Мелкие полевые транзисторы с Али (SI230x, AO340x) и их реальные параметры

За последнее время на Муське несколько раз обозревались небольшие SMD полевые транзисторы в корпусах SOT-23. Несмотря на очень маленькие физические размеры, эти транзисторы могут пропускать внушительные токи в единицы ампер. Поэтому каждый раз, когда я видел такой обзор, инстинктивно думал: «А что, мне же тоже нужно» и заказывал (благо, недорого). В итоге, набрал уже девять разных наименований и, наконец, решил измерить их реальные параметры. Результаты измерений меня, мягко говоря, удивили, поэтому хочу поделиться ими с вами. Речь пойдет о SI2301, SI2302, SI2303, SI2304, SI2308, SI2309, AO3400, AO3401 и AO3402, поэтому, если вы тоже недавно заказывали себе такие транзисторы или вам просто интересно, что продают сегодня в интернете, добро пожаловать.

Параметры транзисторов, теория

С точки зрения электроники, современные полевые транзисторы – это электронные выключатели, подключаемые последовательно с нагрузкой. Они могут находиться в двух состояниях: «выключено», когда цепь нагрузки разорвана, и «включено», когда нагрузка подключена к остальной схеме. Конечно, как и множество других полупроводников, они могут работать и в промежуточном «линейном» режиме, однако в современных схемах он используется значительно реже, поэтому целевым для таких транзисторов не является.


Как и биполярный, полевой транзистор имеет три электрода, однако называются и работают они несколько иначе. «Исток» и «сток» образуют канал, выполняющий роль того самого электронного выключателя, проводимость которого можно менять. В исходном состоянии транзистор закрыт и сопротивление канала достаточно велико, через него текут лишь единицы микроампер. Но если начать повышать напряжение между стоком и истоком, в определенный момент транзистор «сдастся» и ток начнет расти. Это напряжение является максимально допустимым для транзистора и называется Vds(max). И это первый важный параметр полевого транзистора.

Когда транзистор открывается, сопротивление его канала снижается, и по нему начинает протекать ток. Но снижается оно не до абсолютного нуля, а до вполне конкретного значения, называемого Rds(on) или просто Rds. Понятно, что чем меньше Rds, тем лучше транзистор будет проводить ток и меньше греться, поэтому Rds является вторым важным параметром транзистора. Отдельно отмечу, что не только Rds определяет, насколько большой ток можно пропустить через транзистор, у него есть физический предел тока Id(max) и максимальная допустимая рассеиваемая мощность Pd(max). Превышать эти параметры никогда нельзя, иначе транзистор просто выйдет из строя.

Для управления каналом полевого транзистора применяется третий электрод – «затвор». Но в отличие от биполярных «собратьев», которые управляются током, полевые транзисторы управляются напряжением, что значительно упрощает их использование в переключающихся схемах. Не надо думать о коэффициенте усиления, рассчитывать ток базы, предотвращать насыщение и т.д., достаточно просто подать нужное напряжение на затвор транзистора относительно истока, и он откроется. Для закрывания достаточно просто снизить потенциал затвора обратно до нуля. Кстати, Rds сильно зависит от напряжения на затворе, так что в документации на транзисторы всегда указывается, какое именно напряжение следует подать на затвор транзистора для достижения указанного сопротивления канала. Часто в описании транзистора приводится даже несколько значений Rds, соответствующих разным напряжениям на затворе.

Сопротивление затвора исправного транзистора измеряется миллионами и даже миллиардами ом, поэтому, можно сказать, что ток через него не течет вообще. Это позволяет успешно управлять полевыми транзисторами в батарейных схемах с очень малым потреблением. Однако, идеал недостижим, поэтому и у полевых транзисторов есть недостатки. Хоть затвор и не потребляет управляющего тока, у него есть вполне ощутимая ёмкость Cg, которая может достигать даже десятков нанофарад у особенно мощных экземпляров. А чтобы менять потенциал затвора, эту ёмкость надо перезаряжать, что и накладывает ограничение на максимальную скорость переключения полевого транзистора и на мощность «драйвера», который им управляет. Поэтому ёмкость затвора – еще один важный параметр полевого транзистора.

