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        技術(shù)案例詳情

        場(chǎng)效應管檢測方法與經(jīng)驗交流

        作者:西威變頻器    發(fā)布于:2013/11/20 17:49:01

        一、用指針式萬(wàn)用表對場(chǎng)效應管進(jìn)行判別
        (1)用測電阻法判別結型場(chǎng)效應管的電極
        根據場(chǎng)效應管的PN結正、反向電阻值不一樣的現象,可以判別出結型場(chǎng)效應管的三個(gè)電極。具體方法:將萬(wàn)用表?yè)茉赗×1k檔上,任選兩個(gè)電極,分別測出其正、反向電阻值。當某兩個(gè)電極的正、反向電阻值相等,且為幾千歐姆時(shí),則該兩個(gè)電極分別是漏極D和源極S。因為對結型場(chǎng)效應管而言,漏極和源極可互換,剩下的電極肯定是柵極G。也可以將萬(wàn)用表的黑表筆(紅表筆也行)任意接觸一個(gè)電極,另一只表筆依次去接觸其余的兩個(gè)電極,測其電阻值。當出現兩次測得的電阻值近似相等時(shí),則黑表筆所接觸的電極為柵極,其余兩電極分別為漏極和源極。若兩次測出的電阻值均很大,說(shuō)明是PN結的反向,即都是反向電阻,可以判定是N溝道場(chǎng)效應管,且黑表筆接的是柵極;若兩次測出的電阻值均很小,說(shuō)明是正向PN結,即是正向電阻,判定為P溝道場(chǎng)效應管,黑表筆接的也是柵極。若不出現上述情況,可以調換黑、紅表筆按上述方法進(jìn)行測試,直到判別出柵極為止。
        (2)用測電阻法判別場(chǎng)效應管的好壞
        測電阻法是用萬(wàn)用表測量場(chǎng)效應管的源極與漏極、柵極與源極、柵極與漏極、柵極G1與柵極G2之間的電阻值同場(chǎng)效應管手冊標明的電阻值是否相符去判別管的好壞。具體方法:首先將萬(wàn)用表置于R×10或R×100檔,測量源極S與漏極D之間的電阻,通常在幾十歐到幾千歐范圍(在手冊中可知,各種不同型號的管,其電阻值是各不相同的),如果測得阻值大于正常值,可能是由于內部接觸不良;如果測得阻值是無(wú)窮大,可能是內部斷極。然后把萬(wàn)用表置于R×10k檔,再測柵極G1與G2之間、柵極與源極、柵極與漏極之間的電阻值,當測得其各項電阻值均為無(wú)窮大,則說(shuō)明管是正常的;若測得上述各阻值太小或為通路,則說(shuō)明管是壞的。要注意,若兩個(gè)柵極在管內斷極,可用元件代換法進(jìn)行檢測。
        (3)用感應信號輸人法估測場(chǎng)效應管的放大能力
        具體方法:用萬(wàn)用表電阻的R×100檔,紅表筆接源極S,黑表筆接漏極D,給場(chǎng)效應管加上1.5V的電源電壓,此時(shí)表針指示出的漏源極間的電阻值。然后用手捏住結型場(chǎng)效應管的柵極G,將人體的感應電壓信號加到柵極上。這樣,由于管的放大作用,漏源電壓VDS和漏極電流Ib都要發(fā)生變化,也就是漏源極間電阻發(fā)生了變化,由此可以觀(guān)察到表針有較大幅度的擺動(dòng)。如果手捏柵極表針擺動(dòng)較小,說(shuō)明管的放大能力較差;表針擺動(dòng)較大,表明管的放大能力大;若表針不動(dòng),說(shuō)明管是壞的。
        根據上述方法,我們用萬(wàn)用表的R×100檔,測結型場(chǎng)效應管3DJ2F。先將管的G極開(kāi)路,測得漏源電阻RDS為600Ω,用手捏?。菢O后,表針向左擺動(dòng),指示的電阻RDS為12kΩ,表針擺動(dòng)的幅度較大,說(shuō)明該管是好的,并有較大的放大能力。
        運用這種方法時(shí)要說(shuō)明幾點(diǎn):首先,在測試場(chǎng)效應管用手捏住柵極時(shí),萬(wàn)用表針可能向右擺動(dòng)(電阻值減?。?,也可能向左擺動(dòng)(電阻值增加)。這是由于人體感應的交流電壓較高,而不同的場(chǎng)效應管用電阻檔測量時(shí)的工作點(diǎn)可能不同(或者工作在飽和區或者在不飽和區)所致,試驗表明,多數管的RDS增大,即表針向左擺動(dòng);少數管的RDS減小,使表針向右擺動(dòng)。但無(wú)論表針擺動(dòng)方向如何,只要表針擺動(dòng)幅度較大,就說(shuō)明管有較大的放大能力。第二,此方法對MOS場(chǎng)效應管也適用。但要注意,MOS場(chǎng)效應管的輸人電阻高,柵極G允許的感應電壓不應過(guò)高,所以不要直接用手去捏柵極,必須用于握螺絲刀的絕緣柄,用金屬桿去碰觸柵極,以防止人體感應電荷直接加到柵極,引起柵極擊穿。第三,每次測量完畢,應當G-S極間短路一下。這是因為G-S結電容上會(huì )充有少量電荷,建立起VGS電壓,造成再進(jìn)行測量時(shí)表針可能不動(dòng),只有將G-S極間電荷短路放掉才行。
