龐宏杰

（大連廣播電視發(fā)射臺(tái)，遼寧 大連 116001）

0 引言

大功率MOSFET管的應(yīng)用可有效提升工作效率，因?yàn)楣β史浅４?，所以，受到了廣泛的關(guān)注，屬于半導(dǎo)體器件的優(yōu)質(zhì)選擇，在調(diào)頻全固態(tài)發(fā)射機(jī)中得以廣泛應(yīng)用，呈現(xiàn)出全固態(tài)和數(shù)字化的轉(zhuǎn)變。大功率MOSFET管的發(fā)展時(shí)間較短，若想全面掌握應(yīng)用困難重重，基于此，其中的重中之重就是詳細(xì)了解，全面掌握其中的奧秘。

1 大功率場(chǎng)效應(yīng)簡(jiǎn)述

大功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的新型半導(dǎo)體器材，目前大多采用金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（簡(jiǎn)稱(chēng)MOSFET）。在全固態(tài)調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)的功放模塊中也采用了這種場(chǎng)效應(yīng)管，使用較多的是SD2932，SD2932的最大輸出功率為300W。MOSFET器件的特性一般包含很強(qiáng)的抗負(fù)載適配能力以及穩(wěn)定性，其中通常包含電壓空置期間，通過(guò)柵極電壓Vgs控制漏極電流，正向跨度及控制能力非常強(qiáng)。由于輸入阻攔很高，柵極的電流很小，鑒于此，應(yīng)激勵(lì)功率很小，功率效益的增加非常高，致使柵極的絕緣層很容易受到擊穿而導(dǎo)致出現(xiàn)傷害。所以，在使用與保存過(guò)程中應(yīng)特別注重。大連廣播電視發(fā)射臺(tái)機(jī)房作為一個(gè)有著一定歷史的調(diào)頻廣播機(jī)房，隨著發(fā)射機(jī)的不斷更新，所以經(jīng)歷了多種固態(tài)機(jī)的型號(hào)，并且目前很多正在使用。正是這種不同型號(hào)的發(fā)射機(jī)，使得SD2932的工作背景也有所差別，這就為積累SD2932的使用經(jīng)驗(yàn)提供了良好的基礎(chǔ)。通過(guò)對(duì)SD2932的日常檢修和故障維護(hù)，在SD2932的使用和維護(hù)方面積累了一些經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)查閱大量的技術(shù)資料，對(duì)功放模塊中的“心臟”SD2932進(jìn)行了深度探索。另外，筆者結(jié)合自身的工作經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出了一套全面的維護(hù)理論，希望與同行共勉。

2 MOSFET管的結(jié)構(gòu)及工作原理

MOSFET管一般包含P型溝道與N型溝道兩個(gè)類(lèi)型的溝道，所有的溝道都會(huì)氛圍增強(qiáng)型和耗盡型兩種[1]。本文概述了現(xiàn)實(shí)中頗為常見(jiàn)的N型溝道增強(qiáng)型絕緣場(chǎng)效應(yīng)管理原理和結(jié)構(gòu)，如下圖1所示為原理結(jié)構(gòu)。

圖1為N溝道增強(qiáng)型MOS-FET剖面示例圖。通常利用P型硅半導(dǎo)體材料制作襯底。之后，讓其表面中的兩個(gè)N型區(qū)域得以全面發(fā)散，之后通過(guò)二氧化硅絕緣層的利用覆蓋于N型區(qū)域上，通過(guò)以上程序之后，在N型區(qū)域中采用腐蝕鉆鉆出兩個(gè)孔隙，并在絕緣層上與孔內(nèi)順利做出柵極、源極、漏極三個(gè)電極，采用字母G、S、D分別代表。圖1可明確三個(gè)電極均為完全絕緣，尤其是漏極與原極之間存有兩個(gè)PN結(jié)。一般情況下，在內(nèi)部襯底與原極均為有效連接在一起的[2]。