Конечно же, это далеко не все параметры полевых транзисторов, которые можно найти в документации, но это наиболее важные из них, с которыми вам придется или уже приходилось столкнуться при подборе транзисторов. Так что сегодня ограничимся именно ими. Точнее, даже не всеми из них – максимально допустимый ток Id(max) и максимальную мощность Pd(max) я измерять не буду, т.к., во-первых, это не столь актуально для маломощных транзисторов, а, во-вторых, не так-то просто замерить в домашних условиях. Дело в том, что нет четкого алгоритма измерений, какой именно ток и мощность долговременно допустимы для транзистора, да и они сильно зависят от температуры.

Методика измерений

Rds(on) измеряется достаточно просто. Для этого необходимо подать на затвор транзистора относительно его истока заданное напряжение Vgs, после чего просто замерить сопротивление сток-исток с помощью миллиомметра. Или можно подключить между стоком и истоком источник тока СС и замерить падение напряжения на транзисторе в милливольтах, а результирующее сопротивление посчитать по закону Ома. Вот этим методом я и буду пользоваться, а пропускать буду ровно 1 ампер, чтобы было проще считать.

Cg измеряется тоже просто – достаточно подключить измеритель ёмкости между затвором и истоком, сток же должен остаться висящим в воздухе. Ёмкость я буду измерять двумя приборами – LCR-метром RuoShui 4091C на частоте 100 КГц и обычным мультиметром Owon B41T+.

Измерение Vds(max) немного сложнее, так как требует высоковольтного источника напряжения, поэтому часто в обзорах его не делают. У измеряемого транзистора необходимо закоротить затвор с истоком, после чего начать прикладывать возрастающее напряжение прямой полярности к его каналу. Пока это напряжение недостаточно большое, тока через канал практически не будет. Как только оно подойдет к пороговому значению, ток начнет резко возрастать – произойдет электрический пробой. ВАХ транзистора в этой точке чем-то похожа на ВАХ стабилитрона, а электрический пробой является обратимым, поэтому если ток ограничить разумным значением, транзистор не выйдет из строя. По этой причине высоковольтный источник должен обязательно иметь режим СС. Если же ограничения тока не будет, произойдет необратимый тепловой пробой, после которого транзистор можно будет только выбросить. Кстати, данное свойство полевого транзистора достаточно часто эксплуатируют недобросовестные производители дешевых обратноходовых блоков питания – они намеренно не ставят в своих схемы снаббер, чтобы сэкономить на его стоимости, за счет чего выбросы автоматически гасятся полевым транзистором ключа (к лавинным пробоям современные полевые транзисторы достаточно устойчивы).

У меня для таких измерений есть отдельный специализированный китайский приборчик:


Но произвести их можно и без него. Для этого надо взять источник довольно высокого напряжения и подключить к его выходу резистор, ограничивающий максимальный ток на некотором малом значении, например, 1 мА. Требуемое максимальное напряжение целиком зависит от испытываемых деталей, для обозреваемых транзисторов вполне хватит 70 В.

Корпуса транзисторов крайне малы, надежно зацепиться за их выводы какими-либо зажимами не представляется возможным, поэтому я буду временно припаивать их на макетные платы-переходники. Буду проверять по два транзистора каждого наименования, чтобы исключить случайную ошибку.


На самом деле, данные переходники не очень подходят для корпусов SOT-23, но варианта лучше у меня нет, поэтому буду припаивать к этим. Сначала хотел для каждого транзистора выкладывать именно то фото, где он припаян к переходнику, но потом понял, что остатки флюса на корпусе во многих случаях делают маркировку нечитаемой. А, как известно, пайка без флюса как еда без вкуса, поэтому просто переснял все транзисторы отдельно.

Для поиска справочных параметров транзисторов буду пользоваться сайтом alldatasheet.com, где собрано большое количество документации на разные электронные компоненты. Поскольку одна и та же модель транзистора может иметь достаточно отличающиеся параметры у разных производителей, постараюсь для каждого транзистора выбирать несколько источников. Более подробную информацию приведу в итоговой таблице ниже, а в описании каждого транзистора буду приводить обобщенные диапазоны значений Rds, полученных из разных источников для напряжения на затворе ±4.5 В.

Сопротивление канала буду замерять при трех уровнях напряжения на затворе – 5 В, 9 В и 12 В, к сожалению, второй канал блока питания не выдает других подходящих значений. В описании транзистора буду указывать только измеренные Rds для напряжения 5 В, остальные значения можно будет найти в итоговой таблице.

