testinin temeli budur: gate’i ölçü aletinin kendi gerilimiyle doldurup ölçü uçlarını kaldırsanız bile kanal açık kalır.

İkinci önemli nokta gövde diyotudur. Güç MOSFET’lerinin yapısında drain ile source arasında, kanala paralel bir diyot bulunur. N-kanal bir MOSFET’te bu diyotun anodu source’a, katodu drain’e bağlıdır; P-kanalda yönü terstir. Diyot kademesinde bu diyotu görmek, drain-source yolunun kısa devre olmadığını ve parçanın en azından fiziksel olarak bütün olduğunu gösterir.

Örnek parçaların test için önemli parametreleri

Multimetreyle test yaparken bakmanız gereken üç değer vardır: bacak dizilişi, gate eşik gerilimi V_GS(th) ve gate-source gerilim sınırı V_GS. Eşik gerilimi, multimetrenin parçayı iletime sokup sokamayacağını belirler. Gate-source sınırı ise gate’i harici bir pille doldururken aşılmaması gereken gerilimdir.

Tablodan çıkan pratik sonuç şudur: 2N7000’in eşik gerilimi en fazla 3 V olduğu için çoğu multimetre onu diyot kademesinden iletime sokabilir. IRF630A ve BUZ271’de ise eşik 4 V’a kadar çıkabilir. Multimetrenizin diyot kademesindeki açık devre gerilimi bunun altındaysa parça iletime hiç geçmeyebilir ya da yalnızca kısmen geçer. Bu, parçanın arızalı olduğu anlamına gelmez. Bu durumda aşağıda anlatılan 9 V pil yöntemini kullanın. Kendi multimetrenizin diyot kademesi gerilimini, ikinci bir multimetreyle uçları arasını ölçerek öğrenebilirsiniz.

Tekli MOSFET’lerin tamamını Tekli MOSFET’ler kategorisinde, eşik gerilimi ve kılıfa göre süzerek inceleyebilirsiniz.

N-kanal MOSFET adım adım nasıl test edilir?

Parçayı devreden sökün ve temiz, kuru, iletken olmayan bir yüzeye koyun. İletken köpüğe saplanmış bir parçanın bacakları köpük üzerinden birbirine bağlı olacağı ve okumaları bozacağı için ölçmeden önce köpükten çıkarın. Multimetreyi diyot kademesine alın. Kırmızı uç artı (+), siyah uç eksi (−) kabul edilir. Aşağıdaki adımlar IRF630A ve 2N7000 için aynıdır; yalnızca bacak sırasına dikkat edin.

1. Gate’i boşaltın. Gate ile source bacaklarını bir tel ya da tornavida ucuyla bir an kısa devre edin. Böylece gate’te kalmış yük gider ve MOSFET kesin olarak kapalı duruma gelir.
2. Gövde diyotunu ve kapalılığı kontrol edin. Kırmızı ucu source’a, siyah ucu drain’e koyun. Ekranda bir diyot okuması görmelisiniz; bu değer tipik olarak birkaç yüz milivolttur. Uçları ters çevirin (kırmızı drain’de, siyah source’ta). Bu yönde ekran OL (açık devre) göstermelidir.
3. Gate’i doldurun. Kırmızı ucu gate’e, siyah ucu source’a bir saniye kadar değdirin. Multimetre gate’e pozitif yük verir.
4. İletimi kontrol edin. Kırmızı ucu drain’e, siyah ucu source’a koyun. 2. adımda OL gördüğünüz bu yönde artık belirgin şekilde düşük bir okuma görmelisiniz; kanal açılmıştır. Ardından birinci adımı tekrarlayıp gate’i boşaltın ve aynı ölçümün yeniden OL’ye döndüğünü görün.

Son olarak gate’in yalıtımını kontrol edin. Gate’i boşalttıktan sonra gate ile drain, gate ile source arasını iki yönde ölçün; okuma kısa bir an değişse bile sonunda hepsi OL göstermelidir. Kırmızı uç gate’e değdiğinde gate yeniden dolacağı için bu ölçümden sonra gate’i tekrar boşaltın. Datasheet’e göre IRF630A’da 30 V gate geriliminde bile kaçak akım en fazla 100 nA’dır. Bu, Ohm yasasıyla en az 30 V / 100 nA = 300 MΩ’luk bir yalıtım direnci demektir. Multimetrenin direnç kademesinde gate ile herhangi bir bacak arasında kΩ ya da düşük MΩ mertebesinde bir değer görüyorsanız gate oksidi zarar görmüştür.

