【導(dǎo)讀】確保場效應(yīng)管安全使用,要注意的事項(xiàng)是多種多樣,采取的安全措施也是各種各樣,要根據(jù)自己的實(shí)際情況出發(fā),采取切實(shí)可行的辦法,安全有效地用好場效應(yīng)管。
根據(jù)場效應(yīng)管的PN結(jié)正、反向電阻值不一樣的現(xiàn)象,可以判別出結(jié)型場效應(yīng)管的三個(gè)電極。具體方法:將萬用表撥在R×1k檔上,任選兩個(gè)電極,分別測出其正、反向電阻值。當(dāng)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?yàn)閷?duì)結(jié)型場效應(yīng)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(dāng)出現(xiàn)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,說明是PN結(jié)的反向,即都是反向電阻,可以判定是N溝道場效應(yīng)管,且黑表筆接的是柵極;若兩次測出的電阻值均很小,說明是正向PN結(jié),即是正向電阻,判定為P溝道場效應(yīng)管,黑表筆接的也是柵極。若不出現(xiàn)上述情況,可以調(diào)換黑、紅表筆按上述方法進(jìn)行測試,直到判別出柵極為止。
用測電阻法判別場效應(yīng)管的好壞。測電阻法是用萬用表測量場效應(yīng)管的源極與漏極、柵極與源極、柵極與漏極、柵極G1與柵極G2之間的電阻值同場效應(yīng)管手冊(cè)標(biāo)明的電阻值是否相符去判別管的好壞。具體方法:首先將萬用表置于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(cè)中可知,各種不同型號(hào)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(nèi)部接觸不良;如果測得阻值是無窮大,可能是內(nèi)部斷極。然后把萬用表置于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(dāng)測得其各項(xiàng)電阻值均為無窮大,則說明管是正常的;若測得上述各阻值太小或?yàn)橥?,則說明管是壞的。要注意,若兩個(gè)柵極在管內(nèi)斷極,可用元件代換法進(jìn)行檢測。
用感應(yīng)信號(hào)輸人法估測場效應(yīng)管的放大能力具體方法:用萬用表電阻的R×100檔,紅表筆接源極S,黑表筆接漏極D,給場效應(yīng)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(jié)型場效應(yīng)管的柵極G,將人體的感應(yīng)電壓信號(hào)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),說明管是壞的。
根據(jù)上述方法,我們用萬用表的R×100檔,測結(jié)型場效應(yīng)管3DJ2F。先將管的G極開路,測得漏源電阻RDS為600Ω,用手捏住G極后,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,說明該管是好的,并有較大的放大能力。運(yùn)用這種方法時(shí)要說明幾點(diǎn):首先,在測試場效應(yīng)管用手捏住柵極時(shí),萬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(yīng)的交流電壓較高,而不同的場效應(yīng)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(qū)或者在不飽和區(qū))所致,試驗(yàn)表明,多數(shù)管的RDS增大,即表針向左擺動(dòng);少數(shù)管的RDS減小,使表針向右擺動(dòng)。但無論表針擺動(dòng)方向如何,只要表針擺動(dòng)幅度較大,就說明管有較大的放大能力。第二,此方法對(duì)MOS場效應(yīng)管也適用。但要注意,MOS場效應(yīng)管的輸人電阻高,柵極G允許的感應(yīng)電壓不應(yīng)過高,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(yīng)電荷直接加到柵極,引起柵極擊穿。第三,每次測量完畢,應(yīng)當(dāng)G-S極間短路一下。這是因?yàn)镚-S結(jié)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。
用測電阻法判別無標(biāo)志的場效應(yīng)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,對(duì)調(diào)表筆再測量一次,把其測得電阻值記下來,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的S、D極,還可以用估測其管的放大能力的方法進(jìn)行驗(yàn)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(jié)果均應(yīng)一樣。當(dāng)確定了漏極D、源極S的位置后,按D、S的對(duì)應(yīng)位置裝人電路,一般G1、G2也會(huì)依次對(duì)準(zhǔn)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。
用測反向電阻值的變化判斷跨導(dǎo)的大小對(duì)VMOS N溝道增強(qiáng)型場效應(yīng)管測量跨導(dǎo)性能時(shí),可用紅表筆接源極S、黑表筆接漏極D,這就相當(dāng)于在源、漏極之間加了一個(gè)反向電壓。此時(shí)柵極是開路的,管的反向電阻值是很不穩(wěn)定的。將萬用表的歐姆檔選在R×10kΩ的高阻檔,此時(shí)表內(nèi)電壓較高。當(dāng)用手接觸柵極G時(shí),會(huì)發(fā)現(xiàn)管的反向電阻值有明顯地變化,其變化越大,說明管的跨導(dǎo)值越高;如果被測管的跨導(dǎo)很小,用此法測時(shí),反向阻值變化不大。二、VMOS場效應(yīng)管 VMOS場效應(yīng)管(VMOSFET)簡稱VMOS管或功率場效應(yīng)管,其全稱為V型槽MOS場效應(yīng)管。它是繼MOSFET之后新發(fā)展起來的高效、功率開關(guān)器件。