Теперь, когда подготовительные работы закончены, можно перейти непосредственно к измерениям. Ссылки на купленные лоты приводить смысла не вижу, т.к. для большинства из нас они будут неактуальны – страницы товаров уже забанены.

SI2301

Документация: P-канал, Vds(max) = 20 В, Rds от 80 до 130 мОм, Cg = 880 пФ.


Измерено: маркировка A1SHB, Vds(max) = 24 В, Rds = 85 мОм, Cg = 236 пФ.

Вывод: ёмкость затвора сильно меньше документированной, из чего можно сделать предположение, что это совсем другой транзистор, представитель более нового поколения. В работе это проблем не создаст, наоборот, облегчит задачу управления транзистором. Остальные параметры соответствуют, хороший транзистор, можно брать.

Неужели на Али перестали обманывать? Смотрим дальше.

SI2302

N-канал, Vds(max) = 20 В, Rds от 45 до 72 мОм, Cg = 237 пФ.


Измерено: A2SHB, Vds(max) = 24 В, Rds = 48 мОм, Cg = 207 пФ.

Вывод: Параметры соответствуют, хороший транзистор, можно брать.

SI2303

P-канал, Vds(max) = 30 В, Rds от 150 до 460 мОм, Cg = 226 пФ.


Измерено: A3SHB, Vds(max) = 18.5 В, Rds = 94 мОм, Cg = 206 пФ.

Вывод: транзистор демонстрирует прекрасное сопротивление канала, значительно лучше оригинала. А всё потому, что это НЕ ТОТ ТРАНЗИСТОР. Перед нами типичная перемаркировка, при этом испытуемый имеет значительно меньшее допустимое напряжение – 18 В против требуемых 30 В. Ставить такой транзистор в схему может быть просто опасно, ведь схема вполне может оказаться, скажем, на 24 В. По мне, это очень серьезный обман, брать такое точно не стоит.

SI2304

N-канал, Vds(max) = 30 В, Rds от 50 до 105 мОм, Cg = 240 пФ.


Измерено: A4SHB, Vds(max) = 25 В, Rds = 46 мОм, Cg = 201 пФ.

Вывод: снова перемаркировка, по сопротивлению канала транзистор соответствует, но по допустимому напряжению – нет. Скорее всего, транзистор сможет работать в цепях 24 В, но без какого-либо запаса. Брать не рекомендовал бы, если только точно не уверены, что транзисторы будут работать при более низком напряжении.

SI208

N-канал, Vds(max) = 60 В, Rds от 95 до 192 мОм, Cg = 240 пФ.


Измерено: A8SHB, Vds(max) = 24 В, Rds = 46 мОм, Cg = 190 пФ.

Вывод: лютая перемаркировка. Из-за технологии изготовления, транзисторы с допустимым напряжением 60 В имеет параметры хуже, чем аналогичные 30-ти вольтовые, поэтому их приобретают и ставят исключительно в схемы с повышенным напряжением. Данные же экземпляры держат всего 24 В, что делает их не просто бесполезными, но и потенциально опасными в схемах на 60 В. Брать нет стоит ни в каком случае.

SI209

P-канал, Vds(max) = 60 В, Rds от 360 до 550 мОм, Cg = 210 пФ.


Измерено: A9SHB, Vds(max) = 24 В, Rds = 92 мОм, Cg = 235 пФ.

Вывод: аналогично предыдущим, лютая перемаркировка. Та же самая проблема с максимальным напряжением, брать не стоит ни в каком случае.

AO3400

N-канал, Vds(max) = 30 В, Rds от 27.3 до 33 мОм, Cg = 823 пФ.


Измерено: A09T, Vds(max) = 21 В, Rds = 43 мОм, Cg = 107 пФ.

Вывод: перемаркировка. Сопротивление канала в полтора раза хуже оригинала, напряжение в полтора раза меньше, зато ёмкость затвора меньше практически в 8 раз! Смысла брать такую подделку нет, если только вам не важна ёмкость затвора, и вы готовы мириться с остальными параметрами.

AO3401

P-канал, Vds(max) = 30 В, Rds от 53 до 85 мОм, Cg = 954 пФ.


Измерено: A19T, Vds(max) = 26 В, Rds = 95 мОм, Cg = 232 пФ.

Вывод: перемаркировка. Сопротивление канала в полтора раза выше оригинала, ёмкость в 4 раза меньше, напряжение на 15% меньше. Просто так брать особого смысла нет, но для каких-то применений такие транзисторы пойдут.

