【問答14】 如何檢測控制器場效應晶體管？

場效應晶體管（FET）是電動車控制器中的一個重要的功率器件（見圖2-39）。它是一種新型功率開關器件，開關時間為納秒級，開關頻率最高可達500kHz以上，比雙極型功率管高1～2個數量級。電動車使用的場效應晶體管通常有結型場效應晶體管（JFET）、MOS場效應晶體管（MOSFET）和VMOS場效應晶體管（VMOSFET）三種形式。其檢測方法如下：

圖2-39 電動車控制器場效應晶體管

1.JFET的檢測

使用MF47型萬用表進行測量，將萬用表撥至R×100Ω擋，將黑表筆接JFET的G極，紅表筆接S極，給G、S極之間充電，此時萬用表指針會有輕微偏轉。再將萬用表撥至R×1Ω擋，將黑表筆接D極，紅表筆接S極，正常時，萬用表指針的指示應為幾歐，若阻值很大或為無窮大，則說明JFET已被擊穿損壞。

若使用MF500型萬用表測量，將萬用表撥至R×10Ω或R×100Ω擋，將紅、黑表筆接于JFET的S極與D極之間，正常時，其阻值應在100Ω～10kΩ之間。對調表筆后再測試，其阻值應不變，否則說明JFCT已損壞。

（1）判別電極

根據JFET的PN結正、反向電阻值不一樣的現象，可以判別出JFET的三個電極。對于有4個引腳的JFET，另外一極是屏蔽極（使用中接地）。

①G極與溝道類型的判定方法如下：

方法一：將萬用表置于R×1kΩ擋，任選兩個電極，分別測出其正、反向電阻值。當某兩個電極的正、反向電阻值相等，且為幾千歐姆時，則這兩個電極分別是D極和S極。因為對JFET而言，D極和S極可互換，故剩下的電極肯定是G極。

方法二：將萬用表置于R×100Ω擋，用黑表筆（或紅表筆）任意接觸一個電極，另一只表筆依次去接觸其余的兩個電極，測其電阻值。當出現兩次測得的電阻值近似相等，且為低阻值（幾百歐至1000Ω）時，則說明所測的是JFET的正向電阻，此時黑表筆所接觸的電極為G極，其余兩電極分別為D極和S極，判定為N溝道JFET；若兩次測出的電阻值均很大，則說明均為JEFT的反向電阻，黑表筆所接的也是G極，但被測JFET不是N溝道類型，而是P溝道類型；若不出現上述情況，可以調換黑、紅表筆按上述方法進行測試，直到判別出G極為止。

圖2-40 金屬封裝的JFET的引腳排列

②D極和S極的判定方法如下：

JFET的三個引腳一般是呈G、D、S排列的（商標面向上，引腳正對自己），金屬封裝的JFET的引腳排列則以管鍵為定位點，一般按逆時針G、D、S排列，如圖2-40所示。實際使用，時應以測試為準。由于JFET的S極和D極在結構上具有對稱性，所以一般可以互換使用，通常兩個電極不必再進一步區分。在需要區分D、S極的場合下，也可以利用萬用表測量兩個電極之間的電阻值進行判定。具體方法如下：

將萬用表置于R×10Ω擋，用紅、黑表筆卡住要判斷的D、S極上，分別測量極間的正、反向電阻值。當測得阻值為較大值時，用黑表筆與G極接觸一下，然后再恢復原狀。在此過程中，紅、黑表筆應始終與原引腳相接觸，此時萬用表的讀數會出現兩種情況：若讀數由大變小，則萬用表黑表筆所接的引腳為D極，紅表筆所接的引腳為S極；若萬用表讀數沒有明顯變化，仍為較大值，此時就應把黑表筆與引腳保持接觸，然后移動紅表筆與G極觸碰一下，此時若阻值由大變小，則黑表筆所接的引腳為S極，紅表筆所接的引腳為D極。

（2）檢測放大能力

方法一：將萬用表置于R×100Ω擋，紅表筆接S極，黑表筆接D極，測出D、S極間的電阻值。然后用手捏住JFET的G極，將人體的感應電壓信號加到G極上，由此可以觀察到萬用表的表針有較大幅度的擺動。無論表針擺動方向如何，只要表針擺動幅度較大，就說明JFET有較大的放大能力。如果手捏JFET的G極時，表針擺動較小，則說明JFET的放大能力較差；若表針根本不擺動，則說明JFET已經失去放大能力。要注意的是，每次測量完畢后，應將G-S極間短路一下。這是因為G-S結電容上會充有少量電荷，建立起V_GS電壓，造成再次進行測量時表針可能不動，只有將G-S極間電荷短路放掉才行。檢測JFET的放大能力如圖2-41所示。

