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电子元器件系列知识--三极管(下)

作者:AG真人官网    发布时间:2019-08-10 05:30    浏览量:

  众所周知,传统的MOS场效应管的栅极、源极和漏极大大致处于同一水平面的芯片上,其工作电流基本上是沿水平方向流动。VMOS管则不同,从图1上可以看出其两大结构特点:第一,金属栅极采用V型槽结构;第二,具有垂直导电性。由于漏极是从芯片的背面引出,所以ID不是沿芯片水平流动,而是自重掺杂N+区(源极S)出发,经过P沟道流入轻掺杂N-漂移区,最后垂直向下到达漏极D。电流方向如图中箭头所示,因为流通截面积增大,所以能通过大电流。由于在栅极与芯片之间有二氧化硅绝缘层,因此它仍属于绝缘栅型MOS场效应管。

  国内生产VMOS场效应管的典型产品有VN401、VN672、VMPT2等。其中,IRFPC50的外型如图所示。

  将万用表拨至R×1k档分别测量三个管脚之间的电阻。若发现某脚与其字两脚的电阻均呈无穷大,并且交换表笔后仍为无穷大,则证明此脚为G极,因为它和另外两个管脚是绝缘的。

  由图1可见,在源-漏之间有一个PN结,因此根据PN结正、反向电阻存在差异,可识别S极与D极。用交换表笔法测两次电阻,其中电阻值较低(一般为几千欧至十几千欧)的一次为正向电阻,此时黑表笔的是S极,红表笔接D极。

  将G-S极短路,选择万用表的R×1档,黑表笔接S极,红表笔接D极,阻值应为几欧至十几欧。

  由于测试条件不同,测出的RDS(on)值比手册中给出的典型值要高一些。例如用500型万用表R×1档实测一只IRFPC50型VMOS管,RDS(on)=3.2W,大于0.58W(典型值)。

  将万用表置于R×1k(或R×100)档,红表笔接S极,黑表笔接D极,手持螺丝刀去碰触栅极,表针应有明显偏转,偏转愈大,管子的跨导愈高。

  (1)VMOS管亦分N沟道管与P沟道管,但绝大多数产品属于N沟道管。对于P沟道管,测量时应交换表笔的位置。

  (2)有少数VMOS管在G-S之间并有保护二极管,本检测方法中的1、2项不再适用。

  (3)目前市场上还有一种VMOS管功率模块,专供交流电机调速器、逆变器使用。例如美国IR公司生产的IRFT001型模块,内部有N沟道、P沟道管各三只,构成三相桥式结构。

  (4)现在市售VNF系列(N沟道)产品,是美国Supertex公司生产的超高频功率场效应管,其最高工作频率fp=120MHz,IDSM=1A,PDM=30W,共源小信号低频跨导gm=2000μS。适用于高速开关电路和广播、通信设备中。

  (5)使用VMOS管时必须加合适的散热器后。以VNF306为例,该管子加装140×140×4(mm)的散热器后,最大功率才能达到30W

  场效应晶体管(FET)简称场效应管,它属于电压控制型半导体器件,具有输入电阻高(108~109Ω)、噪声小、功耗低、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点,现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者。

  场效应管分结型、绝缘栅型两大类。结型场效应管(JFET)因有两个PN结而得名,绝缘栅型场效应管(JGFET)则因栅极与其它电极完全绝缘而得名。目前在绝缘栅型场效应管中,应用最为广泛的是MOS场效应管,简称MOS管(即金属-氧化物-半导体场效应管MOSFET);此外还有PMOS、NMOS和VMOS功率场效应管,以及最近刚问世的πMOS场效应管、VMOS功率模块等。

  按沟道半导体材料的不同,结型和绝缘栅型各分沟道和P沟道两种。若按导电方式来划分,场效应管又可分成耗尽型与增强型。结型场效应管均为耗尽型,绝缘栅型场效应管既有耗尽型的,也有增强型的。

  场效应晶体管可分为结场效应晶体管和MOS场效应晶体管。而MOS场效应晶体管又分为N沟耗尽型和增强型;P沟耗尽型和增强型四大类。见附图1。

  MOS场效应晶体管在使用时应注意分类,不能随意互换。MOS场效应晶体管由于输入阻抗高(包括MOS集成电路)极易被静电击穿,使用时应注意以下规则:

  1. MOS器件出厂时通常装在黑色的导电泡沫塑料袋中,切勿自行随便拿个塑料袋装。也可用细铜线把各个引脚连接在一起,或用锡纸包装

  4. 在焊接前应把电路板的电源线与地线短接,再MOS器件焊接完成后在分开。

  6.电路板在装机之前,要用接地的线夹子去碰一下机器的各接线端子,再把电路板接上去。

  7. MOS场效应晶体管的栅极在允许条件下,最好接入保护二极管。在检修电路时应注意查证原有的保护二极管是否损坏。

  3DJ型结型场效应管可看作一只NPN型的晶体三极管,栅极G对应基极b,漏极D对应集电极c,源极S对应发射极e。所以只要像测量晶体三极管那样测PN结的正、反向电阻既可。把万用表拨在R*100挡用黑表笔接场效应管其中一个电极,红表笔分别接另外两极,当出现两次低电阻时,黑表笔接的就是场效应管的栅极。红表笔接的就是漏极或源极。对结型场效应管而言,漏极和源极可以互换。对于有4个管脚的结型场效应管,另外一极是屏蔽极(使用中接地)。

