【问答14】 如何检测控制器场效应晶体管？

场效应晶体管（FET）是电动车控制器中的一个重要的功率器件（见图2-39）。它是一种新型功率开关器件，开关时间为纳秒级，开关频率最高可达500kHz以上，比双极型功率管高1～2个数量级。电动车使用的场效应晶体管通常有结型场效应晶体管（JFET）、MOS场效应晶体管（MOSFET）和VMOS场效应晶体管（VMOSFET）三种形式。其检测方法如下：

图2-39 电动车控制器场效应晶体管

1.JFET的检测

使用MF47型万用表进行测量，将万用表拨至R×100Ω挡，将黑表笔接JFET的G极，红表笔接S极，给G、S极之间充电，此时万用表指针会有轻微偏转。再将万用表拨至R×1Ω挡，将黑表笔接D极，红表笔接S极，正常时，万用表指针的指示应为几欧，若阻值很大或为无穷大，则说明JFET已被击穿损坏。

若使用MF500型万用表测量，将万用表拨至R×10Ω或R×100Ω挡，将红、黑表笔接于JFET的S极与D极之间，正常时，其阻值应在100Ω～10kΩ之间。对调表笔后再测试，其阻值应不变，否则说明JFCT已损坏。

（1）判别电极

根据JFET的PN结正、反向电阻值不一样的现象，可以判别出JFET的三个电极。对于有4个引脚的JFET，另外一极是屏蔽极（使用中接地）。

①G极与沟道类型的判定方法如下：

方法一：将万用表置于R×1kΩ挡，任选两个电极，分别测出其正、反向电阻值。当某两个电极的正、反向电阻值相等，且为几千欧姆时，则这两个电极分别是D极和S极。因为对JFET而言，D极和S极可互换，故剩下的电极肯定是G极。

方法二：将万用表置于R×100Ω挡，用黑表笔（或红表笔）任意接触一个电极，另一只表笔依次去接触其余的两个电极，测其电阻值。当出现两次测得的电阻值近似相等，且为低阻值（几百欧至1000Ω）时，则说明所测的是JFET的正向电阻，此时黑表笔所接触的电极为G极，其余两电极分别为D极和S极，判定为N沟道JFET；若两次测出的电阻值均很大，则说明均为JEFT的反向电阻，黑表笔所接的也是G极，但被测JFET不是N沟道类型，而是P沟道类型；若不出现上述情况，可以调换黑、红表笔按上述方法进行测试，直到判别出G极为止。

图2-40 金属封装的JFET的引脚排列

②D极和S极的判定方法如下：

JFET的三个引脚一般是呈G、D、S排列的（商标面向上，引脚正对自己），金属封装的JFET的引脚排列则以管键为定位点，一般按逆时针G、D、S排列，如图2-40所示。实际使用，时应以测试为准。由于JFET的S极和D极在结构上具有对称性，所以一般可以互换使用，通常两个电极不必再进一步区分。在需要区分D、S极的场合下，也可以利用万用表测量两个电极之间的电阻值进行判定。具体方法如下：

将万用表置于R×10Ω挡，用红、黑表笔卡住要判断的D、S极上，分别测量极间的正、反向电阻值。当测得阻值为较大值时，用黑表笔与G极接触一下，然后再恢复原状。在此过程中，红、黑表笔应始终与原引脚相接触，此时万用表的读数会出现两种情况：若读数由大变小，则万用表黑表笔所接的引脚为D极，红表笔所接的引脚为S极；若万用表读数没有明显变化，仍为较大值，此时就应把黑表笔与引脚保持接触，然后移动红表笔与G极触碰一下，此时若阻值由大变小，则黑表笔所接的引脚为S极，红表笔所接的引脚为D极。

（2）检测放大能力

方法一：将万用表置于R×100Ω挡，红表笔接S极，黑表笔接D极，测出D、S极间的电阻值。然后用手捏住JFET的G极，将人体的感应电压信号加到G极上，由此可以观察到万用表的表针有较大幅度的摆动。无论表针摆动方向如何，只要表针摆动幅度较大，就说明JFET有较大的放大能力。如果手捏JFET的G极时，表针摆动较小，则说明JFET的放大能力较差；若表针根本不摆动，则说明JFET已经失去放大能力。要注意的是，每次测量完毕后，应将G-S极间短路一下。这是因为G-S结电容上会充有少量电荷，建立起V_GS电压，造成再次进行测量时表针可能不动，只有将G-S极间电荷短路放掉才行。检测JFET的放大能力如图2-41所示。

