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第六章半导体元件的识别与代换
课本、报刊杂志中的成语、名言警句等俯首皆是,但学生写作文运用到文章中的甚少,即使运用也很难做到恰如其分。
为什么?
还是没有彻底“记死”的缘故。
要解决这个问题,方法很简单,每天花3-5分钟左右的时间记一条成语、一则名言警句即可。
可以写在后黑板的“积累专栏”上每日一换,可以在每天课前的3分钟让学生轮流讲解,也可让学生个人搜集,每天往笔记本上抄写,教师定期检查等等。
这样,一年就可记300多条成语、300多则名言警句,日积月累,终究会成为一笔不小的财富。
这些成语典故“贮藏”在学生脑中,自然会出口成章,写作时便会随心所欲地“提取”出来,使文章增色添辉。
汽车电子控制单元中应用了大量电子元器件,对损坏的元件进行识别与代换是维修工作的一个重点,发现问题是前提,解决问题才是根本。
本章将对维修中经常遇到的一些半导体元件进行介绍,包括功率三极管、功率元件排、贴片三极管的识别与代换方法,供广大读者朋友参考。
宋以后,京师所设小学馆和武学堂中的教师称谓皆称之为“教谕”。
至元明清之县学一律循之不变。
明朝入选翰林院的进士之师称“教习”。
到清末,学堂兴起,各科教师仍沿用“教习”一称。
其实“教谕”在明清时还有学官一意,即主管县一级的教育生员。
而相应府和州掌管教育生员者则谓“教授”和“学正”。
“教授”“学正”和“教谕”的副手一律称“训导”。
于民间,特别是汉代以后,对于在“校”或“学”中传授经学者也称为“经师”。
在一些特定的讲学场合,比如书院、皇室,也称教师为“院长、西席、讲席”等。
第一节功率三极管
要练说,得练看。
看与说是统一的,看不准就难以说得好。
练看,就是训练幼儿的观察能力,扩大幼儿的认知范围,让幼儿在观察事物、观察生活、观察自然的活动中,积累词汇、理解词义、发展语言。
在运用观察法组织活动时,我着眼观察于观察对象的选择,着力于观察过程的指导,着重于幼儿观察能力和语言表达能力的提高。
一、功率三极管的常见封装形式
三极管可谓品种繁多,功能各异,在前面的章节中我们对三极管的结构原理及命名规则、基本检测方法进行了介绍,在此我们将对汽车控制单元中应用较多的功率三极管进行更进一步的讲解。
功率三极管的特点是工作电流大、工作温度高,工作于开关状态下的要承受反复的电流冲击,驱动感性负载的还要承受几倍于工作电压的反向电压,这些因素决定了功率三极管出现故障的几率要远高于工作在低电压、小电流环境下的IC。
因此熟悉功率三极管,掌握功率三极管的代换方法对于解决一些常见故障是很有用处的。
功率三极管分为金属壳封装和塑料封装两种。
在汽车电子控制单元中应用较多的是塑料封装的产品,因用途及要求不同而具有多种封装形式,见表6-1所示。
表6-2为日本Sanken公司部分功率三极管分类汇总表,这个表主要从VCEO和IC两个方面对三极管进行了分类,从表中可以直观的了解到这两个反映晶体管性能的主要参数,更详细的参数请参阅相关元件技术文档。
日本三肯公司功率晶体三极管分类汇总表表6-2
VCEC
(V)
集电极电流IC(A)
2
3
4
5
6
7
8
10
12
14
15
16
17
18
25
C3678
C4020
C4299
C4304
C4445
C4908
C3679
C4300
C3680
C4301
CC5002
C5003
C5124
600
C5249
C4706
550
C4517
C4517A
C5239
C4518
C4518A
C5287
C3927
C4557
500
C3830
C4907
C3831
400
C4073
C4418
C4662
C5130
C3832
C3890
C4130
C4546
C4138
C4296
C3833
C4297
C5071
C4139
C4298
C4434
C4140
380
D2141
300
C2023
C5333
250
D2019
230
A1294
C3263
A1259
C3264
200
