半导体设备维修心得体会2

设备维修心得体会 设备维修工作是一项技术性很强的工作，今天叫我谈谈维修工作的一些经验、技巧，我也谈不 出什么东西，只是谈谈我在设备维修工作中一些心得体会，和大家进行交流，仅供大家参考，有 错误的地方请大家指出。我所讲的这些，只是起一个抛砖引玉作用，希望大家能将平时在设备维 修工作中积累的好经验、好方法展现给大家，相互交流、相互学习，共同提高。 今天的介绍分为（一）设备维修人员基本要求（二）设备维修基本方法（三）几种常用器件好 坏判别（四）如何读图，基本电路分析（五）几个维修实例 5 个部分。 一.设备维修人员基本要求 设备维修是技术性很强的一项工作，现在不少大学设有设备维修专业。专门对大学生传授设 备维修方面的专门知识，研究设备维修新方法、新思路、新设备。 我们公司的大部分设备是日本、美国等外国生产的设备，一般是上世纪 80 年代后的产品，大 多采用了微机控制、可编程控制器、机电一体化、高真空、高能粒子磁控等等技术，技术相当复 杂。这就要求维修人员要有相当的微机、机电一体化、光学、真空的获得和测量、高能粒子等等 基础知识。 设备维修是一项枯燥的工作，又是艰苦工作。每天就是给故障设备治病，有时面对故障，束 手无策。甚至很长时间找不到故障的确切原因。这就需要设备维修人员要有敬业精神，爱岗敬业， 坚忍不拔，孜孜不倦，刻苦探索。 设备维修是一门不断发展、不断更新的应用技术。设备维修技术是由二部分组成：基础理论 和实践经验的积累融合。基础理论知识固然重要，如何灵活应用基础知识正确分析错综复杂故障 现象，如何能迅速准确判断故障原因，这就要求我们在维修工作中不断总结，不断提高。要将现 场维修经过自己加工提升，变成自己的经验积累。同时，由于科学技术的飞速发展，各种新工艺、 新器件、新材料、新技术不断涌现，这就要求我们不断学习，不断充电，用新知识、新技术不断 充实自己，刷新自己。 设备出现的故障各式各样，错综复杂，而我们每个人发现问题分析问题的方法都有其局限性， 难免有时会陷入束手无策、进退两难的窘境。如果我们大家团结协作，各抒己见，取长补短，许 多问题不难解决。这就需要我们维修人员要有团队精神、协作精神。 二.设备维修的基本方法 设备维修人员和医生差不多，就是给设备治病。遇到设备出现故障，首先是 1.仔细观察，基本确定故障范围。一台设备坏了，首先要仔细的看，仔细的闻。有没有电子元件烧 坏，如电阻烧变形，保险丝烧断，电解电容器电解液冒出来了，有没有焦糊味等等。 元器件烧坏只是故障现象，用同样规格元器件更换烧坏元器件，有时能解决问题，有时还会继 续烧。通过仔细观察，基本确定故障范围，继续寻找故障的根本原因。 2.清除设备各部件的沉积的灰尘，以使各电路板、接插件连接良好。 a.我们公司的设备平时维护保养做的比较差，设备内部积灰严重，在通电之前，必须去除设备 内部的灰尘。五寸工厂可能好一点，四寸工厂设备内部积灰比较普遍。例如四寸的探针台、计算 机测试系统就是如此。建议设备内部每年要做一次除尘，用吸尘器或干燥的压缩空气除去设备内 部灰尘。如果设备内部大量积灰，灰尘又吸收空气中的水分，造成设备内部漏电、短路，或者影 响高频电路的分布参数，严重影响设备的安全运行。 b.检查各连接插头是否接触良好。 我们检修的设备大多是二手设备，一般运行了一、二十年，许多插头、连接器存在接触不良。 我们要仔细将各插头、连接器用触点清洗剂、无水乙醇清洗干净，去除氧化层。有的插头插座和 电路板连接的焊脚出现氧化虚焊，需要去除氧化层，用烙铁重新焊一遍，消除虚焊接触的隐患。 去年四寸的减薄机故障，显示器显示内容不对，主要原因是电缆连接插座的焊脚和电路板氧化虚 焊。 最近，四寸一台探针台步进电机在 AUTO 方式，步进电机不能正常运行，也是由于虚焊引起。 3.通电检查控制系统的各路供电电压，测量有关器件工作点并综合分析，缩小故障查找范围。 a.设备通电之前，要查清楚设备的供电电压，千万不能弄错。110V 不能插到 220V,避免造成 更大故障。 TTL 数字电路、微机控制部分电压 5V0.2V。 CMOS 数字电路供电电压有 5V,9V,12V,15V 运算放大器供电电压有单电源供电 5V,12等等，双电源供电电压有6V, 12V,15V 等等。 继电器供电电压有 5V,6V,12V,15V.24V 等等。 电源电压正常是设备正常运行的最基本条件，这是设备维修的一个重点。我们平时维修的设 备故障 60%以上是电源故障。在电源故障中，由于我们的设备不少已使用了十年以上，电解电容 电解液干枯，电容量变小，漏电增加，退耦能力减少，以至不少微机运行过程不稳定，常常死机， 我们首先要检查的应该是+5V0.2V 电源，这一点我们不能忽视。 d.对单板机、单片机它的信号传送、检测、处理都是动态进行的，维修比较困难。如果单板机、 单片机出现故障，我们首先检查其供电电压、CPU 的复位电路、时钟振荡电路。时钟脉冲可用示 波器检测，读出其频率、脉宽、占空比是否符合 CPU 要求。检测有关 TP 点信号波形，以便分析 对比。如果对某一块电路板怀疑，可用备用板或同样的电路板替换，看看结果有没有变化。电路 板替换，IC 替换，这是常用的一种维修方法。 e.对线性电路，无非是由一些晶体管、电阻、电容、运算放大器组成。