图2-41 检测JFET的放大能力

图2-42 检测JFET的放大能力

方法二：以N沟道JFET为例，将万用表置于直流10V挡，红、黑表笔分别接D、S极，如图2-42所示（图中，R1为4kΩ电阻；R2为10kΩ电阻；RP为1kΩ电位器；E_G和E_D分别为10V直流电源）。测试时，调节RP，同时观察万用表指示电压值的变化情况。对于一只有放大能力的JFET，当RP向上调时，万用表指示电压值升高；当RP向下调时，万用表指示电压值降低。在调节RP过程中，万用表指示的电压值变化越大，说明JFET的放大能力越强。如果在调节RP时，万用表指示变化不明显，则说明JFET放大能力很小；若万用表指示根本无变化，则说明JFET已经失去放大能力。

（3）测量夹断电压V_P

以测试N沟道JFET为例，测试方法是：将万用表置于R×10kΩ挡，黑表笔接电解电容正极，红表笔接其负极，对电容充电8～10s后脱开表笔。再将万用表拨至直流50V挡，迅速测出电解电容上的电压。然后将万用表拨回R×10kΩ挡，黑表笔接D极、红表笔接S极，此时指针应向右偏转。接着将已充好电的电解电容正极接S极，并用负极去接触G极，此时指针应向左回转，当指针退回至10～200kΩ时，电解电容上所充的电压值即为JFET的夹断电压V_P。测试中，如果电解电容上所充的电压太高，会使JFET完全夹断，万用表指针可能退回至无穷大。对于此类情况，可用直流电压10V挡将电解电容适当进行放电，直到使电解电容接至G极和S极后测出的电阻值在10～200kΩ范围内为止。测量JFET夹断电压V_P如图2-43所示。

图2-43 测量JFET夹断电压V_P

2.MOSFET的检测

使用MF500型万用表，测量MOSFET的S极与D极、G极与S极、G极与S极、G1极与G2极之间的电阻值来判断MOSFET的好坏。检测方法如下：

1）测量S极与D极之间的电阻值。将黑、红两表笔接在S极与D极之间，正常时，其阻值应为几十欧至几千欧之间固定不变，再将两表笔对调测量，其阻值也应不变，否则说明MOSFET已损坏。

2）将万用表两表笔分别接于S极与G1极之间，S极与G2之间，G1极与G2极之间。正常时，其阻值均应为无穷大，且对调表笔时阻值不变。若测得阻值很小或为通路，则说明MOSFET已损坏。

注意：若G1、G2两个极同时在管内断极，其阻值会测不出来，可采用代替法进行检测。

以上的判断方法只是大致的经验识别法，实际使用时应通过万用表检测进行判断。具体方法是：将数字万用表拨于晶体二极管挡，首先确定G极，若某脚与其他脚的电阻都是无穷大，表明此脚就是G极。交换表笔重新测量，S-D极之间的电阻值应为几百欧至几千欧，其中阻值较小的那一次，红表笔接的是D极，黑表笔接的是S极。日本生产的3SK系列产品，S极与管壳接通，据此很容易确定S极。判别MOSFET引脚如图2-44所示。

图2-44 判别MOSFET引脚

由于MOSFET容易被击穿，在测量之前，先把人体对地短路后，才能摸触MOSFET的引脚。焊接用的电烙铁也必须良好接地，最好在手腕上接一条导线与大地连通，使人体与大地保持等电位，再把引脚分开，然后拆掉导线。MOSFET每次测量完毕，G-S结电容上会充有少量电荷，建立起电压V_GS，再接着测量时表针可能不动，此时将G-S极间短路一下。

3.VMOSFET的检测

使用MF500型万用表，测量D极和S极的电阻值。测量时，将G极与S极短路，将万用表拨至R×1Ω挡，黑表笔接S极，红表笔接D极，正常时，其阻值应为几欧至十几欧，否则说明VMOSFET已损坏。

注意：VMOSFET的S极和D极是对称的，可以互换，但在更换时，需对其引脚的极性进行判别，方法如下：

（1）栅极G的判别

使用MF500型万用表，将万用表拨至R×1kΩ挡分别测量三个引脚之间的电阻值。因为G极与另两个引脚是绝缘的，所以若发现某引脚与另两个引脚的电阻均呈无穷大，并且在调换表笔后仍为无穷大，则可判断此脚为G极。

（2）S极、D极的判别

VMOSFET在S极与D极之间有一个PN结，可根据PN结正、反向电阻存在差异来判别是S极还是D极。测量时，将两表笔交换测量两次，其中电阻较小的一次为正向电阻，此时黑表笔所接的引脚为S极，红表笔所接的引脚为D极。

金封VMOSFET的引脚分别是G极、D极、S极和衬底，通常将衬底（又称衬极）与S极相连，所以，从VMOSFET的外形来看还是一个三端电路组件。其引脚的排序也是以管键为定位点，按顺时针方向依次为D、G、S，如图2-45所示。

图2-45 VMOSFET的引脚排序