Sonuçlar nasıl yorumlanır?

• Sağlam: Gövde diyotu tek yönde okunuyor, gate doldurulunca drain-source iletime geçiyor, boşaltılınca yeniden OL oluyor, gate tüm bacaklara karşı açık devre.
• Drain-source kısa devre: Gate’i boşaltmanıza rağmen drain-source iki yönde de sıfıra yakın okuyor. Güç MOSFET’lerinde en sık görülen arıza budur ve parça değişmelidir.
• Gate kaçağı: Gate ile drain ya da source arasında ölçülebilir iletim var. Böyle bir parça güvenilir şekilde açılıp kapanmaz ve değiştirilmelidir.
• Açılmıyor: Gövde diyotu normal ama gate doldurulunca drain-source değişmiyor. Önce multimetrenin gerilimi eşiğe yetmiyor olabilir diye 9 V pil yöntemini deneyin; yine açılmıyorsa parça arızalıdır.

P-kanal MOSFET’te nelerin değiştiği

BUZ271 gibi bir P-kanal MOSFET’te tüm kutuplar ters çevrilir. Gövde diyotunun anodu drain’e, katodu source’a bağlıdır. Bu yüzden diyot okumasını kırmızı uç drain’de, siyah uç source’tayken görürsünüz. Gate’i doldurmak için siyah ucu gate’e, kırmızı ucu source’a değdirin; böylece gate source’a göre negatif olur. İletim kontrolünde ise kırmızı uç source’ta, siyah uç drain’de olmalıdır. BUZ271’in eşik gerilimi −2,1 ile −4,0 V arasındadır; multimetreniz yetmezse pil yöntemini ters kutupla uygulayın.

Multimetre yetmediğinde: 9 V pil ve gerilim altında test

Eşik gerilimi yüksek bir MOSFET’i açmanın en kolay yolu, gate’i 9 V’luk bir pille doldurmaktır. N-kanalda pilin artı ucunu gate’e, eksi ucunu source’a bir an dokundurun, sonra multimetreyle drain-source arasını ölçün. 9 V, üç örnek parçanın gate-source sınırının (IRF630A için ±30 V, BUZ271 ve 2N7000 için ±20 V) altında kalır. Pilden daha yüksek bir kaynak kullanacaksanız önce bu sınırı datasheet’ten kontrol edin.

Multimetre testi yalnızca çok küçük akımla yapılır. Bir MOSFET bu testi geçip yine de yük altında arıza verebilir. Daha güvenilir bir kontrol için Şekil 3’teki basit devreyi kurabilirsiniz.

Devrede 1 kΩ’luk yük direnci drain ile +12 V arasında, source doğrudan 0 V’ta durur. R2 (100 kΩ) gate’i source’a çeker, S1 kapatıldığında R1 (10 kΩ) üzerinden gate’e gerilim gelir. Hesaplar şöyle:

• Gate gerilimi: R1 ve R2 bir gerilim bölücü oluşturur: V_GS = 12 V × 100 kΩ / (10 kΩ + 100 kΩ) ≈ 10,9 V. Bu değer üç parçanın eşik geriliminin üstünde, gate-source sınırlarının altındadır ve datasheet’lerde R_DS(on)‘un verildiği 10 V’a yakındır.
• Yük akımı: MOSFET tam iletimdeyken akım yaklaşık 12 V / 1 kΩ = 12 mA’dir. Direncin harcadığı güç 12 V × 12 mA ≈ 0,14 W olduğundan 1/4 W’lık bir direnç yeterlidir.
• Beklenen V_DS: 2N7000 için R_DS(on) en fazla 5 Ω olduğundan V_DS en fazla 12 mA × 5 Ω = 60 mV olur. IRF630A için 12 mA × 0,4 Ω ≈ 5 mV’tur. S1 açıkken V_DS besleme gerilimine, yani yaklaşık 12 V’a yakın olmalıdır.