圖2為MOSFET管工作原理示意圖。為了提高M(jìn)OSFET管增強(qiáng)型N溝道的工作效率，勢(shì)必要將正電壓VGS在G、S之間進(jìn)行增設(shè)，并在D、S中間設(shè)置VDS，所以，才能形成正方向的工作電壓，為了更好地控制工作電流，加強(qiáng)VGS電壓的改善勢(shì)在必行。但是，一旦沒(méi)有接通VGS，將正電壓VDS增設(shè)在D、S之間，就會(huì)導(dǎo)致漏極與襯底之間的PN結(jié)顯示出反方向，使漏源和漏源之間不會(huì)再產(chǎn)生到點(diǎn)的狀況。但是，如果在G、S點(diǎn)之間增設(shè)電壓VGS，G和襯底將會(huì)被當(dāng)做電容器中的兩個(gè)極板，電容器的界址就能夠采用氧化物絕緣層進(jìn)行代替。在加強(qiáng)VGS的過(guò)程中，絕緣層和G層將會(huì)出現(xiàn)正電荷，而絕緣層與襯底的截面將會(huì)出現(xiàn)負(fù)電荷。其中形成的負(fù)電荷界面和P型襯底中大部分載流子的極性呈現(xiàn)出完全相反的情況，此狀況產(chǎn)生層面就是反型層，此層會(huì)將漏極和源極進(jìn)行連接，產(chǎn)生能夠?qū)щ姷臏系?，而若是VGS電壓太低，就會(huì)讓形成的負(fù)電荷降低，若是產(chǎn)生就會(huì)被空穴中和掉。所以，導(dǎo)致電流不會(huì)在漏源之間通過(guò)。一旦VGS電壓值到達(dá)適當(dāng)?shù)母叨葧r(shí)，負(fù)電荷將會(huì)產(chǎn)生N溝道，這項(xiàng)電壓值被人們稱(chēng)之為開(kāi)啟電壓值電壓，英文名稱(chēng)為VT。一旦VGS電壓值一直處于增加的狀態(tài)，就會(huì)導(dǎo)致負(fù)電荷出現(xiàn)增加，致使電溝道的規(guī)模就會(huì)日益拓展，導(dǎo)致電阻降低，ID也會(huì)逐漸提高，與此同時(shí)，還能夠更好地連接線(xiàn)性關(guān)系，曲線(xiàn)通常稱(chēng)之為轉(zhuǎn)換特性，在相應(yīng)的范圍中利用控制VGS電阻的方式進(jìn)行ID的控制[3-5]。

3 SD2932的外形和技術(shù)特點(diǎn)

如圖3所示，其中1、2是漏極D，3、4是柵極G，5是源極S。其屬于雙推挽N溝道增強(qiáng)型的V-MOSFET功放管。在同一個(gè)底座中封裝特性完全相同的兩個(gè)管芯，主要用在提高推挽功率，最大程度地推動(dòng)輸出功率的提高，兩個(gè)管子的源極都要立即通過(guò)底座相互進(jìn)行連接。調(diào)頻機(jī)房目前運(yùn)行的全固態(tài)發(fā)射機(jī)大部分使用的是這種功放管。

3.1 SD2932的特征

①SD2932時(shí)電壓控制性器件，其功率增值非常高；②SD2932具有負(fù)的溫度系數(shù)，進(jìn)而穩(wěn)定性非常強(qiáng)；③柵極和源極的反饋電容非常小，設(shè)計(jì)和調(diào)整十分便捷；④輸入阻抗及輸出阻抗十分高，較易使寬帶順利進(jìn)行匹配；⑤SD2932具備80%以上的效率；⑥鍍金層的電極，確保安全可靠性。

3.2 SD2932的存放和使用

由于MOSFET期間的柵極很容易遭受靜電的影響而發(fā)生損壞，因此，需要放置在防靜電的包裝盒中，或是保存于各種短路的條件下。在選擇并具體的安裝時(shí)，若是需要用手拿器件，要帶上手套和靜電泄放腕帶，若是條件限制，可先用手輕輕摸一下地線(xiàn)，及時(shí)放掉人體中的聚集靜電，防止靜電為管子帶來(lái)?yè)p壞。尤其是缺少靜電包裝的條件下，可針對(duì)管子的各級(jí)實(shí)施短路保存。此外，還應(yīng)該特別注意一個(gè)問(wèn)題，SD2932管子內(nèi)部均為氧化鈹陶瓷。因?yàn)檫@類(lèi)材料具備較強(qiáng)的散熱性而得以應(yīng)用，可氧化鈹屬于毒性很大的物質(zhì)，使用者需要提高重視，禁止用手直接接觸。更換下來(lái)的壞管子不能隨意丟棄，須妥善進(jìn)行保管與處理，避免出現(xiàn)人身意外[6]。