A1668
C4382
D2019
C5271
D2557
D2558
A1386A
A1492
A1673
C3519A
C3856
C4388
A1216
C2922
180
A1859A
C4883A
A1386A
A1492
A1673
C3519A
C3856
C4388
A1216
C2922
160
A1215
A1386
C2921
C3519
150
A1667
A1859
C4381
C4883
B1559
B1587
D2389
D2438
A1186
B1560
B1588
C2837
D2390
D2439
B1570
D2401
A1303
A1860
C3284
C4886
B1647
B1649
D2560
D2562
B1648
D2561
140
A1695
A1909
C4468
C5101
120
D2019
D1769
D1785
D2045
C3834
C3835
C4153
A1694
A1908
C4467
C5100
B1259
D2081
B1382
B1420
D2082
B1383
D2083
110
B1624
B1625
B1626
B1659
D2493
D2494
D2495
D2589
100
B1258
80
C3852A
A1488A
C3851A
D2019
A1693
A1725
A1726
A1907
C4466
80
C4511
C4512
C5099
60
C3852
A1262
A1488
B1257
C3179
C3851
D1796
A1568
B1351
B1352
C4065
50
C4495
C4024
A1567
A1746
C4064
C4131
40
C5370
三、达林顿晶体三极管
达林顿管(DT)也称复合三极管。
它是将两只或多只三极管的集电极连接在一起,而将第一只三极管的发射极直接接到第二只三极管的基极,依次级连复合而成,并引出e、b、c三个电极。
图6-1中所示是由两只PNP或NPN型三极管构成的达林顿管的基本电路。
如果设达林顿管是由于N只三极管构成,而每只三极管的直流放大系数分别为hFE1、hFE2、hFE3……hFEN,则达林顿管总的放大系数约为各管放大系数的乘积,即
hFE≈hFE1×hFE2×hFE3×……×hFEN
所以,达林顿管的放大系数可以做得很高,hFE值可达几千甚至几十万倍。
在汽车电子电路中,达林顿管的典型应用是用于控制点火线圈,从早期的单纯的电子点火到现在的发动机集中控制,都可以看到达林顿管的身影。
表6-3给出一些常见达林顿三极管的主要参数。
四、功率三极管代换方法
功率三极管的代换有一定的方法,如果掌握了晶体管的置换(代换)原则,就能使工作更有成效。
其置换(代换)原则可划分为三种:
即类型相同、特性相近、外形相似。
部分达林顿三极管参数表表6-3
型号
Pc(W)
Vceo(V)
Ic(A)
hFE(min)
ƒT(MHZ)
封装形式
2SBl626
30
110
6
5000
100
FM20(T0220F)
2SD2495
60
2SBl659
50
100
MT-25(T0220)
2SD2589
60
2SBl624
60
100
MT-100(T03P)
2SD2493
60
2SBl625
60
100
FMl00(703PF)
2SD2494
60
2SBl587
75
150
8
65
2SD2438
80
2S1559
80
10
65
MT-100(703P)
2SB2389
80
2SBl588
80
15
50
FMl00(T03PF)
2SD2439
55
2SBl649
85
200
45
2SD2562
70
2SBl560
100
150
10
50
MT-100(703P)
2SD2390
55
2SBl647
130
15
45
2SD2560
70
2SBl570
150
150
12
50
MT-200(螺丝安装)
2SD2401
55
2SBl648
200
17
45
2SD2561
70
