En jouant avec mon circuit de Slayer permettant de produire des très hautes tensions (~100 000 V), j’ai grillé le transistor qui se trouve dedans.

Le transistor est un transistor Mosfet W20NM60 de chez STMicroelectronics (specs). Quand il a grillé, ça n’a pas fait d’étincelles ni rien : le circuit a simplement cessé de fonctionner : le transistor a juste grillé silencieusement.

L’apparence extérieure n’a pas changé (pas noirci ni rien), et il m’a fallu apprendre à tester le transistor avec un multimètre, et c’est de ça que je vais vous parler.

Les transistors de puissance, comme ici, sont utilisables avec de fortes tensions. Ceci génère quelques effets parasites indésirables, dont un qui peut rendre le transistor totalement incontrôlable. Une solution à ce problème est de relier la source et le drain par une jonction PN, c’est à dire une diode. Le transistor ne peut maintenant contrôler le passage du courant que dans un seul sens du drain vers la source, mais le problème s’en trouve résolu. Un effet de bord à cela est que le courant allant dans l’autre sens, de la source vers le drain, peut lui toujours passer : c’est le sens passant de la diode :

schéma interne du transistor W20NM60

Méthode de test 1 : test de la diode

Pour vérifier si un transistor fonctionne, on peut vérifier si cette diode n’a pas claquée. Pour cela, il suffit d’utiliser le multimètre en mode « diode ». Or une diode n’est passante qu’à partir d’un certains seuil de tension, même en sens passant : c’est la tension de seuil. Le mode diode du multimètre mesure cette tension :

le mode diode sur un multimetre
Si la diode a claquée, est est totalement passante dans les deux sens : la tension affichée est nulle ou trop basse.
En pratique, il suffit de vérifier que le courant passe entre la source et le drain.

Sur un transistor fonctionnel, la tension est de 0,443 V dans le sens passant (donc avec le fil rouge sur la source (borne 3) et le fil noir sur le drain (borne 2)). Dans l’autre sens, la tension est « OL », ou « out limits », soit hors des limites mesurables par l’appareil. Autrement dit, la diode est bien bloquante dans ce sens.

On peut aussi constater que les tensions entre la grille et le drain, la grille et la source sont toutes « OL ».

Sur le transistor grillé, maintenant, je constate que la tension précédemment à 0,443 V est passée à 0,005 V, dans un sens ou dans l’autre. Le courant passe très bien, le transistor n’est jamais bloquant et il est donc bien mort…
Je note aussi que le courant passe entre la grille et la source , avec une chute de tension très faible de 0,227 V, là où elle devrait être « OL ». Mon transistor est donc bien mort…

Méthode de test 2 : test de la capacité de la grille

Une autre méthode de mesure consiste utiliser la capacité de la grille : la grille d’un transistor à effet de champ constitue une porteuse de charges électriques. S’il y a des charges sur la grille, le champ qu’il produit permet le passage d’électrons entre la source et le drain.
Vu que le multimètre en mode diode délivre un courant, on peut légèrement charger la grille : il suffit de toucher la grille (la borne 1) avec le fil noir, tout en maintenant le fil rouge sur la source.

La grille légèrement chargée, le transistor est légèrement passant : il existe une petite tension entre le drain et la source. Inversement, la tension de seuil dans le sens de la source vers le drain devrait avoir augmentée.

Dans mon cas, je mesurais 0,443 V entre la source et le drain. Après avoir chargé la grille, cette tension passe à 0,472 V.

Quand je décharge la grille (borne rouge sur la grille et borne noir sur le drain), la tension redescend : je mesure alors 0,442 V : ce transistor répond donc parfaitement et fonctionne normalement.

Cette même manipulation sur le transistor grillé n’a aucun effet : la structure interne du composant étant détruit, la grille ne stocke plus de charges et le courant peut librement passer dans tous les sens : on devrait voir à peu près 0 V entre n’importe quelle borne…

Compléments et info

Voilà donc pour vérifier un transistor Mosfet.
Dans les autres transistors (comme le transistor bipolaire), ils correspondent grosso-modo à deux diodes collées ensembles. Le mode diode du multimètre permet donc de les vérifier également.

Ci-dessous, quelques explications sur les transistors.

Le transistor W20NM60 est de type Mosfet (metal-oxyde seconductor field effect transistor, donc « transistor à effet de champ à structure métal-oxyde-semiconducteur »). Il est donc très légèrement différent au transistor bipolaire classique dont j’explique le fonctionnement dans mon article sur les transistors.

Pour faire rapide, les transistors Mosfet utilisent une grille isolée (un conducteur isolé, donc relié à rien, au sein du composant, et correspondant à une des trois pattes du composant) et des champs électriques (d’où le « à effet de champ ») pour contrôler la circulation d’électrons sous la grille.
La mise sous tension de la grille va produire un champ électrique dans le composant : ce champ va repousser ou attirer les électrons plus ou moins fortement dans un conducteur, et donc contrôler la circulation du courant, un peu comme un robinet plus ou moins ouvert contrôle le débit d’eau (sauf qu’ici, on contrôle le débit à distance avec un champ électrique).

Le problème de ces composants, c’est que si la tension est trop forte, le champ électrique créé est trop intense et les électrons sont forcés à circuler dans les régions isolantes du composant. On assiste dès lors au claquage du composant : les 3 pôles du transistor se trouvent reliés à une même zone devenue entièrement conductrice et le courant peut circuler comme il veut, hors de tout contrôle.

Si vous avez suivi :

  • dans le transistor en bon état : le courant circule dans un seul sens seulement si on met la grille sous tension.
  • dans le transistor grillé : le courant circule comme il veut, l’effet « robinet » ne marche plus et c’est comme si ce dernier était toujours ouvert.

Grâce au multimètre, on vérifie l’état du robinet, en regardant si le courant passe ou non quand on le laisse fermé. Le multimètre constitue ici une méthode bon marché pour tester un transistor. Bien-sûr, il ne permet pas de vérifier le niveau d’usure ou ses paramètres (temps de réponse, tension de claquage, etc.) qui sont présentées dans sa fiche technique (lien donné plus haut).

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