AO3402

N-канал, Vds(max) = 30 В, Rds от 55 до 70 мОм, Cg = 235 пФ.


Измерено: A29T, Vds(max) = 22 В, Rds = 43 мОм, Cg = 232 пФ.

Вывод: транзистор соответствует по сопротивлению и ёмкости, однако рабочее напряжение в полтора раза меньше. Если учитывать этот факт, ставить в схемы можно, но рекомендовать снова не буду.

AO3401 Ч&Д старый

Посмотрев, что все китайские транзисторы недотягивают по максимальному напряжению даже до 30 В, мне стало интересно, а как же должен вести себя оригинал? Прямо настоящего оригинала у меня, наверное, нет, но есть AO3401, купленный несколько лет назад в Чиподипе. Давайте его проверим тоже. Итак, P-канал, Vds(max) = 30 В, Rds от 53 до 85 мОм, Cg = 954 пФ.


Измерено: X1F-X 29, Vds(max) = 36 В, Rds = 47 мОм, Cg = 696 пФ.


Совсем другое дело! Запас по напряжению составляет целых 20%, а сопротивление канала даже ниже оригинального, как, впрочем, и ёмкость затвора. Такие транзисторы вполне можно брать, если, конечно, в данный момент в Чиподипе продаются именно они. А как узнать?

Только одним способом, и, немного подумав, я решил заказать у них «на пробу» четыре модели транзисторов. Ими стали: SI2308, SI2309, AO3400, AO3401:


После чего провел с ними точно такие же испытания (только теперь уже испытывал по одному экземпляру каждой модели).

AO3400 Ч&Д

N-канал, Vds(max) = 30 В, Rds от 27.3 до 33 мОм, Cg = 823 пФ.


Измерено: X0DV-26, Vds(max) = 35 В, Rds = 21.6 мОм (22 мОм @ 2 A), Cg = 738 пФ.

Вывод: транзистор полностью соответствует документации, можно брать. Дополнительно замерил сопротивление канала при токе 2 А и получил 22 мОм. Увеличение сопротивления канала связано скорее не с увеличением тока напрямую, а с увеличением температуры кристалла от пропускания более высокого тока.

AO3401 Ч&Д

P-канал, Vds(max) = 30 В, Rds от 53 до 85 мОм, Cg = 954 пФ.

Измерено: X1PV-7R, Vds(max) = 35 В, Rds = 46 мОм (48 мОм @ 2 A), Cg = 801 пФ.

Вывод: транзистор полностью соответствует документации, можно брать.

SI2308 Ч&Д

N-канал, Vds(max) = 60 В, Rds от 95 до 192 мОм, Cg = 240 пФ.


Измерено: A08, Vds(max) = 69 В, Rds = 65 мОм (69 мОм @ 2 A), Cg = 559 пФ.

Вывод: максимальное напряжение соответствует документации, сопротивление канала в полтора раза ниже, а вот ёмкость затвора в два с половиной раза выше паспортной. Скорее всего, это новые транзисторы, изготовленные по современным технологиям. В реальных схемах на них будет больше динамических потерь (за счет более медленного переключения), но меньше статических (за счет более низкого сопротивления канала). Можно брать.

SI2309 Ч&Д

P-канал, Vds(max) = 60 В, Rds от 360 до 550 мОм, Cg = 210 пФ.


Измерено: A09, Vds(max) = 59.2 В, Rds = 198 мОм, Cg = 531 пФ.

Вывод: сопротивление канала почти в два раза ниже паспортного, ёмкость затвора в два с половиной раза выше, а вот рабочее напряжение даже чуть ниже нормы. Причем, если у китайских транзисторов оно увеличивалось при «прогреве», то у этого экземпляра наблюдалась обратная картина – сразу после подключения прибора он показал 61 В, но через некоторое время напряжение упало до 59 В и на этом уровне стабилизировалось. Брать можно (особенно, если вам важно сопротивление канала), однако эксплуатировать на напряжениях, близких к максимальному не стоит.

