|
De Chinese transistor testertjes kunnen veel specificaties achterhalen, maar niet de breakdown spanning. Daar is de beschikbare spanning te laag voor. Dat kan met dit klein apparaatje wél, zelfs tot 2.700 V.
|
Achtergrond informatie: breakdown spanning
Wat is de breakdown spanning?
Als u de spanning over een elektronisch onderdeel langzaam laat toenemen zal, in de meeste gevallen, de stroom door dit onderdeel even langzaam stijgen (onderdeel met positieve weerstand) of dalen (onderdeel met negatieve weerstand). Bij sommige halfgeleidende onderdelen, zoals diodes en transistoren, zult u echter merken dat bij een bepaalde spanning de stroom opeens heel snel gaat stijgen. Het lijkt alsof er op dat moment iets in het onderdeel 'breekt', waardoor de beperkingen die de stroom onder controle houden wegvallen. De spanning waarbij dit verschijnsel optreedt noemt men de 'breakdown' spanning en deze is een belangrijke parameter van het onderdeel. De waarde van de breakdown spanning is afhankelijk van het soort onderdeel en kan uiteen lopen van een paar tientallen volt tot meer dan 2.000 V.
De breakdown spanning van een diode
Iedere diode geleidt de stroom slechts in één richting. In de geleidende richting staat er een heel lage spanning over het onderdeel, waarvan de waarde afhankelijk van het soort materiaal. In de sperrende richting kunt u de spanning opvoeren tot een bepaalde grens. Boven die grens neemt de stroom, zonder passende maatregelen, heel snel toe tot waarden waarbij het onderdeel wordt vernield. Van deze fysische eigenschap wordt dankbaar gebruik gemaakt bij zenerdiodes. Die worden in serie met een weerstand in sper aangesloten op een gelijkspanning. Bij een bepaalde waarde van deze spanning slaat de zenerdiode door en ontstaat over het onderdeel de zeer stabiele breakdown spanning. Zolang u de stroom door de halfgeleider op een veilige waarde begrenst is het doorslaan van de junctie niet destructief.
De breakdown spanning van een diode is een belangrijke parameter. Als u een diode gebruikt in een schakeling die de netspanning gelijkricht moet de diode in staat zijn minstens twee maal de waarde van de amplitude van deze spanning te weerstaan in gesperde toestand. Op de anode staat dan immers de negatieve top van de sinus, op de kathode de gelijkgerichte en in een elco opgeslagen positieve spanning. Met de nodige reserve moet de breakdown spanning van zo'n diode dus minstens 700 V bedragen.
 |
| De breakdown spanning van een diode. (© 2023 Jos Verstraten) |
De breakdown spanningen van een transistor
Ook voor een bipolaire transistor bestaan er bepaalde maximale spanningen die u tussen de drie pootjes kunt aansluiten. In de onderstaande grafiek is bijvoorbeeld de spanning tussen de collector en de emitter weergegeven en de als gevolg daarvan vloeiende collectorstroom. Die stroom is ook afhankelijk van de basisstroom, vandaar dat er niet één grafiek is getekend, maar een bundel. Boven een bepaalde spanning treedt breakdown op en gaat de stroom exponentieel stijgen. Dit noemt men de Uceo van de transistor, een typische waarde voor een klein-signaal transistor als de 2N2222 is 40 V. Ook voor de spanningen tussen basis en emitter en tussen basis en collector bestaan bepaalde maximale breakdown waarden, die u absoluut niet mag overschrijden. De Ucbo voor de genoemde transistor bedraagt typisch 75 V en de Uebo slechts 6 V.
 |
| Het verschijnsel breakdown in de collector/emitter-spanning. (© 2023 Jos Verstraten) |
De breakdown spanningen van een MOV
Een MOV is een 'Metal Oxide Varistor'. Zo'n onderdeel wordt vaak gebruikt als beveiliger tegen een te hoge positieve of negatieve spanning. In iedere multimeter zijn wel een paar van die onderdelen aanwezig ter beveiliging van de elektronica tegen een te hoge meetspanning. De beveiliging die dit onderdeel biedt ontstaat doordat een MOV een symmetrische breakdown heeft. Dit is voorgesteld in de onderstaande grafiek voor twee verschillende materialen waaruit de MOV is gemaakt.