我们可通过测量关键器 件的工作点来判断。晶体管工作在线性状态，EB 压降大致为 0.7 伏，BC 结一定为反偏。晶体管工 作在开关状态，EB 结也为反偏，可为 -0.01-0.7V 不等，该电压由占空比和脉冲频率决定。如果 某一晶体管工作点不正常，先用数字万用表粗略判断晶体管，再查其偏置电路。如果偏置电路没 有问题，应将晶体管卸下来，再用 QT-2 测一下 BVceo、Icbo、Iceo，万用表测晶体管只是大致判 断。准确判断晶体管好坏，应用 QT-2 检测。 运算放大器的基本功能和晶体管相似，可工作在线性放大状态，也可工作在开关状态。 运放工作在放大状态，二个输入端压降很小，有的几乎一样。输出电压在正负电源之间，并 和正负电源有一定压差。运放工作在开关状态，二个输入端压降较大，输出不是接近正电源，就 是接近负电源。对于单运放判断其好坏，可以自己做一个测试工具，如下图 A： 3 2 6 1 5 7 4 U1 LM741 R13k R2 5K R3 10K R42K +12V W1 2K -12V IN OUT 在万用面包板焊一个 8 脚 IC 插座，按图焊上电阻、电位器。将 IN 端接地，调 W1，输出为零。 如果 IN 端接 1V 电压，OUT 端得到 2V 电压，那么这个运放是一个好运放。图 A 是比例放大器。 U1 工作在线性放大状态。 或按图 B 在面包板上 IC 插座 在 U3、U4 二个 IC 插座插上 uA741,或管脚和 741 一样的运算放大器，加电后，如果在 TP1 端 出现方波，在 TP2 端出现三角波，则这二个运放是好的，否则对应的运放不是好的。从图 B 中看出 U3 有二个反馈网络， R3、W1 组成正反馈，积分器 U4 和 R2 相移回路。TP1 输出方波， TP2 输出三角波。U3、U4 工作在开关状态。 3 2 6 7 4 U3 UA741 3 2 6 7 4 U4 UA741 R110K R2 10K R3 20K W14.7K R4 5.1K W24.7K R510K C1 1u -12V-12V +12V +12V TP1 TP2 图 B f.对 74 系列 4000 系列 IC 好坏判断，可用编程器检测。 3.有的控制器工作不稳定，特别是微机控制器，工作过程中时好时坏，常常死机。控制器工作 一段时间，关机冷却，再开机还能工作。单独检查各个 IC,都没有发现问题。这类故障往往是由于 微机工作年代长，元器件性能老化，工作电流增加，系统发热量增加，局部区域工作环境温度太 高，如果对电路板加大吹风散热，降低局部工作环境的温度，往往可以解决问题。 （三）几种常用器件的好坏判别。 （1）SCR 可控硅是我们接触得比较多的器件。 一、可控硅的工作原理 可控硅是可控硅整流器的简称。它是由三个 PN 结四层结构硅芯片和三个电极组成 的半导体器件。图 3-29 是它的结构、外形和图形符号。 图 3.30 G K A 塑封模块 可控硅的三个电极分别叫阳极(A)、阴极(K) 和控制极(G)。当器件的阳极接负电位 (相对阴极而言)时，从符号图上可以看出 PN 结处于反向，具有类似二极管的反向 特性。当器件的阳极上加正电位时(若控制极不接任何电压) ，在一定的电压范围内， 器件仍处于阻抗很高的关闭状态。但当正电压大于某个电压(称为转折电压) 时，器 件迅速转变到低阻通导状态。加在可控硅阳极和阴极间的电压低于转折电压时，器 件处于关闭状态。此时如果在控制极上加有适当大小的正电压(对阴极) ，则可控硅 可迅速被激发而变为导通状态。可控硅一旦导通，控制极便失去其控制作用。就是 说，导通后撤去栅极电压可控硅仍导通，只有使器件中的电流减到低于某个数值或 阴极与阳极之间电压减小到零或负值时，器件才可恢复到关闭状态。 图 3-30 是可控硅的伏安特性曲线。 图中曲线 I 为正向阻断特性。无控制极信号时，可控硅正向导通电压为正向转折电 压(U B0)；当有控制极信号时，正向转折电压会下降(即可以在较低正向电压下导通) ， 转折电压随控制极电流的增大而减小。当控制极电流大到一定程度时，就不再出现 正向阻断状态了。 曲线为导通工作特性。可控硅导通后内阻很小，管子本身压降很低，外加电压几 乎全部降在外电路负载上，并流过比较大的负载电流，特性曲线与二极管正向导通 特性相似。若阳极电压减小(或负载电阻增加) ，致使阳极电流小于维持电流 IH 时， 可控硅从导通状态立即转为正向阻断状态，回到曲线 I 状态。 曲线为反向阻断特性。当器件的阳极加以反向电压时，尽管电压较高，但可控硅 不会导通(只有很小的漏电流 )。只有反向电压达到击穿电压时，电流才突然增大， 若不加限制器件就会烧毁。正常工作时，外加电压要小于反向击穿电压才能保证器 件安全可靠地工作。 可控硅的重要特点是：只要控制极中通以几毫安至几十毫安的电流就可以触发器件 导通，器件中就可以通过较大的电流。利用这种特性可用于整流、开关、变频、交 直流变换、电机调速、调温、调压及其它自动控制电路中。 二、可控硅的主要技术参数 1正向阻断峰值电压(V PFU) 是指在控制极开路及正向阻断条件下，可以重复加在器件上的正向电压的峰值。此 电压规定为正向转折电压值的 80。 2反向阻断峰值电压(V PRU) 它是指在控制极断路和额定结温度下，可以重复加在器件上的反向电压的峰值。