1.类型相同
(1)材料相同。
即锗管换锗管,硅管换硅管。
(2)极性相同。
即NPN型管换NPN型管,PNP型管换PNP型管。
(3)实际型号一样,标注方法不同,如:
D1555同2SDl555;3DG9014同9014;贴片管用代号来代表原型号等,稍后章节有介绍。
但也不排除同一型号因为生产厂家的不同,参数差别极大的情况。
2.特性相近
用于置换(代换)的晶体管应与原晶体管的特性要相近,它们的主要参数值及特性曲线应相差不多或优于原管,对于不同的电路,应有所偏重。
一般采说,只要下述主要参数相近,即可满足置换(代换)要求。
(1)集电极最大直流耗散功率(PCM)。
一般要求用户PCM与原管相等或较大的晶体管进行置换(代换)。
如果原晶体管在电路中实际直流耗散功率远小于其PCM,也可以用PCM较小的晶体管置换(代换)。
(2)集电极最大允许直流电流(ICM)。
一般要求用ICM与原管相等或较大的晶体管进行置换(代换)。
实际不同厂家关于/侧的规定有所不同,有时差别很大,我们要注意到厂家给出的测试条件。
常见的有以下几种:
①根据集电极引线允许通过的最大电流值确定ICM。
这个数值可能很大,例如,一只PCM=200mW的晶体管,其ICM可能会超过lA。
②根据PCM确定ICM,即PCM=ICM×UCE,确定ICM。
由于晶体管类型的不同,相同的户肋值的出的ICM值是不同的,例如PCM都是10W的普通晶体管2SC2209和开关管2SC2214,其ICM值却分别为1.5A和4A。
③晶体管参数(饱和压降、电流放大系数等)允许变化的极限值确定ICM。
例如3DDl03A晶体管的ICM是按其β值下降到实测值的1/3时确定的(ICM=3A)。
(3)击穿电压。
用于置换(代换)的晶体管,必须能够在实际电路中安全地承受最高工作电压。
晶体管的击穿电压参数主要有以下5个:
①BVCBD:
集电极—基极击穿电压。
它是指发射极开路,集电极电流Ic为规定值时,集电极—基极闻的电压降(该电压降称为对应的击穿电压,以下的相同)。
②BVCEO:
集电极—发射极击穿电压。
它是指基极开路,集电极电流Ic为规定值时,集电极—发射极的电压降。
③BVCE(sat):
集电极—发射极饱和压降。
集电极和发射极在规定的饱和条件下的压降。
④BVBE(sat):
基极—发射极饱和压降。
基极和发射极在规定的饱和条件下的压降。
⑤BVEBO:
集电极开路,发射极—基极的击穿电压。
在晶体管置换(代换)中,主要考虑BVCBO和BVCEO,对于开关晶体管还应考虑BVEBO。
一般来说,同一晶体管的BVCBO>BVCEO。
通常要求用于置换(代换)的晶体管,其上述三个击穿电压应不小于原晶体管对应的三个击穿电压。
(4)频率特性。
晶体管频率特性参数,常用的有以下4个:
①特征频率,ƒT:
它是指在测试频率足够高时,使晶体管共发射极电流放大系数β=1时的频率。
②β截止频率ƒβ在共发射极电路中,输出端交流短路时,电流放大系数夕值下降到低频(1kHz)β值70.7%(3dB)时的频率。
③α截止频率人:
在共基极电路中,输出端交流短路时,电流放大系数。
值下降到低频(1kHz)β值70.7%(3dB)时的频率。
④最高振荡频率ƒMAX当晶体管的功率增益为1时的工作频率。
在置换(代换)晶体管时,主要考虑ƒT与ƒβ。
通常要求用于置换的晶体管,其ƒT与ƒβ应不小于原晶体管对应的ƒT与ƒβ。
半导体管有高频管和低频管之分,晶体管ƒT低于3MHz为低频管,反之,为高频管。
(5)其它参数。
除以上主要参数外,对于一些特殊的晶体管,在置换(代换)时还要考虑其开关参数、是否是带有内置电阻等。
3.外形相似
小功率晶体管一般外形均相似,只要各个电极引出脚标志明确,且引出线排列顺序与待换管一致,即可进行更换。
大功率晶体管的外形差异较大,置换(代换)时应选择外形相似、安装尺寸相同的晶体管,以便安装和保持正常的散热条件。
如实在没有,也可以用塑封管代替铁封管。
第二节功率元件排