 |
| Het verschijnsel breakdown in een MOV. (© 2023 Jos Verstraten) |
De breakdown spanning van een gasontladingsbuis
Gasontladingsbuis? Ja, nog steeds zeer begeerd in elektronica-hobby kringen onder de vorm van de bekende nixie-buis, waarmee nostalgische klokken worden ontworpen. Zó begeerd, dat er tegenwoordig schatten worden betaald voor een setje van zes nixie-buisjes. Ook in zo'n buis treedt een breakdown verschijnsel op als u de spanning over de buis maar hoog genoeg maakt. Rond de kathode ontstaat dan een lichtverschijnsel, waardoor de cijfers 0 tot en met 9 kunnen oplichten. In de onderstaande figuur is de stroom/spanning-karakteristiek van zo'n buisje voorgesteld.
 |
| Het verschijnsel breakdown in een nixie-buis. (© 2023 Jos Verstraten) |
Besluit
Iedere elektronicus zou iets in huis moeten hebben waarmee hij of zij de breakdown spanning van een onderdeel kan meten. Echter ... voor zo'n meting moet u de beschikking hebben over een voeding die in staat is gelijkspanningen te genereren van 0 V tot wel 2.000 V. Sinds buizen verdwenen zijn uit de dagelijkse praktijk van een elektronicus zal niemand zo'n dure voeding in huis hebben.
Bestaan er een goedkoop alternatief?
EMECO breakdown voltage tester
Kennismaking met het apparaat
Zo'n alternatief bestaat inderdaad. Door het voor ons onbekende Chinese merk EMECO wordt een klein, goedkoop apparaatje op de markt gebracht dat in staat is een gelijkspanning te genereren tussen 110 V en 2.700 V. Met een tweede knopje kunt u de maximale uitgangsstroom instellen tussen 0,2 mA en 3,8 mA. Met dit apparaatje kunt u de breakdown spanning meten van alle onderdelen die u in de dagelijkse praktijk tegenkomt. Bovendien kunt u met dit apparaatje heel snel de aansluitcodering terugvinden van bijvoorbeeld een nixie-buisje.
Transistor withstand voltage tester
Het apparaatje draagt geen typenummer, maar presenteert zich op de frontplaat met een tekst waarmee het doel van het metertje wordt omschreven: 'Transistor withstand voltage tester'. De tester is te koop bij alle bekende Chinese postorder bedrijven en hun Europese dropshipment-klonen. Bij Banggood betaalt u er € 20,97 voor, bij AliExpress € 28,37.
Zoals uit de onderstaande foto blijkt zit deze breakdown voltage meter in een kleine kunststof behuizing van 90 mm bij 70 mm bij 30 mm. Het apparaatje weegt slechts 96 gram. Handig is dat deze tester wordt gevoed uit een interne lithium-accu die via een USB-C connector uit een 5 V voeding kan worden opgeladen.
Een drie-aderig aansluitkabeltje met drie krokodil klemmetjes wordt meegeleverd. Hiermee sluit u de meter aan op het te testen onderdeel.
Links staat een draaipotentiometer waarmee u de uitgangsspanning instelt, rechts een identiek onderdeel waarmee u de stroom kiest. Beide knoppen zijn voorzien van een schaalindeling. Tussen deze knoppen staat een rode LED die gaat branden als de spanning op de uitgangen staat. Dat gebeurt alleen als u de rode drukknop 'START' ingedrukt houdt. Op deze manier loopt u niet het risico opeens 2.700 V tussen uw vingers te krijgen! De vinger van één hand moet altijd op het knopje drukken en bevindt zich dus op een veilige afstand van de spanning voerende draden.