此 电压规定为最高反向测试电压值的 80。 3额定正向平均电流(I F) 在环境温度为+40C 时，器件导通( 标准散热条件)可连续通过工频(即指供电网供给 的电源频率一般为 50Hz 或 60Hz，我国规定为 50Hz)正弦半波电流的平均值。 4正向平均压降(U F) 在规定的条件下，器件通以额定正向平均电流时，在阳极与阴极之间电压降的平均 值。 5维持电流(I H) 在控制极断开时，器件保持导通状态所必需的最小正向电流。 6控制极触发电流(Ig) 阳极与阴极之间加直流 6V 电压时，使可控硅完全导通所必需的最小控制极直流电 流。 7控制极触发电压(U g) 是指从阻断转变为导通状态时控制极上所加的最小直流电压。 普通小功率可控硅参数见表 3-lO。 表 3-10 普通小功率可控硅参数 型号 额定正向平均 电流 （A） 正向阻断峰值 电压 （V） 反向阻断峰值 电压 （V） 最大 正向平均 压降 （V） 维持 电流 （mA） 控制极 触发电 压 （V） 控制 极电流 （mA） 控制极最大允许正 向电压 （V） 3CT1 1 303000 303000 1.2 20 2.5 20 10 3CT5 5 303000 303000 1.2 40 3.5 50 10 3CT10 10 303000 303000 1.2 60 3.5 70 10 3CT20 20 303000 303000 1.2 60 3.5 71 10 *正向阻断峰值电压及反向阻断峰值电压在 303000 范围内分档。 三、多种用途的可控硅 根据结构及用途的不同，可控硅已有很多不同的类型，除上述介绍的整流用普通可 控硅之外还有；快速可控硅。这种可控硅可以工作在较高的频率下，用于大功率 直流开关、电脉冲加工电源、激光电源和雷达调制器等电路中。双向可控硅。它 的特点是可以使用正的或负的控制极脉冲，控制两个方向电流的导通。它主要用于 交流控制电路，如温度控制、灯光调节及直流电极调速和换向电路等。逆导可控 硅。主要用于直流供电车辆(如无轨电车) 的调速。可关断可控硅。这是一种新型 可控硅，它利用正的控制极脉冲可触发导通，而用负的控制极脉冲可以关断阳极电 流，恢复阻断状态。利用这种特性可以做成无触点开关或用于直流调压、电视机中 行扫描电路及高压脉冲发生器电路等。 可控硅的用途很广泛，下面仅举两例来说明可控硅电路的工作过程。 图 3-31 是采用双基极管的可控硅调压电路，D 1D 2 组成全波桥式整流电路。 BG 双基极管构成可控硅的同步触发电路(是一个张弛振荡器)。整流电压经电阻 R1 降压 后加在 A、B 两点。整流后脉动电压的正半周通过 R4、W 向电容 C 充电，当充电 电压达到双基极管峰点电压 UP 时，BG 由截止转为导通，电容 C 通过 b1e 结及 R。迅速放电，其放电电流在 R。上产生一个尖脉冲，成为触发可控硅 (SCR)极的 触发信号，从而导致可控硅导通。可控硅导通后其正向压降很低，所以张弛振荡器 即停止工作，电源电压过零时(由于无滤波电容，故为单向脉动电压) 可控硅就自动 关断。待下一个正半周到来时，电容 C 又充电，重复上述过程。因而串联于整流电 路的负载 RL 上就得到个受控的脉冲电压。电容 C 的充电速度与 R4、 、W 及 C 的 乘积有关，所以调节 W 之值，即能改变电容 C 充电到 U，值的时间也就可以改 变可控硅的导通时间，从而改变了负载上电压的大小。 图 3-32 是一种利用可控硅做成的感应(接近) 开关。它是利用人体电容和电阻与电路 上电容 C1，并联促使氖管 N 导通点燃，从而在电阻 R1 上产生可控硅的触发信号， 使可控硅导通，点着串于可控硅电路里的灯泡。也可在电路里串接继电器，带动其 他电器装置的开启或关闭。 我们用得多的是扩散炉，也是利用可控硅的调压功能。控制器通过改变可控 硅的导通时间宽度自动调节炉丝两端电压，保持炉体内部温度稳定。 SSR 400v2A G1 G2 W1 W2 R01150 2W R02150 2W Vsin67VAC 丝丝 ViVPULSE 如上图是可控硅触发电路，Vi 输出脉宽变化的脉冲串，SSR 两个触点吸合的时间 长短也随之变化。触点吸合时，W1 上正下负，上端正电位通过 R01、G1 、SSR、G2 到达 W1 的触发极，W1 导通，W2 没有正向触发电压而截 止。如果 W1 电位是上负下正，那么正电位通过 R02、G2 、SSR、G1 到达 W2 的 触发极，W2 导通，W1 没有触发电流而截止。 如果改为下图连接，W1 的触发信号没有限流电阻，70 多伏的电压经 SSR 直接加到 W1 的触发极，触发电流很大，W1、SSR 将被烧坏。W2 没有触发信 号，不可能导通。 SSR 400v2A G1 G2 W1 W2 R01150 2W R02150 2W Vsin67VAC 丝丝 ViVPULSE 四、用万用表检查可控硅的好坏 1判定可控硅的电极 小功率可控硅的电极从外形上可以差别，一般阳极为外壳，阴极线比控制极引线长， 如图 3-29 所示。如果其它型式的封装，不知电极引线时可以用万用表的电阻档进 行判别。从可控硅的结构图上可以看出，阴极与控制极之间有一个 PN 结，而阳极 与控制极之间有两个反向串联的 PN 结。