它不僅繼承了MOS場效應(yīng)管輸入阻抗高(≥108W)、驅(qū)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(dǎo)的線性好、開關(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(shù)可達(dá)數(shù)千倍)、功率放大器、開關(guān)電源和逆變器中正獲得廣泛應(yīng)用。 VMOS場效應(yīng)功率管具有極高的輸入阻抗及較大的線性放大區(qū)等優(yōu)點(diǎn),尤其是其具有負(fù)的電流溫度系數(shù),即在柵-源電壓不變的情況下,導(dǎo)通電流會(huì)隨管溫升高而減小,故不存在由于“二次擊穿”現(xiàn)象所引起的管子損壞現(xiàn)象。因此,VMOS管的并聯(lián)得到廣泛應(yīng)用。眾所周知,傳統(tǒng)的MOS場效應(yīng)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(jié)構(gòu)特點(diǎn):第一,金屬柵極采用V型槽結(jié)構(gòu);第二,具有垂直導(dǎo)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?fù)诫sN+區(qū)(源極S)出發(fā),經(jīng)過P溝道流入輕摻雜N-漂移區(qū),最后垂直向下到達(dá)漏極D。電流方向如圖中箭頭所示,因?yàn)榱魍ń孛娣e增大,所以能通過大電流。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場效應(yīng)管。國內(nèi)生產(chǎn)VMOS場效應(yīng)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 將萬用表撥至R×1k檔分別測量三個(gè)管腳之間的電阻。若發(fā)現(xiàn)某腳與其字兩腳的電阻均呈無窮大,并且交換表筆后仍為無窮大,則證明此腳為G極,因?yàn)樗土硗鈨蓚€(gè)管腳是絕緣的。
2.判定源極S、漏極D 由圖1可見,在源-漏之間有一個(gè)PN結(jié),因此根據(jù)PN結(jié)正、反向電阻存在差異,可識(shí)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,選擇萬用表的R×1檔,黑表筆接S極,紅表筆接D極,阻值應(yīng)為幾歐至十幾歐。由于測試條件不同,測出的RDS(on)值比手冊(cè)中給出的典型值要高一些。例如用500型萬用表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(dǎo)將萬用表置于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(yīng)有明顯偏轉(zhuǎn),偏轉(zhuǎn)愈大,管子的跨導(dǎo)愈高。注意事項(xiàng):
(1)VMOS管亦分N溝道管與P溝道管,但絕大多數(shù)產(chǎn)品屬于N溝道管。對(duì)于P溝道管,測量時(shí)應(yīng)交換表筆的位置。
(2)有少數(shù)VMOS管在G-S之間并有保護(hù)二極管,本檢測方法中的1、2項(xiàng)不再適用。
(3)目前市場上還有一種VMOS管功率模塊,專供交流電機(jī)調(diào)速器、逆變器使用。例如美國IR公司生產(chǎn)的IRFT001型模塊,內(nèi)部有N溝道、P溝道管各三只,構(gòu)成三相橋式結(jié)構(gòu)。
(4)現(xiàn)在市售VNF系列(N溝道)產(chǎn)品,是美國Supertex公司生產(chǎn)的超高頻功率場效應(yīng)管,其最高工作頻率fp=120MHz,IDSM=1A,PDM=30W,共源小信號(hào)低頻跨導(dǎo)gm=2000μS。適用于高速開關(guān)電路和廣播、通信設(shè)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(dá)到30W。
(6)多管并聯(lián)后,由于極間電容和分布電容相應(yīng)增加,使放大器的高頻特性變壞,通過反饋容易引起放大器的高頻寄生振蕩。為此,并聯(lián)復(fù)合管管子一般不超過4個(gè),而且在每管基極或柵極上串接防寄生振蕩電阻。
場效應(yīng)管的使用注意事項(xiàng):
(1)為了安全使用場效應(yīng)管,在線路的設(shè)計(jì)中不能超過管的耗散功率,最大漏源電壓、最大柵源電壓和最大電流等參數(shù)的極限值。
(2)各類型場效應(yīng)管在使用時(shí),都要嚴(yán)格按要求的偏置接人電路中,要遵守場效應(yīng)管偏置的極性。如結(jié)型場效應(yīng)管柵源漏之間是PN結(jié),N溝道管柵極不能加正偏壓;P溝道管柵極不能加負(fù)偏壓,等等。
(3)MOS場效應(yīng)管由于輸人阻抗極高,所以在運(yùn)輸、貯藏中必須將引出腳短路,要用金屬屏蔽包裝,以防止外來感應(yīng)電勢將柵極擊穿。尤其要注意,不能將MOS場效應(yīng)管放人塑料盒子內(nèi),保存時(shí)最好放在金屬盒內(nèi),同時(shí)也要注意管的防潮。
(4)為了防止場效應(yīng)管柵極感應(yīng)擊穿,要求一切測試儀器、工作臺(tái)、電烙鐵、線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(yīng)以適當(dāng)?shù)姆绞酱_保人體接地如采用接地環(huán)等;當(dāng)然,如果能采用先進(jìn)的氣熱型電烙鐵,焊接場效應(yīng)管是比較方便的,并且確保安全;在未關(guān)斷電源時(shí),絕對(duì)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效應(yīng)管時(shí)必須注意。
(5)在安裝場效應(yīng)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;管腳引線在彎曲時(shí),應(yīng)當(dāng)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(duì)于功率型場效應(yīng)管,要有良好的散熱條件。因?yàn)楣β市蛨鲂?yīng)管在高負(fù)荷條件下運(yùn)用,必須設(shè)計(jì)足夠的散熱器,確保殼體溫度不超過額定值,使器件長期穩(wěn)定可靠地工作。