这里之所以这样称呼,是因为目前还没有一个很确切的名字,类似的产品在国内应用较少,但是在汽车控制单元,尤其是发动机电脑里面,这种产品有着广泛的应用。
这种元件与分立的三极管或MOS管相比,最显著的特点就是集成度高,可以大大减少功率元件所占用的空间,缩小电脑的尺寸。
再有,多个功率元件集成在一个芯片之中,一致性高,稳定性好。
一、日立4AK、4AJ系列MOSFET(金属氧化物场效应管)
日立的4AKl9MOSFET排全称为硅材料N沟道高速功率开关MOSFET,其主要特征如下:
·低于导通电阻
N沟道:
RDS(ON)≤0.5Ω,VGS=10V,ID=2.5A
RDS(ON)≤0.6Ω,VGS=4V,ID=2.5A
·4V栅极驱动器件
·高容积密度
4AKl9内部集成有四个功率MOS管,采用SP—10封装形式,见图6—2所示,引脚3、5、7、9为漏极;2、4、6、8为栅(门)极;1、10为源极,其电气特性见表6—4所示。
4AKl9主要技术参数(Ta=25℃)表6-4
项目
符号
额定
单位
漏极——源极电压
VDss
120
V
栅(门)极——源极电压
VGss
±20
V
漏极电流
ID
5
A
漏极峰值电流
ID(PULSE)
10
A
耗散功率
PCH
3.5
W
沟道温度
TCH
150
℃
储存温度
Tstg
-55~+150
℃
功率MOSFET与功率三极管相比,具有反应速度快,导通电阻低,驱动电流小等优点。
4AK系列有4AKl5、16、17、18、19、20…等多种型号,引线结构相同,区别在于额定电压与电流不同,导通电阻有所区别。
4AJ系列与4AK系列不同的是为P沟道高速功率开关MOSFET,采用SP—12封装,见图6—3所示。
二、NEC功率三极管排
(1)NEC功率三极管排μPA1436见图6-4所示。
(2)NEC功率MOS排μPAl501见图6—5所示。
第三节贴片三极管
贴片三极管在现代汽车电子产品中应用较多,因受面积影响,贴片三极管不能像普通三极管那样将型号印在元件表面,而是采用一种代号来表示管子的型号及一些附加信息,因此,对于代号的正确识别是很重要。
这里以极具有代表性的日本ROHM公司的产品及命名规则作以介绍。
一、贴片三极管封装形式
ROHM公司的贴片三极管主要封装形式见表6-5。
二、贴片三极管的识别方法
1.VMT3、EMT3、UMT3型三极管识别方法
一般采讲,这种形式的三极管采用两个或三个字母表示三极管的型号和hEF,在一些数码三极管上,采用两个数字来表示三极管的型号,分别见图6-6(a)、图6-6(b)。
在图(a)中,代码B和AF用来指示产品型号,代码R和Q用来指示三极管的hm区间,在图(b)中,代码14用以指示三极管的型号。
2.SMT3型三极管的识别方法
一般来讲,对于SMT3型封装的三极管,其产品型号及hFE区间多采用两个或三个字母来表示,在数码三极管上,采用两位数码来表示产品的型号。
此外,在SMT3封装的三极管上,采用激光刻印数字用来指示产品生产的时间(周),数字的方向可以识别出是单数(奇数)年还是双数(偶数)年生产的产品,见图6-7所示,从图中可以看到,数字26用来表示产品的型号,后面的35,用来表示产品生产的时间,表示第35周,前面的为奇数年生产,后一个为偶数年生产。
3.MPT3型三极管的识别方法
在MPT3型三极管上,产品型号、生产时间(月)和hFE用四个字母采表示,其中,生产时间用一个字母来表示,除了字母I和O。
见表6-6(此方法适用于其它型号三极管)。
生产月份表示方法表表6—6
生产月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
偶数年
A
B
C
D
E
F
G
H
J
K
L
L
奇数年
N
P
Q
R
S
T
U
V
W
X
Y
Z
在图6-8中,DA用来指示三极管的型号,R用来指示临区间,T用来指示生产的月份,从表6—6中可以查出,T对应为奇数年的六月份。
4.UMT5,UMT6,SMT5和SMTY型三极管的识别方法