用电表 R100 档先测出控制极。方法是 将负表笔试接某一电极，正表笔依次碰触另外两个电极，假如有一次阻值很小(约 几百欧姆)，另一次阻值很大 (约几千欧姆)，说明负表笔接的正是控制极(G)。在阻 值小的那次测量中，接正表笔的一端是阴极(C 或 K)，阻值大的那次，接正表笔的 是阳极(A)；若两次测出的阻值均很大，说明负表笔接的不是控制极，应更换另外 一个电极，重复上述判别 2检查可控硅的好坏 对于一个良好的可控硅应包括以下内容：三个 PN 结均是良好的；可控硅反向 电压时能够阻断，不导通；可控硅正向在控制极开路时能够阻断；如果控制极 加了正向电流，而阳极加正向电压时可控硅可以导通，且撤去控制极电流后仍能维 持导通。对于前三项可以通过测量极间电阻的方法判别，后一条要进行导通试验。 (1)测极间电阻。用万用表电阻档测阳极与控制极之间、阳极与阴极之间的电阻。注 意，宜用电表电阻最高档，阻值均应很高。如阻值很小，并用低阻档再量阻值仍较 小，表明可控硅已击穿、管子是坏的。阳极和阴极之间的正向电阻值(即阳极接负 表笔，阴极接正表笔时阻值)，反映可控硅正向阻断特性，阻值愈大，表示正向漏 电流愈小。阳极与阴极之间的反向阻值反映可控硅的反向阻断特性，阻值愈大，表 示反向漏电流愈小。 测控制极与阴极之间的电阻。用 R10 或 R100 档测量为宜。如果正向电阻( 控制 极接负笔，阴极接正笔)极大，接近 处，表示控制极与阴极之间已经烧毁，管子已 坏。至于反向电阻应很大，不过有些管子控制极与阴极之间的反向电阻并不太高， 这也是正常的。表 3-11 给出测量 3CT5B 可控硅的 G、C 极间电阻数据，供参考。 表 3-11 3CT5 可控硅 G、C 极间电阻值 表笔接 法 万用表档次 A eq oac(,-) C eq oac(,+) A eq oac(,+) C eq oac(,-) G eq oac(,-) C eq oac(,+) G eq oac(,+) C eq oac(,-) A eq oac(,-) G eq oac(,+) A eq oac(,+) G eq oac(,-) R1 45 R10 120 R1K 1.4K 100K R10K 2K 50K (2)导通试验。利用万用表的直流电流档 (100mA 档或更大些电流档 )，需外加 6V 直 流电源，按图 3-33 所示电路接好。先不合开关 K，此时电流表指示应很小(正向阻 断)，当 K 闭合时电流应有 100mA 左右。电流若很小表明管子正向压降太大或已损 坏。再断开 K，电表指示应仍为 100mA 左右基本上无变化。切断 6V 电源再一次 重复上述过程，如一切同前表示管子导通性能是良好的。在没有万用表时，用 6.3V 小灯泡代替电表也可以，导通时灯泡亮。 （3）用 QT-2 测可控硅可靠准确。阳极 A 接 C 插孔，阴极 K 接 E 插孔，触发极 G 接 B 插孔，根据可控硅技术条件设置测试要求。 （2）单结晶体管 单结晶体管的结构和电路符号如图 3-34 所示。因为它只有一个 PN 结，所以称为 单结晶体管。但由于它有两个基极，故又称双基极二极管。它的外形与三极管相似， 也有三只管脚，其中一个是发射极(e) ，另外两个是基极(b 1 和 b2)。它是一种具有负 阻特性的器件(电流增加而电压降反而减小的特性 )。图 3-35 是它的伏安特性曲线及 等效电路。双基极管可组成弛张振荡器、自激多谐振荡器以及定时延时等电路，具 有电路结构简单、热稳定性好等优点。 E B1 B2 从双基极管的伏安特性可以看清其工作原理。当两基极 b1、b 2 间加上电压 Ubb 时 (参见典型应用电路(图 3-36)，等效电路中 A 点电压为 式中可称为单结管的分压比，是由管子内部结构所决定的，一般为 0.30.9 之间。 输入电压 UU bb 时，发射极与基极之间的 PN 结处于反向偏置，管子截止，电流 很小。 当输入电压 UbeU bb+UD 时，(UD 为二极管正向压降约为 0.7V)PN 结正向导电， Ie 明显增加，r bl 阻值迅速减小，U e 相应下降。这种电压随电流增加反而下降的特性 就是双基极管的负阻特性。管子由截止区进入负阻区的交界点称为峰点。与其对应 的发射极电压和电流分别称为峰点电压 VP 和峰点电流 IP，显然 UPUbb。 随着发射极电流 Ie 不断增加，U e 不断下降，降至某一点时不再下降了，这一点称 为谷点。谷点之后管子特性进入了饱和区。与谷点对应的发射极电压 Uu 与发射极 电流 Iu 分别称为谷点电压和谷点电流。显然 Uu 是维持单结管导通的最小发射极电 压，只要 UeUu 管子又会重新截止。 特性进入饱和区后，发射极与第一基极间的电流达到饱和状态，所以 Ue 继续增加 时，I e 增加不多。 用双基极管组成弛张振荡器的元件作用及其取值可参照表 3-12. 表 3-12 弛张振荡器的元件作用及取值 电 路 元 件 取 值 范 围 作 用 R1（） 10k3M 过大，过小电路均不能起振 R2（） 200600 用作温度补偿 R3（） 501000 影响输出脉冲幅度与宽度 C（F） 0.0470.5F 影响输出脉冲频率与脉宽 振荡频率可以通过改变 R1 和 C 的数值来调整，R1 和 C 越小振荡频率越高振荡 周期可以用以下近似公式计算： 式中：为自然对数， 为管 子分压比(手册上可查到)。 （3）GTR 电力晶体管也称巨型晶体管（GTR:Giant Transistor），GTR 是一种电流控制的双极双结 大功率、高反压电力电子器件，具有自关断能力,产生于本世纪 70 年代，其额定值已达 1800V/800A/2kHz、1400v/600A/5kHz、600V/3A/100kHz。它既具备晶体管饱和压降低、开 关时间短和安全工作区宽等固有特性，又增大了功率容量，因此，由它所组成的电路灵活、 成熟、开关损耗小、开关时间短，在电源、电机控制、通用逆变器等中等容量、中等频率 的电路中应用广泛。GTR 的缺点是驱动电流较大、耐浪涌电流能力差、易受二次击穿而损 坏。在开关电源和 UPS 内，GTR 正逐步被功率 MOSFET 和 IGBT 所代替。它的符号如图 1,和 普通的 NPN 晶体管一样。 封装都是塑封模块形式。 图 1 电力晶体管的符号 GTR 的基本特性 A.静态特性 共发射极接法时的典型输出特性：截止区、放大区和饱和区。在电力电子电路中 GTR 工作 在开关状态，即工作在截止区或饱和区。在开关过程中，即在截止区和饱和区之间过渡时， 要经过放大区。 B.动态特性 开通过程： 延迟时间 td 和上升时间 tr，二者之和为开通时间 tn。td 主要是由发射结势垒电容和集电 结势垒电容充电产生的。增大 ib 的幅值并增大 dib/dt，可缩短延迟时间，同时可缩短上 升时间，从而加快开通过程。 关断过程： 储存时间 ts 和下降时间 tf，二者之和为关断时间 toff。ts 是用来除去饱和导通时储存在 基区的载流子的，是关断时间的主要部分。减小导通时的饱和深度以减小储存的载流子， 或者增大基极抽取负电流 Ib2 的幅值和负偏压，可缩短储存时间，从而加快关断速度。 负面作用是会使集电极和发射极间的饱和导通压降 Uces 增加，从而增大通态损耗。GTR 的 开关时间在几微秒以内，比晶闸管和 GTO 都短很多。 C.GTR 的主要参数 GTR 的主要参数有：电流放大倍数 b、直流电流增益 hFE、集射极间漏电流 Iceo、集射极间 饱和压降 Uces、开通时间 ton 和关断时间 toff。 此外还有： 最高工作电压 GTR 上电压超过规定值时会发生击穿。击穿电压不仅和晶体管本身特性有关，还与外电路 接法有关： BUcbo BUcex BUces BUcer Buceo 实际使用时，为确保安全，最高工作电压要比 BUceo 低得多。 集电极最大允许电流 IcM 通常规定为 hFE 下降到规定值的 1/21/3 时所对应的 Ic。实际使用时要留有裕量，只能用 到 IcM 的一半或稍多一点。 集电极最大耗散功率 PcM 最高工作温度下允许的耗散功率 GTR 的二次击穿现象与安全工作区。 1）一次击穿 集电极电压升高至击穿电压时，Ic 迅速增大，出现雪崩击穿。只要 Ic 不超过限度，GTR 一 般不会损坏，工作特性也不变。 2）二次击穿 一次击穿发生时 Ic 增大到某个临界点时会突然急剧上升，并伴随电压的陡然下降。常常立 即导致器件的永久损坏，或者工作特性明显衰变。 3）安全工作区（Safe Operating AreaSOA） 最高电压 UceM、集电极最大电流 IcM、最大耗散功率 PcM、二次击穿临界线限定。 (4)IGBT IGBT 是绝缘栅双极晶体管的代号。 IGBT 简称绝缘门栅极晶体管（缩写 IGT）。它是将 MOSFET 和 GTR 集成在一个芯片上的复 合器件。功率 MOSFET 是单极型电压驱动器件。它就有工作速度快，输入阻抗高，热稳定性 好以及驱动电路简单特点，但它导通电阻较大，电流容量也较低，而 GTR 是双极型电流驱 动器件，其阻断电压高，载流能力强，但工作速度较慢，驱动电流大、控制电路较复杂。 这两类器件的缺点限制了它们的发展。目前出现许多新型复合器件，如 MOS/双极复合晶体 管，MOS/双极复合晶闸管，这些新型电力电子复合器件，集合了单极和双极型器件各自的 优点。 IGBT 发展得很快，这种复合器件属于晶体管类，它既可以作为开关用，也可以作为放大器 件用。他具有良好的特性，很是合作中频电源的逆变器开关用。 电路符号如右图 封装都是塑封模块形式。GTR、IGBT 一般都用于大功率驱动。我们 公司主要在变频调速器用了 GTR.它的静态电特性可用 QT-2 测量。更换功率晶体管、GTR、 IGBT 一定要在散热板面涂上散热硅脂，固定螺丝一定要旋紧。 （5）MOS 场效应管即金属-氧化物-半导体型场效应管，英文缩写为 MOSFET（Metal-Oxide- Semiconductor Field-Effect-Transistor），属于绝缘栅型。其主要特点是在金属栅极与沟道之间有 一层二氧化硅绝缘层，因此具有很高的输入电阻（最高可达 1015）。它也分 N 沟道管和 P 沟道管，符 号如图 1 所示。通常是将衬底（基板）与源极 S 接在一起。根据导电方式的不同，MOSFET 又分增强型、 耗尽型。所谓增强型是指：当 VGS=0 时管子是呈截止状态，加上正确的 VGS 后，多数载流子被吸引到栅 极，从而“增强”了该区域的载流子，形成导电沟道。