S1 kapalıyken V_DS 0,1 V’un altına inmiyorsa ya da S1 açıldığında 12 V’a geri dönmüyorsa MOSFET şüphelidir. P-kanal bir parçayı test etmek için source’u +12 V’a, yükü drain ile 0 V arasına bağlayın, R2’yi gate ile source arasına koyun ve S1’i R1 üzerinden gate’i 0 V’a çekecek şekilde yerleştirin. Bu durumda V_GS yaklaşık −10,9 V olur.

Sık yapılan hatalar

• Gate’i boşaltmadan ölçmek: Önceki bir ölçümden ya da elinizden kalan yük kanalı açık tutabilir. Drain-source kısa devre gibi görünür ve sağlam parça çöpe gider. Her ölçümden önce gate ile source’u kısa devre edin.
• Bacak sırasını ezbere varsaymak: TO-220 kılıflı IRF630A’da sıra G-D-S iken TO-92 kılıflı 2N7000’de S-G-D’dir. Aynı kılıfta farklı üreticilerin farklı sıra kullandığı parçalar da vardır. Her zaman datasheet’teki bacak çizimine bakın.
• Kart üzerinde kesin karar vermek: Devrede gate ile source arasına bağlı bir direnç gate’i mikrosaniyeler ile milisaniyeler içinde boşaltır ve 4. adım başarısız olur. Paralel diyotlar ve diğer MOSFET’ler de okumaları bozar. Kart üzerinde yalnızca drain-source kısa devresi aranabilir; kesin karar için parçayı sökün.
• Eşiği yüksek parçayı “açılmıyor” diye arızalı saymak: Eşik gerilimi 4 V’a kadar çıkabilen IRF630A ya da BUZ271 multimetrenin diyot kademesiyle tam açılmayabilir. 9 V pille tekrar deneyin.
• Statik elektriği hafife almak: 2N7000’in datasheet’inde ESD dayanımı insan vücudu modelinde (HBM) yalnızca 100 V’un üzerinde olarak verilir. Kuru havada vücudunuzda biriken statik gerilim bundan çok daha yüksek olabilir. Küçük MOSFET’leri bacaklarından tutmadan önce topraklı bir yüzeye dokunun.
• Gate’i zener korumalı parçalarla karıştırmak: Bazı MOSFET’lerin içinde gate ile source arasında koruma zener diyotları bulunur. Bu parçalarda gate-source arasında diyot benzeri bir okuma normaldir. Böyle bir okuma görürseniz arıza demeden önce datasheet’te koruma diyotu olup olmadığını kontrol edin.

Tamir sonrası kontrol: değiştirilen MOSFET neden ısınır?

Yeni taktığınız sağlam bir MOSFET kısa sürede ısınıyorsa sorun çoğu zaman gate sürmesidir. R_DS(on) değeri datasheet’te belirli bir gate geriliminde verilir; IRF630A için bu 10 V’tur. Gate’e daha düşük bir gerilim geliyorsa kanal direnci verilen değerin üstüne çıkar.

Isınmayı kabaca hesaplamak için IRF630A’nın datasheet’teki ölçüm koşulunu örnek alalım: 4,5 A akım ve en fazla 0,4 Ω kanal direnci. İletim kaybı P = I² × R = 4,5² × 0,4 ≈ 8,1 W olur. Soğutucu olmadan jonksiyon-ortam ısıl direnci 62,5 °C/W olduğundan sıcaklık artışı 8,1 × 62,5 ≈ 506 °C olur. Bu, 150 °C’lik jonksiyon sınırının çok üstündedir; yani bu akımda soğutucu zorunludur. Soğutucuyla birlikte jonksiyon-kılıf (en fazla 1,74 °C/W) ve kılıf-soğutucu (tipik 0,5 °C/W) dirençleri toplamı yaklaşık 2,24 °C/W’tır. Bu durumda jonksiyon ile soğutucu arasında yaklaşık 8,1 × 2,24 ≈ 18 °C’lik bir sıcaklık farkı oluşur; soğutucunun kendisi de ortam sıcaklığının üstüne çıkacağı için yeterince büyük seçilmelidir. Ayrıca Hesapta kanal direncinin en fazla değeri (0,4 Ω; tipik değer 0,333 Ω) kullanıldı, ancak R_DS(on) sıcaklıkla belirgin şekilde artar. Örneğin 2N7000’in datasheet’inde en fazla değer 25 °C’de 5 Ω iken 125 °C’de 9 Ω’dur. Bu yüzden sıcak çalışan bir parçada gerçek kayıp hesaptakinden belirgin şekilde yüksek olabilir. Tamirden sonra gate’teki gerilimi bir osiloskop ya da en azından multimetreyle kontrol etmek, aynı arızanın tekrarlanmasını önler.

