三極體是最複雜的電子元器件嗎（電子元器件系列知識）

2023-05-14 05:06:56

眾所周知，傳統的MOS場效應管的柵極、源極和漏極大大致處於同一水平面的晶片上，其工作電流基本上是沿水平方向流動。VMOS管則不同，從圖1上可以看出其兩大結構特點：第一，金屬柵極採用V型槽結構；第二，具有垂直導電性。由於漏極是從晶片的背面引出，所以ID不是沿晶片水平流動，而是自重摻雜N 區（源極S）出發，經過P溝道流入輕摻雜N-漂移區，最後垂直向下到達漏極D。電流方向如圖中箭頭所示，因為流通截面積增大，所以能通過大電流。由於在柵極與晶片之間有二氧化矽絕緣層，因此它仍屬於絕緣柵型MOS場效應管。

國內生產VMOS場效應管的典型產品有VN401、VN672、VMPT2等。其中，IRFPC50的外型如圖所示。

1.判定柵極G

將萬用表撥至R×1k檔分別測量三個管腳之間的電阻。若發現某腳與其字兩腳的電阻均呈無窮大，並且交換表筆後仍為無窮大，則證明此腳為G極，因為它和另外兩個管腳是絕緣的。

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，此時黑表筆的是S極，紅表筆接D極。

3.測量漏-源通態電阻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，阻值應為幾歐至十幾歐。

由於測試條件不同，測出的RDS（on）值比手冊中給出的典型值要高一些。例如用500型萬用表R×1檔實測一隻IRFPC50型VMOS管，RDS（on）=3.2W，大於0.58W（典型值）。

4.檢查跨導

將萬用表置於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，錶針應有明顯偏轉，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，但絕大多數產品屬於N溝道管。對於P溝道管，測量時應交換表筆的位置。

（2）有少數VMOS管在G-S之間並有保護二極體，本檢測方法中的1、2項不再適用。

（3）目前市場上還有一種VMOS管功率模塊，專供交流電機調速器、逆變器使用。例如美國IR公司生產的IRFT001型模塊，內部有N溝道、P溝道管各三隻，構成三相橋式結構。

（4）現在市售VNF系列（N溝道）產品，是美國Supertex公司生產的超高頻功率場效應管，其最高工作頻率fp=120MHz，IDSM=1A，PDM=30W，共源小信號低頻跨導gm=2000μS。適用於高速開關電路和廣播、通信設備中。

（5）使用VMOS管時必須加合適的散熱器後。以VNF306為例，該管子加裝140×140×4（mm）的散熱器後，最大功率才能達到30W

場效應電晶體（FET）簡稱場效應管，它屬於電壓控制型半導體器件，具有輸入電阻高（108～109Ω）、噪聲小、功耗低、沒有二次擊穿現象、安全工作區域寬等優點，現已成為雙極型電晶體和功率電晶體的強大競爭者。

場效應管分結型、絕緣柵型兩大類。結型場效應管（JFET）因有兩個PN結而得名，絕緣柵型場效應管（JGFET）則因柵極與其它電極完全絕緣而得名。目前在絕緣柵型場效應管中，應用最為廣泛的是MOS場效應管，簡稱MOS管（即金屬-氧化物-半導體場效應管MOSFET）；此外還有PMOS、NMOS和VMOS功率場效應管，以及最近剛問世的πMOS場效應管、VMOS功率模塊等。

按溝道半導體材料的不同，結型和絕緣柵型各分溝道和P溝道兩種。若按導電方式來劃分，場效應管又可分成耗盡型與增強型。結型場效應管均為耗盡型，絕緣柵型場效應管既有耗盡型的，也有增強型的。

場效應電晶體可分為結場效應電晶體和MOS場效應電晶體。而MOS場效應電晶體又分為N溝耗盡型和增強型；P溝耗盡型和增強型四大類。見附圖1。

MOS場效應電晶體在使用時應注意分類，不能隨意互換。MOS場效應電晶體由於輸入阻抗高（包括MOS集成電路）極易被靜電擊穿，使用時應注意以下規則：

1. MOS器件出廠時通常裝在黑色的導電泡沫塑膠袋中，切勿自行隨便拿個塑膠袋裝。也可用細銅線把各個引腳連接在一起，或用錫紙包裝

2.取出的MOS器件不能在塑料板上滑動，應用金屬盤來盛放待用器件。

3. 焊接用的電烙鐵必須良好接地。

4. 在焊接前應把電路板的電源線與地線短接，再MOS器件焊接完成後在分開。

5. MOS器件各引腳的焊接順序是漏極、源極、柵極。拆機時順序相反。

6.電路板在裝機之前，要用接地的線夾子去碰一下機器的各接線端子，再把電路板接上去。

7. MOS場效應電晶體的柵極在允許條件下，最好接入保護二極體。在檢修電路時應注意查證原有的保護二極體是否損壞。

下面以常用的3DJ型N溝道結型場效應管為例解釋其測試方法：

3DJ型結型場效應管可看作一隻NPN型的晶體三極體，柵極G對應基極b，漏極D對應集電極c，源極S對應發射極e。所以只要像測量晶體三極體那樣測PN結的正、反向電阻既可。把萬用表撥在R*100擋用黑表筆接場效應管其中一個電極，紅表筆分別接另外兩極，當出現兩次低電阻時，黑表筆接的就是場效應管的柵極。紅表筆接的就是漏極或源極。對結型場效應管而言，漏極和源極可以互換。對於有4個管腳的結型場效應管，另外一極是屏蔽極（使用中接地）。