Boven staat een viercijferig rood of blauw LED-display dat de uitgangsspanning met een resolutie van 1 V weergeeft.
 |
| De breakdown voltage tester van EMECO. (© Banggood) |
De boven- en onderzijde van het apparaat
In de onderstaande foto zijn de boven- en onderzijde van het apparaatje verenigd. In de bovenzijde zit een vierpolige connector waarop u het meetkabeltje aansluit. Op de onderzijde ziet u een schuifschakelaartje waarmee u het apparaat in- en uitschakelt en een USB-C connector voor het opladen van de accu. Boven deze connector is een hele kleine rode LED aanwezig die gaat branden als de accu wordt opgeladen en dooft als de accu vol zit. Een laadkabel wordt trouwens niet meegeleverd.
 |
| De boven- en onderzijde van het apparaat. (© 2023 Jos Verstraten) |
Technische specificaties
Volgens de fabrikant heeft dit typeloze meetapparaatje de onderstaande spec's:
- Materiaal behuizing: ABS
- Uitgangsspanning: instelbaar 110 Vdc ~ 2.700 Vdc
- Uitgangsstroom: instelbaar 0,2 mA ~ 3,8 mA
- Voeding: 3,7 V lithium accu, 660 mAh
- Oplading accu: uit 5 Vdc voeding via USB-C connector
De elektronica in het apparaat
De voorzijde van de print
Na het open schroeven van de behuizing merkt u dat het printje met slechts twee schroefjes vast zit in de behuizing. Via een drie-aderig kabeltje met printconnector is de print verbonden met het standaard display. Na het lostrekken van deze connector en het verwijderen van de twee knopjes kunt u het printje uit de behuizing verwijderen. De voorzijde van de print is voorgesteld in de onderstaande figuur.
 |
| De voorzijde van het printje. (© 2023 Jos Verstraten) |
Een apparaat dat uit een gelijkspanning van 3,7 V een gelijkspanning van 2.700 V maakt kan, naar onze bescheiden mening, niet zonder minstens één hoogspanningscondensator. Wij vroegen ons af waar zo'n volumineus onderdeel in dit kleine kastje verborgen zou zitten. Nergens, dus! Er is op dit printje geen hoogspanningscondensator te bekennen! Hoe deze schakeling werkt is voor ons dan ook een raadsel....
Wij ontdekken een viervoudige op-amp van het type LM324. Een SMD-chip draagt de code 57b5. Dit blijkt een lithium-accu lader te zijn en draagt dus niet bij aan de schakeling die de hoge gelijkspanning genereert. Wij ontdekken wél een zware NPN eindtransistor D882 met daarnaast een kleine trafo. In de buurt van deze onderdelen zit een tweede chip, waarvan de code onleesbaar is gemaakt. Links van de trafo ontdekken wij een aantal diodes en condensatoren die een spanningsvermenigvuldiger zouden kunnen vormen. Onder deze onderdelen zitten nog eens vier dioden (een bruggelijkrichter?) en een condensator die met een dot van het een of ander spul is geïsoleerd. Moet dit de afvlakcondensator van de uitgangsspanning voorstellen?
De achterzijde van het printje
Op de achterzijde van het printje is uitsluitend de accu aangebracht. Ook hier zien wij geen spoor van de hoogspanningscondensator die, volgens onze kennis van hoogspanningsgeneratoren, in een dergelijk apparaat aanwezig zou moeten zijn.
 |
| De achterzijde van het printje. (© 2023 Jos Verstraten) |
Het werken met de EMECO breakdown voltage tester
Aansluiten, knopje drukken, aflezen!
Het werken met het apparaatje is uiterst eenvoudig. Sluit twee of drie krokodilklemmen op de juiste manier aan op het onderdeel waarvan u de doorslagspanning wilt meten. De twee zwarte klemmen voeren de negatieve pool van de spanning, de ene rode de positieve pool. Met de twee zwarte kunt u bijvoorbeeld de basis en de emitter van een transistor met elkaar verbinden als u de Uceo wilt meten. De rode gaat dan uiteraard naar de collector.
Zet zowel de spanning als de stroom op minimaal. Druk op de rode knop en voer met de andere hand de spanning op tot deze op een bepaalde waarde stabiliseert. Deze spanning is de breakdown spanning van het onderdeel.
 |
Meten van de Uceo van een transistor. (© Banggood) |
Testen van de EMECO breakdown voltage tester
Minimale en maximale spanning
Met het aan ons geleverde exemplaar kunnen wij de spanning instellen tussen 134 V en 2.678 V.
