IGBT有三個電極,稱為柵極G(也稱為控制或柵極)、集電極C(也稱為漏極)和發射極E(也稱為源極)。
首先,用指針式萬用表鑒別場效應管。
(1)通過測量電阻判斷結型場效應管的電極。
根據場效應晶體管PN結正向和反向電阻值不同的現象,可以區分結型場效應晶體管的三個電極。具體方法:將萬用表設置為R×1k,選擇兩個電極,分別測量其正負電阻值。當兩個電極的正負電阻值相等且為幾千歐姆時,這兩個電極分別為漏極D和源極S。因為結型場效應晶體管的漏極和源極是可以互換的,所以剩下的電極一定是柵極g,你也可以將萬用表的黑色觸針(紅色觸針也可以)隨意接觸到一個電極,另一個觸針依次接觸另外兩個電極,測量其電阻。當兩次測量的電阻值大致相等時,黑色觸針接觸的電極是柵極, 另外兩個電極分別是漏極和源極。如果兩次測得的電阻值都很大,說明PN結反了,也就是兩個電阻都反了,可以判斷是N溝道場效應晶體管,黑觸針接在柵極上;如果測兩次電阻都很小,說明是正向PN結,也就是正向電阻,判斷為P溝道場效應晶體管,黑探針也接在柵極上。如果沒有出現上述情況,可以更換黑色和紅色探針,按照上述方法進行測試,直到識別出網格為止。
(2)通過測量電阻來判斷FET的好壞。
電阻測量方法是用萬用表判斷場效應晶體管的源極與漏極之間、柵極與源極之間、柵極與漏極之間、柵極G1與柵極G2之間的電阻值是否與場效應晶體管說明書上標明的電阻值一致。具體方法:首先將萬用表放在R×10或R×100范圍內,測量源極S和漏極D之間的電阻,通常在幾十歐姆到幾千歐姆的范圍內(手冊中已知不同型號的燈管電阻值不同)。如果測得的電阻值大于正常值,可能是內部接觸不良;如果測得的電阻為無窮大,則可能是內部磁極斷裂。然后將萬用表放在R×10k檔,測量柵極G1和G2之間,柵極和電源之間的電阻值。 以及柵極和漏極之間。當所有電阻值都為無窮大時,電子管正常。如果上述電阻值測量值太小或通道,管是壞的。需要注意的是,如果管內有兩個網格斷裂,可以使用元素替代法進行檢測。
(3)用感應信號輸入的方法估算場效應晶體管的放大能力。
具體方法:使用R×100量程的萬用表電阻,將紅色表筆接源極S,黑色表筆接漏極D,給FET加1.5V的電源電壓。此時,觸控筆指示的漏極和源極之間的電阻值。然后用手捏住結型場效應晶體管的柵極G,將人體的感應電壓信號加到柵極上。這樣由于電子管的放大作用,漏源電壓VDS和漏電流Ib都會發生變化,也就是漏源之間的電阻會發生變化,從中可以觀察到指針有較大的擺動。如果手捏的柵極針有輕微擺動,說明電子管的放大能力差;手的擺動幅度大,說明電子管的放大能力大;如果手不動,說明管子壞了。
根據上述方法,我們用R×100量程的萬用表測量結型場效應晶體管3DJ2F。首先打開燈管的G極,測得漏源電阻RDS為600ω。用手握住G極后,雙手向左擺動,表示電阻RDS為12kΩ,說明電子管好,放大能力大。
使用這種方法時,有幾點需要說明:第一,用手捏場效應晶體管的柵極時,萬用表指針可能向右擺動(電阻值減小)或向左擺動(電阻值增大)。這是因為人體感應的交流電壓比較高,用電阻檔測量,不同場效應晶體管的工作點可能不一樣(要么工作在飽和區,要么工作在非飽和區)。測試表明,大部分晶體管的RDS增大,即雙手向左擺動;少數管RDS降低,使手向右擺動。但不管表針擺動方向如何,只要表針擺動幅度大,就說明電子管有較大的放大能力。其次,這種方法也適用于MOS場效應晶體管。然而, 需要注意的是,MOS FET的輸入電阻較高,柵極G的允許感應電壓不能太高。所以不要直接用手捏閘門。你必須用它握住螺絲刀的絕緣柄,用金屬棒觸碰柵極,防止人為感應電荷直接加在柵極上,造成柵極擊穿。第三,每次測量后,G-S極之間應該有短路。這是因為G-S結電容會帶少量電荷,建立VGS電壓,可能導致再次測量時表針不動,只能對G-S電極間的短路放電。
(4)通過測量電阻來判斷未標記的場效應晶體管。
