Cómo Medir Transistores FET y MOSFET

Los transistores MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) son componentes electrónicos cruciales que actúan principalmente como interruptores de control o dispositivos de amplificación. Se distinguen de los transistores BJT (Bipolar Junction Transistor) por su aplicación preferente en control de voltaje, mientras que los BJT se utilizan más para control de corriente o amplificación. Los MOSFET pueden operar a altas frecuencias (megahercios), lo que los hace ideales para aplicaciones diversas como controladores de motores, inversores de alta frecuencia, amplificadores operacionales y convertidores electrónicos de potencia. Dada su importancia, es fundamental saber cómo probarlos para asegurar su correcto funcionamiento, ya sea antes de la instalación o durante la operación en un circuito.

¿Qué es un MOSFET?

El término MOSFET, "Transistor de efecto de campo semiconductor de óxido metálico", describe su estructura fundamental compuesta por tres capas: metal, óxido y semiconductor. Posee tres terminales clave:

• Puerta (Gate, G): Controla el flujo de corriente entre el Drenador y la Fuente mediante la aplicación de un voltaje.
• Drenador (Drain, D): Es el pin de salida por donde fluye la corriente controlada.
• Fuente (Source, S): Se utiliza como tierra común o punto de referencia.

La tensión aplicada a la Puerta determina el estado del transistor, permitiendo que funcione como dispositivo de conmutación o amplificador. Los MOSFET pueden ser de canal N o de canal P, lo cual influye en la polarización necesaria para su activación.

Herramientas Esenciales para la Prueba de MOSFET

Las pruebas de MOSFET requieren equipos electrónicos básicos para un diagnóstico efectivo:

• Multímetro: Instrumento electrónico multipropósito utilizado para medir voltaje, resistencia y corriente. También es crucial para pruebas de conectividad en circuitos electrónicos.
• Osciloscopio: Dispositivo útil para inspeccionar el comportamiento del MOSFET mediante el estudio de señales de conmutación de alta frecuencia.
• Fuente de alimentación: Proporciona el voltaje y la corriente necesarios al circuito de prueba para determinar la región de operación del MOSFET (interruptor o amplificador). Es preferible utilizar una fuente de alimentación ajustable para cumplir con las especificaciones del MOSFET bajo prueba.

Identificación de Pines y Consideraciones Iniciales

Antes de comenzar a probar un MOSFET, es crucial comprender e identificar sus pines. A menudo, el primer paso que un técnico o ingeniero de reparación realiza es descargarse el datasheet del componente. Este documento proporciona el patillaje y las características eléctricas del MOSFET. Es recomendable dibujar el patillaje y cómo están polarizados dentro del circuito para entender mejor qué se está midiendo y posibles causas de fallas.

Una consideración importante antes de desoldar un MOSFET es que estos suelen estar polarizados con resistencias. Estas resistencias deben ser verificadas y medidas como un primer paso. Si se encuentra una resistencia en cortocircuito o si las lecturas dentro del circuito no son fiables, se puede proceder a desoldar el MOSFET para una prueba más precisa. También es importante recordar que los MOSFET a menudo incorporan un diodo Zener de protección, que mencionaremos más adelante, conectado entre el Source y el Drain para limitar la extensión del daño en caso de cortocircuito.

Procedimientos de Prueba de MOSFET con un Multímetro

Existen dos métodos principales para probar un MOSFET: en circuito y fuera de circuito.

Prueba de MOSFET en Circuito

La prueba en circuito de MOSFET implica probar el componente mientras está conectado a un circuito. Este método es útil para evitar el proceso de desoldadura (que puede dañar el componente) y cuando se requieren pruebas y resultados rápidos. Permite verificar el funcionamiento del MOSFET en condiciones reales de operación. Sin embargo, puede no ofrecer resultados tan precisos, ya que otros componentes del circuito pueden afectar las lecturas.

1. Paso 1: Apague el circuito para evitar daños en los componentes y lecturas incorrectas.
2. Paso 2: Ajuste el multímetro para medir la resistencia. Conecte los cables del multímetro a los pines del MOSFET según las instrucciones del fabricante.
3. Paso 3: Observe las lecturas de resistencia en el multímetro.
   • Si las lecturas de resistencia son bajas, indica un posible cortocircuito en los pines y un MOSFET defectuoso.
   • Si las lecturas de resistencia son altas, sugiere que el MOSFET está funcionando correctamente.

Prueba de MOSFET Fuera de Circuito

La prueba fuera de circuito se realiza cuando el MOSFET está desconectado de la placa PCB. Este método es preferible cuando se requiere una prueba detallada y precisa, ya que está libre de interferencias de componentes externos. Permite un análisis detallado del MOSFET.

Procedimiento Básico de Prueba con Multímetro en Modo Diodo

Una vez que el MOSFET está fuera del circuito, siga estos pasos:

1. Paso 1: Conecte la sonda negativa del multímetro al terminal Source del MOSFET.
2. Paso 2: Sujete el MOSFET sin tocar ninguna de sus partes metálicas con los dedos o las sondas hasta nuevo aviso para evitar lecturas erróneas.
3. Paso 3: Sin mover la sonda negativa del Source y con el multímetro en modo diodo, conecte la sonda positiva al Drain. En esta etapa, no debería obtener ninguna lectura, lo que indica alta resistencia.
4. Paso 4: Toque la Gate con la sonda positiva durante unos segundos. Esto carga la capacitancia interna de la Gate.
5. Paso 5: Vuelva a tocar el Drain con la sonda positiva, manteniendo la sonda negativa en el Source. Ahora, debería observar una lectura que representa la carga de capacitancia interna del MOSFET. Esto indica que el MOSFET se ha activado.
6. Paso 6: Sin mover las sondas, toque con los dedos los terminales Source y Gate (o Drain también, en este punto no importa). Esto descargará el transistor, y observará que no hay lectura o una lectura infinita (no conductiva), confirmando que el MOSFET se ha desactivado.