耗尽型则是指，当 VGS=0 时即形成沟道，加上正 确的 VGS 时，能使多数载流子流出沟道，因而“耗尽”了载流子，使管子转向截止。 以 N 沟道为例，它是在 P 型硅衬底上制成两个高掺杂浓度的源扩散区 N+和漏扩散区 N+，再分别引出源 极 S 和漏极 D。源极与衬底在内部连通，二者总保持等电位。图 1（a）符号中的箭头方向是从外向内， 表示从 P 型材料（衬底）指身 N 型沟道。当漏接电源正极，源极接电源负极并使 VGS=0 时，沟道电流 （即漏极电流）ID=0。随着 VGS 逐渐升高，受栅极正电压的吸引，在两个扩散区之间就感应出带负电的 少数载流子，形成从漏极到源极的 N 型沟道，当 VGS 大于管子的开启电压 VTN（一般约为+2V）时，N 沟 道管开始导通，形成漏极电流 ID。 DS G 我们常用的是功率 MOS 管，如 2SK2126,塑料封装 如上图 。将数字万用表功能选择放在二 极管测量档，正表棒接 S 极，负表棒接 G 极，再测 SD 之间，显示为超量程 1。如果正表棒 接 G 极，负表棒接 S 极，再将正表棒接 D 极，负表棒接 S 极，万用表显示几十，则功率 MOS 管是好的。当然也可以用 QT-2 检测功率 MOS 管的好坏。 （6）光控继电器。这在 JUNO-DTS1000 计算机测试系统用了不少。这是一个比较特殊的半 导体器件，不同于光电耦合器。它输出端导通电阻小，不分电压极性。检测其好坏，可用+ 5V 1 2 3 4 5 6 7 8 电源串一个 1K 电阻加到 1、3 脚，2、4 脚接电源的负端。用数 字万用表二极管档测 5、6 端，7、8 端，万用表鸣叫则这个光控继电器就是好的。 （四）如何读图 我们维护修理设备，必须看懂电路图，并掌握分析电路的基本方法。不管多麽复杂的电路 ，它都是一个个基本单元电路组成。就模拟电路而言，都是由各种比例放大器、比较器、 积分器、功率放大器组成。对数字电路，也是对各种数字信号与、或、非、延时、移 位，编码、解码组成，要能正确分析电路原理，必须熟悉各单元电路的基本功能或真 值表，以及这些单元电路的正确组合。 2 3 1 8 4 U1A TL082 R11K R21K R3 1K R410K R55.1K R60.1 R70.1 R810K R910K R10 10K R110.5 RL30 R1215K R1310K R1491 DAC丝丝 Q1 Q2 +12V +12V -12V -12V 2 3 6U2 TL081 2 36 U3TL081236 U4TL081 V1 V2 V3V4 VinVin 1.四寸五寸工厂都有不少晶体管参数自动测试仪，这些计算机测试系统都用了大量数 字恒流源。譬如测晶体管放大倍数 Hfe,设定 Ib=100uA。计算机根据设定测试条件，使恒流 源输出 100uA，给被测晶体管提供基极电流。 如上图所示是一个简单数字直流恒流源电路，计算机根据程序输出数字信号经 D/A 转换器变 为模拟信号DAC,加到电位器 R3 的一端。R3 分压DAC 设定值加给电压跟随器 U1。U3 是反向加 法器，一路输入为DAC的控制信号 Vin,一路输入为 U4 输出的反馈信号；还有一路是 U3 加法器 的反馈，反馈电阻是 R8。由于 U2 输出电流能力不够，加了晶体管 Q1、Q2 进行扩流。Q1Q2 组成 推挽式电路，两管轮流导通放大。U5 是电压跟随器，输入阻抗很高，基本对输出电流分流很小。 因此流经 R11 的电流全部流入负载 RL。U3 是反相放大器，放大倍数是-1。 Q1、Q2 集电极串联电阻很小，基本还是跟随器。 V1/R8=-(Vin/R4+V4/R13) V1=-(Vin+V4) 由于 U3 电压跟随特性，U4 反相器， V4=-V3=-V2 V1=-Vin+V2 所以 V1-V2=-Vin 即流经 R11 的电流全部由 Vin 决定。 IR11=V1-V2/R11 由于 U3 跟随器，输入阻抗高，流经负载 RL 的电流完全由输入设定电压 决定，实现了压控直流电流源的功能。 Iout=Vin/R11 如果，选择一串不同阻值的电阻，或不同 Vin,就可以得到不同电流的电流源。 U1 TL061MJG32 4 7 6 51 U2TL061MJG 32 4 7 6 5 1U3 TL061MJG 3 2 4 7 6 5 1 D11N4148 D21N4148 D31N4148 D41N4148R11.6k R21.6k R3 1.0k R439k R6 2.0k R7100k R83.3k R93.3k R102.0k R111.0k R131.0kR142.0k Q12N2221A Q2 2N1132A Q3 2N1132A Q4 2N2222A Q5 2N1132A Q6 2N1132A Q7 2N1132A Q8 2N2222A Q92N2222A Q102N2222A R515k R17 51 R18100k R15 1.0k R16 2.0 R19 2.0 R201.0 R211.0 R12100k R23 1.0k R24 10k R25 2.4k R262.4k R2710k VCC 15V VCC 15V VCC 15V VEE -15V VEE -15V VEE -15V V10.8 V 1kHz 0Deg V2 50 V V3 50 V XSC1 A B Ext Trig+ + _ _ + _ 046 047 0 59 0 57 56 VCC VEE VCC VEE 53VEE VCC 52 45 0 0 48 51 50 44 40 43 42 41 39 38 37 36 35 33 32 31 60 0 5 0 R2830 1 0 XSC2 A B Ext Trig+ + _ _ + _ 0 258 55 上图是 JUNO-DUT1000 计算机测试系统中应用的电压源、电流源功率放大器，和上面电流源实质差不多， 就是一个功率放大器，只不过多了一些反馈回路，可用 Multisim2001、Protel99SE 软件进行仿真、分析。 Multisim、Protel 软件是很好电路设计仿真工具，特别是 Multisim 软件工具多，仿真形象直观，可以实 时看到各节点波形、工作点。这对于增加对电路的分析理解是非常有用的。 2.厚度测试仪 4 寸工厂有一台金属厚度测试仪，它内部电路由许多运放组成。仪器小巧，结构紧凑，可以测铝、 金等金属薄膜的厚度，现将其中单元电路介绍给大家。 仪器内部电路由电源、输入电桥回路、信号放大检波、自动调零、数字显示电路几部分组成。 电源是由变压器整流滤波经 7815、7915、7805 输出三组电压+15V,-15V.+5V。 稳幅振荡器如下图： W6 R30 R27 R33 R34 R38 C13A C13 C14 Y1 + C29 +15V +15V -15V -15V C15 2 3 4 6 7 U9 LM318 -15 +15 +C27 +C28 R32 C16 1 3 4 2 T4 L1 2 3 4 6 7 U8LM318 D7 2 36 U10741A C18 R22 R23R25 R26 R28 R29 R31 D5 D6 +15V -15V +C30 + C31 C17 W7 +15V -2.91 -4.06V -1.61V 0V 0V 0V Q4MPSA14 丝丝丝丝丝 Q4 晶体 Y1 和相关电路组成基本振荡电路，输出 50KHz 正弦波，要求仪器测试准确，信号源产生的 正弦波幅度频率都有严格的要求。U9 是反相比例放大器，对 Q4 输出的信号进行放大。U8、U10 取 U9 的输出信号检波、比较，反馈到 Q4 的基极，稳定整个信号源的频率和幅度。U9 、U8 是工作在线性状态， U10 是一个积分器。 输入电桥回路如下图 1 3 4 2 T4 1 3 4 2 T2A R54 R55 R50 R51 R52 R53 W9 W10 L1 丝丝丝丝 IN OUT 将上面电路整理一下，是一个标准电桥电路: R53R54 W9 W10 R50R51 R52 R53L1 T2a OUT50KHzVSIN R50 R51 R52 R53 R54 R55 W9 W10 L1 T2a 50KHz VSIN R(A L) OUT 该测试仪利用高频磁场涡流原理，振荡器产生 50KHz 高频电流加到 L1 和 T2a，产生高频磁场。 传感器 T2a 没有放置金属薄膜，调节 W9，使电桥平衡，输出为零。当 T2a 上放置一金属薄膜层，金属 薄膜层上产生涡流，涡流大小由薄膜层材料和薄膜厚度决定。产生的涡流消耗高频磁场能量，表现为 T2a 阻抗的变化。电桥失去平衡，其输出信号也代表薄膜厚度等信息。 信号放大检波电路 2 3 6 U5 LM318 2 3 4 6 7 U7 LM318 R16 R17 W8 Q1S8827 Q2S8827 C0 C20 2 3 4 6 7 U1 LM318 2 3 6U3 LM318 R21 R24 + C32 +C33 -15V +15V +15V -15V R2 R3 R4R1 R19A D1 D2 C19 R19 R5 R6 R9 R10 W3 R18 +C21 + C22 -0.02V -0.03V -0.19V 0.35V 丝丝丝丝丝 丝丝丝丝 OUT IN 丝丝丝丝 U5、U7、U3 都是线性放大器，对电桥送来的厚度交变信号进行放大，U1 是检波电路，U3 输出的是经 过放大厚度直流信号。 数字显示电路： 数字显示电路将信号放大检波电路的输出信号经过 A/D 转换，用数码管显示。数字显示电路就是一个简 单的数字电压表。VR1 调节 7107 的基准电压，配合测量不同金属材料，设定不同的基准电压。对铝， 设定 4.28，金设定为 5.85。同样 POT1 也为配合测量不同金属材料，设定不同的值。对铝设定为 1.35， 对金设定为 2.45。 