Bir drain-source kısa devresiyle sökülen MOSFET’in yanında, gate’ine bağlı direnç ve sürücü katı da ölçülmelidir. Kısa devre anında drain’deki yüksek gerilim gate üzerinden sürücüye ulaşabilir; yalnızca MOSFET’i değiştirmek yeni parçanın da kısa sürede yanmasına yol açabilir.

Sık sorulan sorular

Multimetrenin transistör (hFE) soketiyle MOSFET test edilir mi?

Hayır. hFE soketi bipolar transistörlerin akım kazancını ölçmek için tasarlanmıştır. MOSFET gerilimle sürülür ve akım kazancı gibi bir parametresi yoktur. Bu yazıdaki diyot kademesi yöntemini kullanın.

Gövde diyotu sağlam çıktıysa MOSFET sağlam mıdır?

Tek başına yeterli değildir. Gövde diyotu yalnızca drain-source yolunun kısa devre ya da kopuk olmadığını gösterir. Gate’in kanalı açıp kapatabildiğini görmek için gate’i doldurma ve boşaltma adımlarını da yapmanız gerekir.

Gate’i doldurduktan sonra iletim ne kadar süre kalır?

Gate kaçağı çok küçük olduğu için yük genellikle ölçümü rahatça yapacak kadar kalır. Giriş kapasitesi küçük olan 2N7000’de (tipik 20 pF) parmak teması ya da uçların hareketi gate’teki yükü daha kolay değiştirir. Okuma kararsızsa gate’i yeniden doldurup ölçümü hızlı yapın.

Kart üzerindeki MOSFET’i sökmeden ölçebilir miyim?

Yalnızca kaba bir ön kontrol yapabilirsiniz. Drain ile source arasında iki yönde de sıfıra yakın değer görüyorsanız bir kısa devre vardır; ancak bu kısa devre paralel başka bir parçadan da gelebilir. Kesin sonuç için MOSFET’i sökün ve bu yazıdaki adımları kart dışında tekrarlayın.

Eşik gerilimini ve gate kapasitesini ölçmek istiyorsam ne yapmalıyım?

Multimetre bu değerleri vermez. Bunun için mikrodenetleyicili bileşen test cihazları ya da eğri izleyiciler kullanılır. Bu cihazlar parçayı tanıyıp bacak sırasını, eşik gerilimini ve gate kapasitesini gösterebilir. Bu cihazların test akımı datasheet’teki ölçüm koşulundan farklı olabileceği için ölçtüğünüz değeri datasheet’teki en az ve en fazla değerlerle yalnızca yaklaşık olarak karşılaştırın.

Sonuç

MOSFET testinin özü dört adımdır: gate’i boşalt, gövde diyotunu gör, gate’i doldur, iletimi gör; son olarak gate’i tekrar boşaltıp kanalın kapandığını doğrula. Ölçüme başlamadan önce datasheet’ten bacak sırasını, eşik gerilimini ve gate-source sınırını okumak, sağlam parçaların yanlışlıkla atılmasını ve gate’in fazla gerilimle bozulmasını önler. Multimetrenin yetmediği durumlarda 9 V pil ya da basit bir yük devresi, parçanın gerçek çalışma koşuluna daha yakın bir sonuç verir.

Kaynaklar

• IRF630A datasheet (Fairchild Semiconductor, Rev. B)
• BUZ271 datasheet (Siemens SIPMOS Power Transistor)
• 2N7000, 2N7002, NDS7002A datasheet (onsemi, Rev. 11)
• 320volt.com: ATmega8 LCD Transistor Tester (bileşen test cihazları için örnek proje)