        (4)用測電阻法判別無(wú)標志的場(chǎng)效應管
        首先用測量電阻的方法找出兩個(gè)有電阻值的管腳,也就是源極S和漏極D,余下兩個(gè)腳為第一柵極G1和第二柵極G2。把先用兩表筆測的源極S與漏極D之間的電阻值記下來(lái),對調表筆再測量一次,把其測得電阻值記下來(lái),兩次測得阻值較大的一次,黑表筆所接的電極為漏極D;紅表筆所接的為源極S。用這種方法判別出來(lái)的S、D極,還可以用估測其管的放大能力的方法進(jìn)行驗證,即放大能力大的黑表筆所接的是D極;紅表筆所接地是8極,兩種方法檢測結果均應一樣。當確定了漏極D、源極S的位置后,按D、S的對應位置裝人電路,一般G1、G2也會(huì )依次對準位置,這就確定了兩個(gè)柵極G1、G2的位置,從而就確定了D、S、G1、G2管腳的順序。
        (5)用測反向電阻值的變化判斷跨導的大小
        對VMOS N溝道增強型場(chǎng)效應管測量跨導性能時(shí),可用紅表筆接源極S、黑表筆接漏極D,這就相當于在源、漏極之間加了一個(gè)反向電壓。此時(shí)柵極是開(kāi)路的,管的反向電阻值是很不穩定的。將萬(wàn)用表的歐姆檔選在R×10kΩ的高阻檔,此時(shí)表內電壓較高。當用手接觸柵極G時(shí),會(huì )發(fā)現管的反向電阻值有明顯地變化,其變化越大,說(shuō)明管的跨導值越高;如果被測管的跨導很小,用此法測時(shí),反向阻值變化不大。
        二、VMOS場(chǎng)效應管
        VMOS場(chǎng)效應管(VMOSFET)簡(jiǎn)稱(chēng)VMOS管或功率場(chǎng)效應管,其全稱(chēng)為V型槽MOS場(chǎng)效應管。它是繼MOSFET之后新發(fā)展起來(lái)的高效、功率開(kāi)關(guān)器件。它不僅繼承了MOS場(chǎng)效應管輸入阻抗高(≥108W)、驅動(dòng)電流?。?.1μA左右),還具有耐壓高(最高1200V)、工作電流大(1.5A~100A)、輸出功率高(1~250W)、跨導的線(xiàn)性好、開(kāi)關(guān)速度快等優(yōu)良特性。正是由于它將電子管與功率晶體管之優(yōu)點(diǎn)集于一身,因此在電壓放大器(電壓放大倍數可達數千倍)、功率放大器、開(kāi)關(guān)電源和逆變器中正獲得廣泛應用。
        VMOS場(chǎng)效應功率管具有極高的輸入阻抗及較大的線(xiàn)性放大區等優(yōu)點(diǎn),尤其是其具有負的電流溫度系數,即在柵-源電壓不變的情況下,導通電流會(huì )隨管溫升高而減小,故不存在由于“二次擊穿”現象所引起的管子損壞現象。因此,VMOS管的并聯(lián)得到廣泛應用。
        眾所周知,傳統的MOS場(chǎng)效應管的柵極、源極和漏極大大致處于同一水平面的芯片上,其工作電流基本上是沿水平方向流動(dòng)。VMOS管則不同,從圖1上可以看出其兩大結構特點(diǎn):第一,金屬柵極采用V型槽結構;第二,具有垂直導電性。由于漏極是從芯片的背面引出,所以ID不是沿芯片水平流動(dòng),而是自重摻雜N+區(源極S)出發(fā),經(jīng)過(guò)P溝道流入輕摻雜N-漂移區,最后垂直向下到達漏極D。電流方向如圖中箭頭所示,因為流通截面積增大,所以能通過(guò)大電流。由于在柵極與芯片之間有二氧化硅絕緣層,因此它仍屬于絕緣柵型MOS場(chǎng)效應管。
        國內生產(chǎn)VMOS場(chǎng)效應管典型產(chǎn)品有VN401、VN672、VMPT2等。
        下面介紹檢測VMOS管的方法。
        1.判定柵極G
        將萬(wàn)用表?yè)苤罵×1k檔分別測量三個(gè)管腳之間的電阻。若發(fā)現某腳與其字兩腳的電阻均呈無(wú)窮大,并且交換表筆后仍為無(wú)窮大,則證明此腳為G極,因為它和另外兩個(gè)管腳是絕緣的。
        2.判定源極S、漏極D
        由圖1可見(jiàn),在源-漏之間有一個(gè)PN結,因此根據PN結正、反向電阻存在差異,可識別S極與D極。用交換表筆法測兩次電阻,其中電阻值較低(一般為幾千歐至十幾千歐)的一次為正向電阻,此時(shí)黑表筆的是S極,紅表筆接D極。
        3.測量漏-源通態(tài)電阻RDS(on)