Testen van de nauwkeurigheid van de spanningsmeter
Bij deze meting zitten wij met het probleem dat onze beide nauwkeurige laboratorium multimeters maar tot 1.000 Vdc meten. Wij hebben echter een V9 van Aneng in de kast liggen die wij binnenkort gaan testen. Deze heeft een speciale meetstand voor 2.000 Vdc. Wij hebben die, samen met onze Fluke 8842A, aangesloten op de uitgang van de EMECO-tester en enige waarden onder 1.000 V gemeten. De V9 van Aneng blijkt zeer nauwkeurig, wij gaan er van uit dat die nauwkeurigheid ook geldt in het gebied tussen 1.000 V en 2.000 V. De meetresultaten zijn samengevat in de onderstaande tabel en hieruit blijkt duidelijk dat dit goedkope apparaatje heel nauwkeurig zijn eigen uitgangsspanning meet.
 |
| De nauwkeurigheid van de spanningsmeter. (© 2023 Jos Verstraten) |
De nauwkeurigheid van de stroominstelling
Wij hebben de uitgang van het testertje aangesloten op onze op mA geschakelde ET3255 en de stroomknop zo nauwkeurig mogelijk op een aantal op de frontplaat gedrukte waarden ingesteld. De resultaten zijn samengevat in de onderstaande tabel.
 |
De nauwkeurigheid van de stroomindicatie. (© 2023 Jos Verstraten) |
De uitgangsspanning bij 600 V
Wij hebben onze oscilloscoop via een 1/10 probe op de uitgangen van de op ongeveer 600 V ingestelde tester aangesloten en op het knopje gedrukt. Het resultaat ziet u op het onderstaande oscillogram. De uitgangsspanning gaat inderdaad naar 600 V, maar er zit een zeer laagfrequente rimpel van bijna 80 V op! Niet erg veelbelovend!
 |
| De uitgangsspanning bij 600 V. (© 2023 Jos Verstraten) |
De uitgangsspanning bij 2.500 V
Wij hebben met een aantal weerstandjes een 1/100 spanningsdeler gemaakt en onze oscilloscoop op deze deler aangesloten. Na instellen van de uitgangsspanning van de EMECO op ongeveer 2.500 V en een druk op het knopje laat de oscilloscoop het onderstaand resultaat zien. De rimpel is nu niet meer zo goed zichtbaar. Het apparaatje levert nu een tamelijk mooie 2.500 V gelijkspanning.
 |
| De uitgangsspanning bij 2.500 V. (© 2023 Jos Verstraten) |
De rimpel op de uitgangsspanning
Met een viertal flinke 630 V condensatoren in serie geschakeld durven wij het wel aan de 2.500 V uitgangsspanning rechtstreeks op onze oscilloscoop aan te sluiten en in te zoomen op de rimpel. U ziet het resultaat in het onderstaand oscillogram. Op de 2.500 V gelijkspanning zit een rimpel van ongeveer 50 V, wat dus overeenkomt met een rimpel van 2 %.
 |
| De rimpel op de 2.500 V uitgangsspanning (© 2023 Jos Verstraten) |
Ons oordeel over de EMECO breakdown voltage tester
Als u gaat googelen op het begrip 'breakdown voltage tester' stelt u vast dat er weliswaar apparatuur bestaat die deze spanning kan meten, maar dat u daarvoor honderden tot meer dan duizend euro moet neertellen. Als u slechts af en toe de noodzaak voelt de breakdown spanning van een onderdeel te meten biedt dit kleine en goedkope apparaatje een bruikbaar alternatief voor de veel duurdere soortgenoten.
Dat er op de uitgangsspanning van 600 V zo'n grote rimpel aanwezig is mag dan niet zijn zoals het hoort, maar dat heeft waarschijnlijk erg weinig invloed op het meten van de breakdown spanning van een onderdeel.
EMECO Breakdown-voltage tester