UMT5,UMT6,SMT5和SMT6型三极管上的标识为产品型号除了前两个初始字母(UM或FM)之外的字母组成,一般由2个或3个字母组成,在SMT6型封装三极管上,采用类似SMT3的激光刻印的生产时间(周)。
三、ROHM贴片三极管的识别表(表6—7一表6-15)
EMT3型贴片三极管识别表表6—7
标识
型号
标识
型号
标识
型号
EMT3图中‘口’的位置在实际的三极管上将会被一hEF区间代码所替代
A□
2SC4618
29
DTCll5EE
04
DTC114TE
AC口
2SC4725
33
DTA143XE
05
DTC124TE
AD□
2SC4726
35
DTA124XE
06
DTC144TE
B□
2SC4617
43
DTCl43XE
E11
DTA113ZE
BV□
2SC5274
45
DTC124XE
E13
DTA143ZE
CA
2SA1885
52
DTA123YE
E42
DTC123JE
CB
2SC4997
54
DTA114YE
E23
DTC143ZE
F□
2SA1774
62
DTC123YE
E32
DTA123JE
KN
2SK3019
64
DTC114YE
K14
DTA114GE
12
DTA123EE
69
DTC115EE
K26
DTC144GE
13
DTA143EE
74
DTA114WE
2l
DTCll3Z3
14
DTA114EE
76
DTA144WE
15
DTA124EE
84
DTCll4WE
16
DTA144EE
86
DTCl44WE
19
DTA115EE
93
DTA143TE
22
DTCl23EE
94
DTA114TE
23
DTCl43EE
95
DTA124TE
24
DTCll4EE
96
DTA144TE
25
DTCl24EE
99
DTA115TE
26
DTCl44EE
03
DTCl43TE
EMT3型贴片三极管识别表表6—8
EMT3图中‘口’的位置在实际的三极管上将会被一hEF区间代码所替代
标识
型号
标识
型号
标识
型号
A□
2SC413K
62
DTCl23YKA
K19
DTA115GKA
AA□
2SDl757K
64
DTCll4YKA
K24
DTCll4GKA
AC□
2SC3837K
69
DTCll5EKA
K25
DTCl24GKA
AD□
2SC3838K
74
DTA114WKA
K26
DTCl44GKA
AF□
2SDl781K
76
DTA144WKA
K29
DTCll5GKA
AH□
2SB1197K
84
DTC114WKA
L14
DT8114GK
AJ口
2SDl782K
86
DTCl44WKA
L24
DTDll4GK
AK口
2SBll98K
91
DTA113TKA
Z2l
DTCll3ZKA
AN口
2SC4061K
93
DTA143TKA
R1A
MMST3904
B□
2SC2412K
94
DTA114TKA
R1G
MMSTA06
BB□
2SD2114K
95
DTA124TKA
RlK
MMST6428
BJ□
2SD2226K
96
DTA144TKA
RlM
MMSTA13
BK□
2SB1590K
99
DTA115TKA
R1N
MMSTA14
BM□
2SC4713K
9A
DTA125TKA
RlO
MMST5088
BS□
2SD2444K
E11
DTA113ZKA
RlP
MMST2222A
C□
2SC2411K
E13
DTA143ZKA
R2A
MMST3906
F□
2SA1037AK
E23
DTCl43ZKA
R2B
MMST2907
H□
2SA1036K
E32
DTA123JKA
R2F
MMST2907A
R□
2SA1514K
E42
DTCl23JKA
R2G
MMSTA56
KL
2SK2731
E56
DTA144VKA
R2K
MMST8598
R1M
2SD2142K
E66
DTCl44VKA
R20
MMST5087
T□
2SC3906K
F02
DTDl23TK
R2P
MMST5086
U□
2SB852K
F03