R50 Q5 S8827 R47 R46 R57 2 36 15 4 7 U6CA3140 W4 +15V+C23 +C24 J2-1 OSC140 4 2OSC239 OSC338 35 AZ29 67 BUF28 89 INT27 101112 COM32 13 14IN-30 15 Cref34 Cref33 Vefr-35 IN+31 V- 26 V+ 1 GND 21 1617 18 Vref + 36 22 23 24 25 U1 7107 R71M R15 200 R48 R14 VR1CALIBRATE+15V C7 C8 C100.47 C11 +5V-15V C3 a b f c g de VCC 1234567 abcdefg 8 dp dp 9 DS1 ab f c g de VCC 1234567 abcdefg 8 dp dp 9 DS2 ab f c g de VCC 1234567 abcdefg 8 dp dp 9 DS3 R44 R45 J1-3 J1-8 J1-7Ra J2-4 J2-8 -15V R58 丝 丝 丝 POT110K 丝丝丝丝丝丝 IN 自动调零电路 1 3 4 2 T2A R50 2 3 4 6 7 U12 CA3140 R42 22M R432.2M W5 C12 D9 -15V +15V + C25 + C26 Q5 S8827 R47 R57 2 36 15 4 7 U6CA3140 W4 +15V+C23 +C24 J2-1 -15V 2 3 6 1 5 U2 uA741 R8 R12 W2 -15V K1- 1 K2- 1 R49 -15V R5610K -15V +15V R58 0.52V0.01V 丝 丝丝丝丝丝丝 TO 710 7 POT1 丝丝丝 T2a 传感器的次级还有一功能：传感器上没有金属膜，U12-2 为负电位，U12-6 为正电位，Q5 导通，通 过一个回路调零，U6-6 输出为零。传感器上有金属膜，U12-2 变为正电位，U12-6 为负电位，Q5 截止， U6-6 放大传感器检出的厚度信号，给数字显示器显示。 厚度测试仪应用了许多运放，有的做线性放大，有的做积分器，有的做比较器，通过对厚度测试仪 电路介绍，我们看到运放在设备、仪器中的广泛应用。 3.步进电机脉冲产生环行分配电路 下面介绍的是 4 寸工厂探针台步进马达脉冲产生及环行分配电路。 U1A 740N U2A SN74123D VC16 GND8 1RTCT151CT14 1CLR3 1A1 1B2 1Q13 1Q4 U3BSN74123D VC16 GND8 2RTCT7 2CT6 2CLR1 2A9 2B10 2Q5 2Q12 U474194N A3 B4 C5 D6 SL7 QA15QB14QC13 QD12 SR2 CLR1 S09 S110 CLK1 U5A7404N U5B7404N U5C 7404N U5D7404N U5E7404N U5F7404N C14.7uF-POL C210nF C310nF C42nF R11.6k R21.0k R32k R46.8k 2 1 0 0 4 0 0 7 3 1 R52.0k C52uF-POL R61.2k 12 1315 VC5V VC5V VC 0 Q12N22A Q22N22A Q32N22A Q42N22A R71.2k R81.2kR91.2k R101.2k R11.6k R121.6k R131.6k R141.6k 25 26 27 28 R151.0kR161.0kR171.0kR181.0k VC5V 0 XSC1 A B C D GT 30 3 VC XSC3 A B C D GT 32315 9 8 6 VC 0 2419 16 U6A74LS08D U6B74LS08D 23 29 17 U6C74LS08D20 214 U6D74LS08D 2110 18 上图中 U1A 是控制门，控制脉冲发生器什么时候产生脉冲串，什么时候停止输出脉冲串。即控制马达运 行、停止。单稳态触发器 U2A,U3B 组成脉冲发生器。 实际电路中，脉冲源还要经过计数器、数字比较器送给由移位寄存器 74LS194、门电路 7404、7409 组成的脉冲环行分配器。脉冲环行分配器如上图所示。U6 输出一组四相八拍脉冲串，后接功率驱动电 路，驱动步进马达。 这个脉冲产生及环行分配电路全由 74 系列 TTL 电路组成。TTL 电路电源是+5V,CMOS 数字电路电 源电压范围比较宽，从 5V 到 18V 都可以。 （五）维修实例 1.下图是甩干机电路图 控制电路是由 Z80CPU、二块 8255 可编程 I/O 电路、一块 2716 等组成。执行电路部分主要是 由 SG3524 组成的脉宽调变电路、光控可控硅完成吹 N2、加热。微动开关、压力开关、光电耦合 器完成 N2 压力、压缩空气压力、门联锁等提供安全联锁信号。甩干机出现故障，要分清没有外围 联锁信号、微处理器故障，执行电路故障。 a.故障现象：一开机烧保险丝。 可能原因：变压器 T1、T2 烧坏，电机烧坏。 维修过程：a.脱开电机插头，不烧保险丝。+12V、+5V 电压正常。 b.检查电机，电机绕组阻值正常。没有烧坏的痕迹、焦味。 C.更换保险丝，还是烧保险丝。 d.分析可能是保险丝座接触不好，更换保险丝座，全部恢复，通电后功能正常。 b.故障现象：开机后，显示器显示 9，按 START 键，甩干机没有反应。 可能原因：a.5V 电源不正常 b.复位电路故障 c.软件损坏 维修过程：检查 5V 正常，检查发现由 C1 组成的复位电路不正常，C1 使用时间比较长，电解液 干枯，容量减少，漏电增加。更换新电容后，故障排除。 2. 故障现象：注入机 DF-4 束流 X-Y 扫描电路高压