首先,通過測量電阻找到具有電阻值的兩個管腳,即源極S和漏極D,剩下的兩個管腳是柵極G1和第二柵極G2。先記下兩個探針測得的源極S和漏極D之間的電阻值,然后再測探針,記下測得的電阻值。如果電阻值大兩倍,則連接黑色探針的電極為漏電極D;紅色唱針接在源S上,這種方法識別的S極和D極也可以通過估算電子管的放大能力來驗證,即放大能力大的黑色唱針接在D極上;紅色手寫筆8極接地,兩種方法測試結果應該是一樣的。當確定漏極D和源極S的位置時,根據D和S的相應位置安裝電路。通常, G1和G2將依次對齊,這決定了兩個門G1和G2的位置,從而決定了D、S、G1和G2的管腳順序。
(5)通過測量反向電阻值的變化來判斷跨導的大小。
測量VMOSN溝道增強型FET的跨導性能時,可以將紅色探針接到源極S,黑色探針接到漏極D,相當于在源極和漏極之間加了一個反向電壓。這個時候柵極是開著的,管的反向電阻值很不穩定。將萬用表的歐姆檔選擇在r×10kω的高阻檔,此時表內電壓為高。用手觸摸柵極G時,會發現管的反向電阻值變化明顯。變化越大,電子管的跨導值越高。如果被測管的跨導很小,用這種方法測量時反向電阻變化很小。
二、使用場效應晶體管的注意事項
(1)為了安全使用FET,在電路設計中不應超過FET的耗散功率、漏源電壓、柵源電壓和電流的極限值。
(2)使用各種類型的場效應晶體管時,應嚴格按照要求連接到電路上,并觀察場效應晶體管的偏置極性。比如結型場效應晶體管的源漏之間有PN結,N溝道晶體管的柵極不能正偏,溝道晶體管的柵極不能負偏,等等。
(3)由于3)MOS場效應管的輸入阻抗極高,在運輸和儲存過程中引出腳必須短路,并且要用金屬屏蔽包裝,防止柵極被外部感應電勢擊穿。特別要注意的是,MOS FET不要放在塑料盒里,存放時要放在金屬盒里。同時,要注意燈管的防潮。
(4)為了防止場效應晶體管的柵極感應擊穿,要求所有的測試儀器、工作臺、烙鐵和線路本身必須良好接地;焊接管腳時,先焊接源極;在接入電路之前,管的所有引線端保持短路狀態,焊接后去除短路材料;從部件架上取下管子時,人體應以適當的方式接地,如使用接地環;當然,如果能使用先進的氣熱式電烙鐵,焊接場效應管更方便,保證安全;當電源未關閉時,不能將電子管插入電路或從電路中拔出。使用FET時,必須注意上述安全措施。
(5)安裝場效應管時,注意安裝位置,盡量避免靠近發熱元件;為了防止管件振動,需要緊固管殼;引腳引線彎曲時,應在比根部尺寸大5 mm的地方進行,以防止引腳彎曲造成漏氣。
對于功率場效應晶體管,要有良好的散熱條件。由于功率場效應晶體管是在高負載下使用,所以需要設計足夠的散熱器,保證外殼溫度不超過額定值,使器件能夠長期穩定可靠地工作。
總之,要保證場效應管的安全使用,有各種注意事項和各種安全措施。廣大技術人員,特別是廣大電子愛好者,應根據自己的實際情況,采取切實可行的措施,安全有效地使用場效應管。
第三,VMOS場效應晶體管
VMOS場效應晶體管(VMOSFET)是vMOSfet或功率場效應晶體管的簡稱,全稱是V型槽MOS場效應晶體管。它是繼MOSFET之后新開發的高效功率開關器件。它不僅繼承了MOS FET的高輸入阻抗(≥108W)和低驅動電流(約0.1μA),還具有高耐壓(1200V)、高工作電流(1.5 A ~ 100 A)、高輸出功率(1 ~ 250 W)、跨導線性好、開關速度快等優良特性。正因為它結合了電子管和功率晶體管的優點,所以廣泛應用于電壓放大器(電壓放大可達數千倍)、功率放大器、開關電源和逆變器。
VMOS場效應功率晶體管具有極高的輸入阻抗和較大的線性放大面積的優點,尤其是其負的電流溫度系數,即在柵源電壓不變的情況下,傳導電流會隨著管溫的升高而降低,因此不存在“二次擊穿”現象造成的管損壞。因此,vmosfet的并聯被廣泛使用。
眾所周知,傳統MOS場效應晶體管的柵極、源極和漏極在同一級芯片上,其工作電流基本上是水平方向流動的。另一方面,Vmosfet則不同。從圖1可以看出它的兩大結構特點:(1)金屬柵采用V型槽結構;第二,它具有垂直導電性。由于漏極是從芯片背面引出的,所以ID不是沿著芯片水平流動,而是從自重摻雜N+區(源極S)開始,通過p溝道流入輕摻雜N-漂移區,垂直向下到達漏極D。當前方向如圖中箭頭所示。因為流通的截面積增加,大電流可以通過。因為柵極和芯片之間有二氧化硅絕緣層,所以還是屬于絕緣柵MOS場效應晶體管。