        將G-S極短路,選擇萬(wàn)用表的R×1檔,黑表筆接S極,紅表筆接D極,阻值應為幾歐至十幾歐。
        由于測試條件不同,測出的RDS(on)值比手冊中給出的典型值要高一些。例如用500型萬(wàn)用表R×1檔實(shí)測一只IRFPC50型VMOS管,RDS(on)=3.2W,大于0.58W(典型值)。
        4.檢查跨導
        將萬(wàn)用表置于R×1k(或R×100)檔,紅表筆接S極,黑表筆接D極,手持螺絲刀去碰觸柵極,表針應有明顯偏轉,偏轉愈大,管子的跨導愈高。
        注意事項:
        (1)VMOS管亦分N溝道管與P溝道管,但絕大多數產(chǎn)品屬于N溝道管。對于P溝道管,測量時(shí)應交換表筆的位置。
        (2)有少數VMOS管在G-S之間并有保護二極管,本檢測方法中的1、2項不再適用。
        (3)目前市場(chǎng)上還有一種VMOS管功率模塊,專(zhuān)供交流電機調速器、逆變器使用。例如美國IR公司生產(chǎn)的IRFT001型模塊,內部有N溝道、P溝道管各三只,構成三相橋式結構。
        (4)現在市售VNF系列(N溝道)產(chǎn)品,是美國Supertex公司生產(chǎn)的超高頻功率場(chǎng)效應管,其最高工作頻率fp=120MHz,IDSM=1A,PDM=30W,共源小信號低頻跨導gm=2000μS。適用于高速開(kāi)關(guān)電路和廣播、通信設備中。
        (5)使用VMOS管時(shí)必須加合適的散熱器后。以VNF306為例,該管子加裝140×140×4(mm)的散熱器后,最大功率才能達到30W。
        (6)多管并聯(lián)后,由于極間電容和分布電容相應增加,使放大器的高頻特性變壞,通過(guò)反饋容易引起放大器的高頻寄生振蕩。為此,并聯(lián)復合管管子一般不超過(guò)4個(gè),而且在每管基極或柵極上串接防寄生振蕩電阻。
        場(chǎng)效應管的使用注意事項
        (1)為了安全使用場(chǎng)效應管,在線(xiàn)路的設計中不能超過(guò)管的耗散功率,最大漏源電壓、最大柵源電壓和最大電流等參數的極限值。
        (2)各類(lèi)型場(chǎng)效應管在使用時(shí),都要嚴格按要求的偏置接人電路中,要遵守場(chǎng)效應管偏置的極性。如結型場(chǎng)效應管柵源漏之間是PN結,N溝道管柵極不能加正偏壓;P溝道管柵極不能加負偏壓,等等。
        (3)MOS場(chǎng)效應管由于輸人阻抗極高,所以在運輸、貯藏中必須將引出腳短路,要用金屬屏蔽包裝,以防止外來(lái)感應電勢將柵極擊穿。尤其要注意,不能將MOS場(chǎng)效應管放人塑料盒子內,保存時(shí)最好放在金屬盒內,同時(shí)也要注意管的防潮。
        (4)為了防止場(chǎng)效應管柵極感應擊穿,要求一切測試儀器、工作臺、電烙鐵、線(xiàn)路本身都必須有良好的接地;管腳在焊接時(shí),先焊源極;在連入電路之前,管的全部引線(xiàn)端保持互相短接狀態(tài),焊接完后才把短接材料去掉;從元器件架上取下管時(shí),應以適當的方式確保人體接地如采用接地環(huán)等;當然,如果能采用先進(jìn)的氣熱型電烙鐵,焊接場(chǎng)效應管是比較方便的,并且確保安全;在未關(guān)斷電源時(shí),絕對不可以把管插人電路或從電路中拔出。以上安全措施在使用場(chǎng)效應管時(shí)必須注意。
        (5)在安裝場(chǎng)效應管時(shí),注意安裝的位置要盡量避免靠近發(fā)熱元件;為了防管件振動(dòng),有必要將管殼體緊固起來(lái);管腳引線(xiàn)在彎曲時(shí),應當大于根部尺寸5毫米處進(jìn)行,以防止彎斷管腳和引起漏氣等。
        對于功率型場(chǎng)效應管,要有良好的散熱條件。因為功率型場(chǎng)效應管在高負荷條件下運用,必須設計足夠的散熱器,確保殼體溫度不超過(guò)額定值,使器件長(cháng)期穩定可靠地工作。
        總之,確保場(chǎng)效應管安全使用,要注意的事項是多種多樣,采取的安全措施也是各種各樣,廣大的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員,特別是廣大的電子愛(ài)好者,都要根據自己的實(shí)際情況出發(fā),采取切實(shí)可行的辦法,安全有效地用好場(chǎng)效應管。

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