圖2-41 檢測JFET的放大能力

圖2-42 檢測JFET的放大能力

方法二：以N溝道JFET為例，將萬用表置于直流10V擋，紅、黑表筆分別接D、S極，如圖2-42所示（圖中，R1為4kΩ電阻；R2為10kΩ電阻；RP為1kΩ電位器；E_G和E_D分別為10V直流電源）。測試時，調節RP，同時觀察萬用表指示電壓值的變化情況。對于一只有放大能力的JFET，當RP向上調時，萬用表指示電壓值升高；當RP向下調時，萬用表指示電壓值降低。在調節RP過程中，萬用表指示的電壓值變化越大，說明JFET的放大能力越強。如果在調節RP時，萬用表指示變化不明顯，則說明JFET放大能力很小；若萬用表指示根本無變化，則說明JFET已經失去放大能力。

（3）測量夾斷電壓V_P

以測試N溝道JFET為例，測試方法是：將萬用表置于R×10kΩ擋，黑表筆接電解電容正極，紅表筆接其負極，對電容充電8～10s后脫開表筆。再將萬用表撥至直流50V擋，迅速測出電解電容上的電壓。然后將萬用表撥回R×10kΩ擋，黑表筆接D極、紅表筆接S極，此時指針應向右偏轉。接著將已充好電的電解電容正極接S極，并用負極去接觸G極，此時指針應向左回轉，當指針退回至10～200kΩ時，電解電容上所充的電壓值即為JFET的夾斷電壓V_P。測試中，如果電解電容上所充的電壓太高，會使JFET完全夾斷，萬用表指針可能退回至無窮大。對于此類情況，可用直流電壓10V擋將電解電容適當進行放電，直到使電解電容接至G極和S極后測出的電阻值在10～200kΩ范圍內為止。測量JFET夾斷電壓V_P如圖2-43所示。

圖2-43 測量JFET夾斷電壓V_P

2.MOSFET的檢測

使用MF500型萬用表，測量MOSFET的S極與D極、G極與S極、G極與S極、G1極與G2極之間的電阻值來判斷MOSFET的好壞。檢測方法如下：

1）測量S極與D極之間的電阻值。將黑、紅兩表筆接在S極與D極之間，正常時，其阻值應為幾十歐至幾千歐之間固定不變，再將兩表筆對調測量，其阻值也應不變，否則說明MOSFET已損壞。

2）將萬用表兩表筆分別接于S極與G1極之間，S極與G2之間，G1極與G2極之間。正常時，其阻值均應為無窮大，且對調表筆時阻值不變。若測得阻值很小或為通路，則說明MOSFET已損壞。

注意：若G1、G2兩個極同時在管內斷極，其阻值會測不出來，可采用代替法進行檢測。

以上的判斷方法只是大致的經驗識別法，實際使用時應通過萬用表檢測進行判斷。具體方法是：將數字萬用表撥于晶體二極管擋，首先確定G極，若某腳與其他腳的電阻都是無窮大，表明此腳就是G極。交換表筆重新測量，S-D極之間的電阻值應為幾百歐至幾千歐，其中阻值較小的那一次，紅表筆接的是D極，黑表筆接的是S極。日本生產的3SK系列產品，S極與管殼接通，據此很容易確定S極。判別MOSFET引腳如圖2-44所示。

圖2-44 判別MOSFET引腳

由于MOSFET容易被擊穿，在測量之前，先把人體對地短路后，才能摸觸MOSFET的引腳。焊接用的電烙鐵也必須良好接地，最好在手腕上接一條導線與大地連通，使人體與大地保持等電位，再把引腳分開，然后拆掉導線。MOSFET每次測量完畢，G-S結電容上會充有少量電荷，建立起電壓V_GS，再接著測量時表針可能不動，此時將G-S極間短路一下。

3.VMOSFET的檢測

使用MF500型萬用表，測量D極和S極的電阻值。測量時，將G極與S極短路，將萬用表撥至R×1Ω擋，黑表筆接S極，紅表筆接D極，正常時，其阻值應為幾歐至十幾歐，否則說明VMOSFET已損壞。

注意：VMOSFET的S極和D極是對稱的，可以互換，但在更換時，需對其引腳的極性進行判別，方法如下：

（1）柵極G的判別

使用MF500型萬用表，將萬用表撥至R×1kΩ擋分別測量三個引腳之間的電阻值。因為G極與另兩個引腳是絕緣的，所以若發現某引腳與另兩個引腳的電阻均呈無窮大，并且在調換表筆后仍為無窮大，則可判斷此腳為G極。

（2）S極、D極的判別

VMOSFET在S極與D極之間有一個PN結，可根據PN結正、反向電阻存在差異來判別是S極還是D極。測量時，將兩表筆交換測量兩次，其中電阻較小的一次為正向電阻，此時黑表筆所接的引腳為S極，紅表筆所接的引腳為D極。

金封VMOSFET的引腳分別是G極、D極、S極和襯底，通常將襯底（又稱襯極）與S極相連，所以，從VMOSFET的外形來看還是一個三端電路組件。其引腳的排序也是以管鍵為定位點，按順時針方向依次為D、G、S，如圖2-45所示。

圖2-45 VMOSFET的引腳排序