  硅管和锗管在特性上有很大不同,使用时应加以区别。我们知道,硅管和锗管的PN结正向电阻是不一样的,即硅管的正向电阻大,锗管的小。利用这一特性就可以用万用表来判别一只晶体管是硅管还是锗管。

  将万用表拨到R*100挡或R*1K挡。测量二极管时,万用表的正端接二极管的负极,负端接二极管的正极;测量NPN型的三极管时,万用表的负端接基极,正端接集电极或发射极;测量PNP型的三极管时,万用表的正端接基极,负端接集电极或发射极。

  按上述方法接好后,如果万用表的表针指示在表盘的右端或靠近满刻度的位置上(即阻值较小),那么所测的管子是锗管;如果万用表的表针在表盘的中间或偏右一点的位置上(即阻值较大),那么所测的管子是硅管。

  三极管的管型及管脚的判别是电子技术初学者的一项基本功,为了帮助读者迅速掌握测判方法,笔者总结出四句口诀:“三颠倒,找基极;PN结,定管型;顺箭头,偏转大;测不准,动嘴巴。”下面让我们逐句进行解释吧。

  大家知道,三极管是含有两个PN结的半导体器件。根据两个PN结连接方式不同,可以分为NPN型和PNP型两种不同导电类型的三极管,图1是它们的电路符号和等效电路。

  测试三极管要使用万用电表的欧姆挡,并选择R×100或R×1k挡位。图2绘出了万用电表欧姆挡的等效电路。由图可见,红表笔所连接的是表内电池的负极,黑表笔则连接着表内电池的正极。

  假定我们并不知道被测三极管是NPN型还是PNP型,也分不清各管脚是什么电极。测试的第一步是判断哪个管脚是基极。这时,我们任取两个电极(如这两个电极为1、2),用万用电表两支表笔颠倒测量它的正、反向电阻,观察表针的偏转角度;接着,再取1、3两个电极和2、3两个电极,分别颠倒测量它们的正、反向电阻,观察表针的偏转角度。在这三次颠倒测量中,必然有两次测量结果相近:即颠倒测量中表针一次偏转大,一次偏转小;剩下一次必然是颠倒测量前后指针偏转角度都很小,这一次未测的那只管脚就是我们要寻找的基极(参看图1、图2不难理解它的道理)。

  找出三极管的基极后,我们就可以根据基极与另外两个电极之间PN结的方向来确定管子的导电类型(图1)。将万用表的黑表笔接触基极,红表笔接触另外两个电极中的任一电极,若表头指针偏转角度很大,则说明被测三极管为NPN型管;若表头指针偏转角度很小,则被测管即为PNP型。

  找出了基极b,另外两个电极哪个是集电极c,哪个是发射极e呢?这时我们可以用测穿透电流ICEO的方法确定集电极c和发射极e。

  (1) 对于NPN型三极管,穿透电流的测量电路如图3所示。根据这个原理,用万用电表的黑、红表笔颠倒测量两极间的正、反向电阻Rce和Rec,虽然两次测量中万用表指针偏转角度都很小,但仔细观察,总会有一次偏转角度稍大,此时电流的流向一定是:黑表笔→c极→b极→e极→红表笔,电流流向正好与三极管符号中的箭头方向一致(“顺箭头”),所以此时黑表笔所接的一定是集电极c,红表笔所接的一定是发射极e。

  (2) 对于PNP型的三极管,道理也类似于NPN型,其电流流向一定是:黑表笔→e极→b极→c极→红表笔,其电流流向也与三极管符号中的箭头方向一致,所以此时黑表笔所接的一定是发射极e,红表笔所接的一定是集电极c。

  若在“顺箭头,偏转大”的测量过程中,若由于颠倒前后的两次测量指针偏转均太小难以区分时,就要“动嘴巴”了。具体方法是:在“顺箭头,偏转大”的两次测量中,用两只手分别捏住两表笔与管脚的结合部,用嘴巴含住(或用舌头抵住)基电极b,仍用“顺箭头,偏转大”的判别方法即可区分开集电极c与发射极e。其中人体起到直流偏置电阻的作用,目的是使效果更加明显。

  首先用万用表测量三极管发射极的反向电阻,如果是测量PNP型管,万用表的负端接基极,正端接发射极;如果是测量NPN型管,万用表的正端接基极,负端接发射极。然后用万用表的R*1KΩ挡测量,此时万用表的表针指示的阻值应当很大,一般不超过满刻度值的1/10。再将万用表转换到R*10KΩ挡,如果表针指示的阻值变化很大,超过满刻度值的1/3,则此管为高频管;反之,如果万用表转换到R*10KΩ挡后,表针指示的阻值变化不大,不超过满刻度值的1/3,则所测的管子为低频管。

  先用MF10型万用表R*100KΩ挡(内置有15V电池),把负表笔(黑)接栅极(G),正表笔(红)接源极(S)。给栅、源极之间充电,此时万用表指针有轻微偏转。再该用万用表R*1Ω挡,将负表笔接漏极(D),正表笔接源极(S),万用表指示值若为几欧姆,则说明场效应管是好的。

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