目前常用的結型場效應管和MOS型絕緣柵場效應管的管腳順序如圖2所示。

矽管和鍺管在特性上有很大不同，使用時應加以區別。我們知道，矽管和鍺管的PN結正向電阻是不一樣的，即矽管的正向電阻大，鍺管的小。利用這一特性就可以用萬用表來判別一隻電晶體是矽管還是鍺管。

將萬用表撥到R*100擋或R*1K擋。測量二極體時，萬用表的正端接二極體的負極，負端接二極體的正極；測量NPN型的三極體時，萬用表的負端接基極，正端接集電極或發射極；測量PNP型的三極體時，萬用表的正端接基極，負端接集電極或發射極。

按上述方法接好後，如果萬用表的錶針指示在錶盤的右端或靠近滿刻度的位置上（即阻值較小），那麼所測的管子是鍺管；如果萬用表的錶針在錶盤的中間或偏右一點的位置上（即阻值較大），那麼所測的管子是矽管。

三極體的管型及管腳的判別是電子技術初學者的一項基本功，為了幫助讀者迅速掌握測判方法，筆者總結出四句口訣：「三顛倒，找基極；PN結，定管型；順箭頭，偏轉大；測不準，動嘴巴。」下面讓我們逐句進行解釋吧。

一、 三顛倒，找基極

大家知道，三極體是含有兩個PN結的半導體器件。根據兩個PN結連接方式不同，可以分為NPN型和PNP型兩種不同導電類型的三極體，圖1是它們的電路符號和等效電路。

測試三極體要使用萬用電錶的歐姆擋，並選擇R×100或R×1k擋位。圖2繪出了萬用電錶歐姆擋的等效電路。由圖可見，紅表筆所連接的是表內電池的負極，黑表筆則連接著表內電池的正極。

假定我們並不知道被測三極體是NPN型還是PNP型，也分不清各管腳是什麼電極。測試的第一步是判斷哪個管腳是基極。這時，我們任取兩個電極（如這兩個電極為1、2），用萬用電錶兩支表筆顛倒測量它的正、反向電阻，觀察錶針的偏轉角度；接著，再取1、3兩個電極和2、3兩個電極，分別顛倒測量它們的正、反向電阻，觀察錶針的偏轉角度。在這三次顛倒測量中，必然有兩次測量結果相近：即顛倒測量中錶針一次偏轉大，一次偏轉小；剩下一次必然是顛倒測量前後指針偏轉角度都很小，這一次未測的那隻管腳就是我們要尋找的基極（參看圖1、圖2不難理解它的道理）。

二、 PN結，定管型

找出三極體的基極後，我們就可以根據基極與另外兩個電極之間PN結的方向來確定管子的導電類型（圖1）。將萬用表的黑表筆接觸基極，紅表筆接觸另外兩個電極中的任一電極，若表頭指針偏轉角度很大，則說明被測三極體為NPN型管；若表頭指針偏轉角度很小，則被測管即為PNP型。

三、 順箭頭，偏轉大

找出了基極b，另外兩個電極哪個是集電極c，哪個是發射極e呢？這時我們可以用測穿透電流ICEO的方法確定集電極c和發射極e。

（1） 對於NPN型三極體，穿透電流的測量電路如圖3所示。根據這個原理，用萬用電錶的黑、紅表筆顛倒測量兩極間的正、反向電阻Rce和Rec，雖然兩次測量中萬用表指針偏轉角度都很小，但仔細觀察，總會有一次偏轉角度稍大，此時電流的流向一定是：黑表筆→c極→b極→e極→紅表筆，電流流向正好與三極體符號中的箭頭方向一致（「順箭頭」），所以此時黑表筆所接的一定是集電極c，紅表筆所接的一定是發射極e。

（2） 對於PNP型的三極體，道理也類似於NPN型，其電流流向一定是：黑表筆→e極→b極→c極→紅表筆，其電流流向也與三極體符號中的箭頭方向一致，所以此時黑表筆所接的一定是發射極e，紅表筆所接的一定是集電極c。

四、 測不出，動嘴巴

若在「順箭頭，偏轉大」的測量過程中，若由於顛倒前後的兩次測量指針偏轉均太小難以區分時，就要「動嘴巴」了。具體方法是：在「順箭頭，偏轉大」的兩次測量中，用兩隻手分別捏住兩表筆與管腳的結合部，用嘴巴含住（或用舌頭抵住）基電極b，仍用「順箭頭，偏轉大」的判別方法即可區分開集電極c與發射極e。其中人體起到直流偏置電阻的作用，目的是使效果更加明顯。

高頻管和低頻管因其特性和用途不同而一般不能互相代用。

這裡介紹如何用萬用表來快速判別它高頻管與低頻管。判別方法為：

首先用萬用表測量三極體發射極的反向電阻，如果是測量PNP型管，萬用表的負端接基極，正端接發射極；如果是測量NPN型管，萬用表的正端接基極，負端接發射極。然後用萬用表的R*1KΩ擋測量，此時萬用表的錶針指示的阻值應當很大，一般不超過滿刻度值的1/10。再將萬用錶轉換到R*10KΩ擋，如果錶針指示的阻值變化很大，超過滿刻度值的1/3，則此管為高頻管；反之，如果萬用錶轉換到R*10KΩ擋後，錶針指示的阻值變化不大，不超過滿刻度值的1/3，則所測的管子為低頻管。

先用MF10型萬用表R*100KΩ擋（內置有15V電池），把負表筆（黑）接柵極（G），正表筆（紅）接源極（S）。給柵、源極之間充電，此時萬用表指針有輕微偏轉。再該用萬用表R*1Ω擋，將負表筆接漏極（D），正表筆接源極（S），萬用表指示值若為幾歐姆，則說明場效應管是好的。

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