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  • 場效應(yīng)管知識-場效應(yīng)管的導(dǎo)通電阻介紹
    • 發(fā)布時間:2020-10-23 17:46:36
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    場效應(yīng)管知識-場效應(yīng)管的導(dǎo)通電阻介紹
    由于CRT彩電很少用到場效應(yīng)管,尤其是體積較小的貼片場效應(yīng)管,因此部分工作者在初次檢修液晶電視時,對貼片場效應(yīng)管能控制數(shù)安培的電流有點不可理解,下面就談?wù)剬鲂?yīng)管導(dǎo)通電阻的認(rèn)識。
    場效應(yīng)管的導(dǎo)通電阻
    半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展,使場效應(yīng)管的性能大幅度提高,其中最重要的是導(dǎo)通電阻達(dá)到毫歐數(shù)量級(1Ω=1000mΩ,一根直徑,長度為25cm的銅線,電阻約為22mΩ)。場效應(yīng)管的導(dǎo)通電阻是指在G、S極間加上一個偏壓(N溝道為G+、S-、P溝道為G-、S+),場效應(yīng)管導(dǎo)通時,D、S極間的電阻值。
    導(dǎo)通電阻這個參數(shù)在低壓大電流場合尤其重要,甚至比耐壓和電流指標(biāo)還重要,所以尼克森公司的貼片低壓場效應(yīng)管就直接用導(dǎo)通電阻的數(shù)值來作產(chǎn)品型號,如“P2804”就是指該型場效應(yīng)管的導(dǎo)通電阻為28mΩ,耐壓為40V。同理,“P4404”就是指導(dǎo)通電阻為44mΩ,耐壓為40V。
    當(dāng)場效應(yīng)管導(dǎo)通時,通過D、S極的電流會在導(dǎo)通電阻上產(chǎn)生壓降,根據(jù)焦耳定律可知:損耗在場效應(yīng)管上的功率和導(dǎo)通電阻成正比,當(dāng)導(dǎo)通電阻為1Ω時,通過5A電流,就有25W功耗,對于T0-220封裝的管子,就需配上大于25cm×25cm的散熱片,這樣才能長期工作;當(dāng)導(dǎo)通電阻為Ω(50mΩ)時,功耗小至,此時不用外加散熱片,利用線路板上面積較大的銅箔散熱,就能穩(wěn)定長期工作。
    現(xiàn)在部分貼片場效應(yīng)管導(dǎo)通電阻已低至20mΩ,此時不用散熱片也可以正常工作。有人說液晶電視中電源控制場效應(yīng)管導(dǎo)通后,D、S極間沒有電壓,對此感到迷惑。實際上,DS極間有很小的電壓,只不過非常小而已,如電流為1A,導(dǎo)通電阻為30MΩ,電壓降就是。
    不同結(jié)構(gòu)的場效應(yīng)管導(dǎo)通電阻差別很大,在通常情況下,耐壓越高,導(dǎo)通電阻就越大,如液晶電視背光板常用的N溝道+P溝道組合管P2504,耐壓40V,電流18A,導(dǎo)通電阻25mΩ;用于CRT彩電電源管2SK2645,耐壓600V,電流9A,功率50W,導(dǎo)通電阻Ω; 2SK2647,耐壓800V , 4從40W,導(dǎo)通電阻4Ω。
    P溝道管比同規(guī)格N溝道管的導(dǎo)通電阻要大1倍左右,電流也小一些,所以開關(guān)電源都用N溝道管,但直流低電壓控制管大多用P溝道管,因為P溝道管的S極接電源輸入端,只要電源電壓在5V左右,G極就可以直接由CPU控制,CPU輸出低電平就可以使P溝道管導(dǎo)通,而N溝道管G極電壓要高于輸出電壓5V~10V才能導(dǎo)通,那么CPU輸出要經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換才能控制N溝道管,電路較復(fù)雜。
    當(dāng)場效應(yīng)管工作于高頻開關(guān)狀態(tài)時,如用于開關(guān)電源、逆變器中時,由于高速開啟和關(guān)閉都需要時間,都會產(chǎn)生功耗(頻率越高,開/關(guān)功耗越大),因此導(dǎo)通電阻不是產(chǎn)生功耗的唯一來源,上述計算功耗的方法并不適用于此。隨著制造工藝的發(fā)展,場效應(yīng)管可以適應(yīng)的頻率越來越高,開關(guān)電源的電感、電容體積也越來越小。
    在液晶電視主板上,有好幾個體積微小的DC-DC變換器,工作頻率達(dá)數(shù)百千赫茲,輸出電流可達(dá)數(shù)安培,效率可達(dá)90%,甚至更高。