國內生產VMOS場效應管的主要廠家有877廠、天津第四半導體器件廠、杭州電子管廠等。典型產品有VN401、VN672、VMPT2等。
下面描述了檢測vmosfet的方法。
1.確定網格g。
將萬用表設在R×1k檔,分別測量三個引腳之間的電阻。如果發現一個管腳和它的兩個管腳的電阻都是無窮大,交換探針后還是無窮大,證明這個管腳是G極,因為它和另外兩個管腳絕緣。
2.確定源極S和漏極d。
從圖1可以看出,源極和漏極之間有一個PN結,所以可以根據PN結正反向電阻的不同來識別S極和D極。換筆測兩次電阻,阻值較低的(一般幾千歐姆到一萬歐姆)為正向電阻。此時黑色手寫筆為S極,紅色手寫筆接D極。
3.測量漏源導通電阻RDS(on)
將G-S極短路,選擇萬用表R×1檔,黑色唱針接S極,紅色唱針接D極。電阻應該在幾歐姆到十歐姆以上。
由于測試條件不同,測得的RDS(on)值高于手冊中給出的典型值。比如用500萬用表在R×1下測量一個IRFPC50 vmosfet,RDS(on)=3.2W,大于0.58W(典型值)。
4.檢查跨導
將萬用表放在R×1k(或R×100)位置,紅色表筆接S極,黑色表筆接D極,用螺絲刀接觸網格。指針要明顯偏轉,偏轉越大,管道的跨導越高。
注意事項:
(1) vmosfet也分為N溝道管和P溝道管,但大部分產品屬于N溝道管。對于P通道管,在測量過程中應交換探針的位置。
(2)少數vmosfet在G和S之間有保護二極管,因此本檢測方法中的第1項和第2項不再適用。
(3)目前市場上還有一種vmosfet功率模塊,用于交流電機調速器和逆變器。比如美國IR公司生產的IRFT001模塊,內部有三個N通道和P通道管,形成三相橋式結構。
(4)目前市場上的VNF系列(N溝道)產品為美國Supertex公司生產的超高頻功率場效應晶體管,工作頻率fp=120MHz,IDSM=1A,PDM=30W,共源極小信號低頻跨導gm=2000μS..適用于高速開關電路和廣播通信設備。
(5)使用vmosfet時,必須添加合適的散熱器。以VNF306為例,安裝140×140×4(mm)的散熱器后,管道的功率才能達到30W。
(6)多個晶體管并聯后,由于極間電容和分布電容的相應增大,放大器的高頻特性變差,反饋容易引起放大器的高頻寄生振蕩。所以并聯的復合管一般不超過四根,抗寄生振蕩電阻串聯在每根管的基極或柵極上。
一種檢測絕緣柵雙極晶體管(IGBT)的簡單方法
1.判斷極性
首先將萬用表設置在r×1kω檔。用萬用表測量時,如果一極和另一極之間的電阻為
無窮大,換了唱針后這個極點和其他兩個極點之間的電阻還是無窮大,所以判斷這個極點就是柵極(G)。用萬用表測量另外兩個電極。如果測得的電阻為無窮大,則更換唱針后測得的電阻較小。如果測得的電阻很小,則判斷紅色表筆接在集電器上(C);黑色手寫筆連接到發射器(E)。
2.判斷它是好是壞
將萬用表設在r×10kω,用黑色鐵筆連接IGBT的集電極(C ),用紅色鐵筆連接IGBT的發射極(E)。此時萬用表指針在零。用手指同時觸摸柵極(G)和集電器(C),則IGBT被觸發導通,萬用表指針向電阻較小的方向擺動并能站在某一位置。然后用手指同時觸摸柵極(G)和發射器(E),此時IGBT被阻斷,萬用表指針歸零。在這個時候,可以判斷IGBT是好的。
3.預防措施
任何指針式萬用表都可以用來檢測IGBT。注意判斷IGBT的好壞,一定要將萬用表設置在r×10kω。因為r×1kω以下的萬用表內部電池電壓太低,測試好壞時IGBT無法打開,無法判斷IGBT好壞。這種方法也可以用來檢測功率場效應晶體管(P-MOSFET)。變頻器、軟啟動器、PLC、人機界面、低壓電器、電氣自動化工程、恒壓供水設備、音樂噴泉控制系統、變頻器維修等。