Este test, aunque no es 100% fiable en todos los casos, es suficiente en la mayoría de las situaciones. Los MOSFETs dañados suelen estar en cortocircuito entre el Drain y la Gate.

Medida de Resistencia entre Drenador y Fuente (con atención a la carga de la Gate)

Un error común al medir MOSFETs es diagnosticar un cortocircuito cuando en realidad el transistor está en buen estado. Esto se debe a la capacitancia parásita de la Gate. Para evitarlo, siga estos pasos:

1. Paso 1 (Descarga de la Gate): Antes de realizar cualquier medida, asegúrese de que la Gate del transistor esté descargada. Puede hacer un cortocircuito momentáneo entre los terminales Gate-Drain o Gate-Source con un destornillador, pinzas o la punta de la sonda del polímetro.
2. Paso 2 (Medición Drenador-Fuente en ambos sentidos):
   • Conecte el multímetro en modo resistencia. Mida entre Drenador y Fuente en un sentido: no debería obtener lectura (resistencia alta/infinita).
   • Invierta las sondas y mida nuevamente entre Drenador y Fuente. En este sentido, leerá la tensión directa del diodo parásito interno del MOSFET (diodo Body), cuyo valor variará entre modelos. Esto no significa un cortocircuito.
3. Paso 3 (Verificación Gate-Drenador/Fuente):
   • Con la sonda negativa en la Gate (polarización inversa para MOSFET de canal N), mida primero el Drenador y luego la Fuente. No debería obtener ninguna lectura.
   • Con la sonda positiva en la Gate (polarización directa para MOSFET de canal N), mida primero el Drenador y luego la Fuente. No debería obtener ninguna lectura. ¡Advertencia! Después de estas medidas, la Gate del MOSFET se habrá cargado. Si vuelve a medir entre Drenador y Fuente, probablemente observará conducción. Por eso es vital descargar la Gate antes de cada serie de mediciones.

Para un MOSFET de canal P, las medidas se realizan de manera similar, pero la polarización es inversa a la de un MOSFET de canal N (sonda positiva en la Gate para descarga, sonda negativa en la Gate para polarización directa).

Prueba de Umbral de Voltaje (Vth)

Esta prueba determina el voltaje mínimo requerido para que el MOSFET comience a conducir.

1. Paso 1: Conecte el cable positivo del multímetro al pin de Gate y el terminal negativo al pin de Source.
2. Paso 2: Aplique una pequeña tensión entre los terminales Source y Gate, y auméntela lentamente.
3. Paso 3: Observe la lectura del multímetro.
   • Si el MOSFET comienza a conducir al alcanzar el Vth (Voltaje de Umbral), indica que está funcionando correctamente.
   • Si no conduce, indica que el MOSFET está defectuoso.

¿Por Qué Fallan los MOSFETs?

Comprender las causas de las fallas de los MOSFET es crucial para el diagnóstico y la prevención. Las razones más comunes incluyen:

• Exceso de Tensión: Los MOSFETs tienen una tolerancia muy baja a la sobretensión. Un pulso de sobretensión de unos pocos nanosegundos puede provocar daños irreparables.
• Sobrecarga de Corriente Prolongada: Las corrientes medias/altas generan una considerable disipación térmica. Si la corriente es excesiva y la disipación de calor es deficiente, el MOSFET puede destruirse por el aumento de temperatura. Es común conectar MOSFETs en paralelo para compartir cargas de corriente elevadas.
• Sobrecarga de Corriente Transitoria: Una sobrecarga de corriente muy alta, aunque de corta duración, puede causar daños progresivos al dispositivo con un aumento de temperatura poco perceptible antes de una falla completa.
• Disparo Simultáneo de Transistores (Shoot-through Condition): Si las señales de control de dos MOSFETs opuestos se superponen, ambos se activan al mismo tiempo, creando un cortocircuito efectivo en la alimentación. Esto descarga rápidamente el condensador de desacoplo de la alimentación, generando impulsos de corriente muy cortos pero intensos. Para evitarlo, se debe dejar un "tiempo muerto" entre las transiciones de conmutación, asegurando que un dispositivo se desactive antes de que el otro se active.
• Exceso de Voltaje en la Gate: Si la Gate del MOSFET es conducida con una tensión demasiado alta (por encima de +15V o +20V en algunos modelos), el aislamiento de óxido de metal interno puede perforarse, inutilizando el MOSFET. Es fundamental proteger la Gate de picos de tensión. Si esto ocurre, no basta con reemplazar el MOSFET; es necesario identificar la fuente del problema en los componentes conectados a la Gate para evitar fallas recurrentes.
• Voltaje de Gate Insuficiente o Activación a Medias: Los MOSFETs están diseñados para disipar la mínima energía cuando están completamente encendidos. Si el MOSFET no se conmuta por completo debido a un voltaje de Gate insuficiente, presentará una alta resistencia durante la conducción, disipando grandes cantidades de energía en forma de calor. Un voltaje de entre 10V y 15V en la mayoría de los MOSFETs garantiza su pleno encendido.

Es importante destacar que el diodo Zener de protección, mencionado anteriormente y conectado entre Source y Drain, puede limitar la extensión del daño en caso de cortocircuito del MOSFET, protegiendo otros componentes del circuito.

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