    場效應(yīng)管G、S極所加偏置電壓的大小也會影響導(dǎo)通電阻阻值,一般標(biāo)稱值是在偏置電壓為10V時的阻值。當(dāng)偏置電壓為3V時,導(dǎo)通電阻要比標(biāo)稱值大1倍;當(dāng)偏置電壓介于導(dǎo)通和截止的臨界點電壓時,管子就處于放大狀態(tài)。
    從理論上說,場效應(yīng)管工作原理和電子管相似,均是電壓控制型器件,G極輸入阻抗極高,激勵信號只需要電壓不需要電流,也就是無需驅(qū)動功率,所以液晶電視中作為低壓直流電源控制的場效應(yīng)管可以直接由CPU控制,數(shù)十微安電流就可以控制數(shù)安培的電流,如圖1所示。
    場效應(yīng)管的導(dǎo)通電阻
    須注意的是,場效應(yīng)管和電子管不一樣,場效應(yīng)管G,S極間有一只數(shù)百皮法的電容(功率較大的,此電容容量可能為數(shù)千皮法)。在上述直流開/關(guān)控制電路中,這只電容對電路影響不大,但在工作頻率很高的開關(guān)電源中,這只電容會讓G極產(chǎn)生很大的充放電電流,如果激勵功率不夠,就會使充電時間拉長,也就是場效應(yīng)管導(dǎo)通的過程變長;
    關(guān)斷時,這一電容如放電緩慢,也會延遲關(guān)斷,從而引起功耗大幅增加,其結(jié)果是極易導(dǎo)致管子燒壞。所以當(dāng)把場效應(yīng)管用在功率較大、頻率較高的電路中時,要設(shè)有功率激勵電路,通常由NPN和PNP型三極管組合成推挽電路,以驅(qū)動場效應(yīng)管。如果激勵電路有問題,會引起場效應(yīng)管功耗大增甚至燒壞。
    另外,液晶面板對場效應(yīng)管的導(dǎo)通和關(guān)斷時間要求越快越好。如時間過長,就會出現(xiàn)明顯的拖尾現(xiàn)象。所以邏輯板上的VGH(導(dǎo)通電壓)值較高,一般大于15V;為了加速關(guān)斷,還要加上一個-6V左右的負(fù)電壓VGL。
    溫度上升也會使導(dǎo)通電阻增加,此特性要求場效應(yīng)管在溫度較高時降額使用。在實際使用中,場效應(yīng)管可以直接并聯(lián)應(yīng)用,當(dāng)并聯(lián)中的某一個管子溫度高于其他管子時,這只管子的導(dǎo)通電阻就會較大,從而使流過它的電流下降,即可以自動平衡電流,從而大大提高其可靠性。對于普通雙極型三極管而言,溫度越高,導(dǎo)通電阻越小,流過的電流越大,這樣會形成惡性循環(huán),最后燒壞管子。
    當(dāng)場效應(yīng)管處于放大狀態(tài)時(如用于音響功放中),在輸出相同功率的情況下,工作電壓越高,通過D、S極間的電流就越小,導(dǎo)通電阻的功耗在整個功耗中所占比例也就越小,此時主要功耗等于加在D、S極間的電壓與通過的電流的積。在這種狀態(tài)下,管子能承受的功耗和管子的最大功率和溫升有關(guān),有時要安裝巨大的散熱片才能正常工作,效率很低。
    在實際的液晶彩電維修中,筆者認(rèn)為檢修或更換場效應(yīng)管及相關(guān)電路時,應(yīng)注意以下幾點:
    1.代換場效應(yīng)管時須注意導(dǎo)通電阻這一參數(shù),且耐壓值并非全是越高越好。并聯(lián)的場效應(yīng)管參數(shù)要基本一致,最好換用同廠家同型號的。
    2.如工作一會管子溫升過高,甚至燒壞管子,在排除負(fù)載問題后要檢查激勵電路,并注意這些場效應(yīng)管的導(dǎo)通電阻值,不能相差太大。
    3.安裝貼片場效應(yīng)管時,要緊貼線路板,有散熱片的要和銅箔可靠焊接,連通的引腳最好用焊錫連成一體,以利散熱。
    4.在高頻率工作的開關(guān)電源中,次級整流二極管須用肖特基二極管(導(dǎo)通電阻很小,工作頻率很高,但耐壓不高),濾波電容須用高品質(zhì)電容。如用一般的高頻二極管和電解電容代替,會大大增加元件自身功耗,甚至燒壞元件,或根本不能工作。
    5.場效應(yīng)管導(dǎo)通電阻的測量可按圖2所示方法測量,電壓表要用數(shù)字表低擋位,表筆要接管子引腳,以避免引線誤差。若電壓表讀數(shù)為,則表明此管導(dǎo)通電阻為100mn。測P溝道場效應(yīng)管時,交換電源正負(fù)極即可。圖中電源電壓VCC為10V~20V,但要求用穩(wěn)壓電源,輸出電流應(yīng)大于1A;R1阻值為10Ω~20Ω(使流過D、S極間電流約為1A)。
    場效應(yīng)管的導(dǎo)通電阻
    注意:短時間測量時,不必給場效應(yīng)管加散熱片。另外,若要求測試電路更簡單,則可不安裝47kΩ,并把1kΩ電阻用導(dǎo)線代替。
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