Сводная таблица

По итогам измерений у меня получилась вот такая таблица:


Прокомментирую некоторые особенности. Во-первых, измерение ёмкости затвора с помощью Owon часто давало больший результат, чем LCR-метр. Я предполагаю, что это связано с особенностью алгоритма измерения ёмкости, реализованного в мультиметре – он подает на измеряемый транзистор достаточно большое напряжение, которое приоткрывает его канал и, таким образом, частично добавляет к ёмкости затвора проходную ёмкость транзистора. Чтобы этого избежать при измерении ёмкости с помощью LCR, я установил амплитуду сигнала 0.3 В, но сделал это не сразу, поэтому ёмкость затвора некоторых транзисторы пришлось перемерять. В этом случае в графе ёмкости содержится только одно значение, и оно измерено совсем не у тех экземпляров, которые принимали участие в тестировании.

Во-вторых, оказывается, SI2301 и SI2302 допускают на затворе напряжение не более 8 вольт, а я подавал туда в тестах 9 В и 12 В! Почему же транзисторы не вышли из строя? Ответ простой – это перемаркировка, и тот кристалл, который находится внутри, выдерживает 12 В на затворе. Кстати, у второго экземпляра SI2303 я не смог замерить Vds(max), потому что он вдруг сгорел. Пришлось добавлять третий, поэтому в таблице три строки.

Также я обратил внимание, что при измерении Vds(max), если задержать прибор включенным на некоторое время, напряжение на транзисторе начинает расти. На 1-м экземпляре SI2308 я решил посмотреть, до какого уровня вырастет напряжение, если транзистор «потренировать». Сначала я просто удерживал кнопку прибора включенной и смотрел на показания:


Но где-то примерно в районе 27 В скорость роста напряжения сильно замедлилась, и тогда я подключил транзистор к ЛБП в режиме СС с током 15 мА. Транзистор ощутимо грелся, но напряжение поднялось до 30 В. После я дал ему остыть и снова замерил напряжение прибором – оно поднялось до 29 В! То есть, транзистор «прогрелся» и стал держать больше. Я повторил измерение Rds, и оказалось, что оно не ухудшилось. В таблице этот транзистор обозначен как «1Т».

Если так, то применение транзисторов на 22-26 В в цепях 24 В становится частично возможным – они «прогреются» и токи утечки упадут, однако, оригиналом от этого они всё равно не станут. Кстати, возможно, похожие эффекты наблюдают и аудиофилы, «прогревая» усилители? Подача высокого рабочего напряжения тренирует кристалл, уменьшает токи утечки, что снижает нелинейные искажения. В такой интерпретации эта теория действительно имеет право на жизнь.

Ну, и, наконец, обратите внимание на таблицу в целом. Создается впечатление, что все N-канальные и P-канальные китайские транзисторы имеют примерно одинаковые характеристики, как будто изначально это были одни и те же кристаллы, на которые просто взяли и нанесли разную маркировку. В случае SI2303, возможно, это была даже отбраковка производства, потому что иначе особенно низкое рабочее напряжение я интерпретировать не могу. Кстати, среди купленных SI2303 попался и вот такой экземпляр:

Выводы

С одной стороны обидно, что покупка полупроводников на Али преследуется самой платформой, лоты постоянно закрываются и приходится идти на всякие ухищрения, когда нужно купить радиодетали. С другой стороны, еще обидней, когда с трудом купленный лот оказывается подделкой или перемаркировкой с совсем другими, обычно худшими, параметрами. И даже никакого нет смысла оставлять отзыв – всё равно завтра этот лот заблокируют, а продавец, в лучшем случае, откроет новый.

Но здесь приятно удивил Чип & Дип – мало того, что купленные там транзисторы все оказались хорошими, так еще и цены на них вполне демократичны (за исключением SI2309A, который почему-то предлагается в два раза дороже). Да, они в 1.5-2.5 раза выше цен на Али, но ведь и транзисторы тут соответствуют документации, а это может оказаться очень важно.

Что касается транзисторов с Али – каждый может решить сам, брать ему их или нет. Накупать много разных моделей (как это сделал я) точно не стоит, ведь «под капотом», скорее всего, окажутся одни и те же кристаллы. Но вот купить пару лотов N и P-типа, заранее зная, что транзисторы будут 20-ти вольтовые, в принципе, можно. Такое напряжение может оказаться вполне достаточным для многих задач. Главное, что вы теперь знаете, что максимальное напряжение тоже следует обязательно проверять, т.к. оно может быть серьезно ниже паспортного.

На этом у меня всё, спасибо за прочтение. Если есть вопросы, пишите в комментариях.