3.3 SD2932管子的測(cè)試與故障判斷

第一，初步判斷。根據(jù)各組功放單元顯示窗口中的各項(xiàng)參數(shù)及面板上的各狀態(tài)指示燈的顯示（以RVR功放為例），可初步判斷是否由于+50V電源（PS）故障而導(dǎo)致功率異常，是否有功放管異常等。第二，在線(xiàn)阻值測(cè)量法。在不加電狀態(tài)下，打開(kāi)機(jī)箱頂蓋，先觀察有無(wú)元器件表面發(fā)黑崩損等現(xiàn)象，再用萬(wàn)用表×1K的電阻檔分別對(duì)各個(gè)功放管的柵、漏極對(duì)地電阻進(jìn)行在線(xiàn)測(cè)量，正反向反復(fù)對(duì)比測(cè)量，發(fā)現(xiàn)有阻值相差極大（開(kāi)路或短路）的管子可能已經(jīng)損壞。第三，正確連接激勵(lì)器、假負(fù)載、功率表及電源等連線(xiàn)，將激勵(lì)器輸出功率降至5W左右。先開(kāi)功放電源，再加激勵(lì)器電源，觀察是否有電源組不工作，若有則關(guān)機(jī)，分別跳開(kāi)對(duì)應(yīng)的保險(xiǎn)管或接線(xiàn)端子，開(kāi)機(jī)測(cè)+50V電壓是否恢復(fù)正常，若能恢復(fù)，則證明所對(duì)應(yīng)的那組功放模塊有問(wèn)題。第四，靜態(tài)電壓測(cè)量法。在+50V電源正常的狀態(tài)下，若管子未完全損壞，只是輸出功率低或無(wú)功率輸出時(shí)，可通過(guò)測(cè)靜態(tài)偏壓有無(wú)或是否正常來(lái)判斷偏置電路是否存在故障元件，管子的工作效率是否已下降需要更換等。第五，靜態(tài)電流測(cè)量法。在靜態(tài)偏置電壓正常情況下，通過(guò)測(cè)量靜態(tài)漏極電流值是否在正常范圍（120～180mA），來(lái)判斷管子的放大能力是否已下降而需要更換。第六，溫度測(cè)量法。用測(cè)溫儀測(cè)量功放管表面溫升情況，在加激勵(lì)的狀態(tài)下功放工作5min以后對(duì)管子進(jìn)行溫度對(duì)比測(cè)量，若表面溫度與其他的管子相差很大時(shí)，可以判定該管子有問(wèn)題[7]。

由于大連廣播電視發(fā)射臺(tái)發(fā)射的大連調(diào)頻七套立體聲廣播均采用RVR發(fā)射機(jī)，通過(guò)幾年來(lái)的維修經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)如下：除103.3MHZ發(fā)射機(jī)（年代早）靜態(tài)值與其他六套廣播發(fā)射機(jī)有差別之外，其他靜態(tài)值大約如下：VDS=50V，Vbias=2.5～3.1V，靜態(tài)電流值約為130～180mA左右。

3.4 功放管SD2932的更換

SD2932是射頻大功率雙刪極場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFETS管），是MOSFETS電壓控制器件，若是安裝使用不合理，很容易損壞MOSFETS管。鑒于此，須嚴(yán)格遵照以下幾方面實(shí)施更換與安裝：

3.4.1 更換之前的準(zhǔn)備工作

第一，避免用手或是其他導(dǎo)體觸摸此管的柵極，由于人體或是導(dǎo)體帶有的靜電將會(huì)擊穿此管并造成損壞。在進(jìn)行此管安裝前，要及時(shí)清理安裝部位確保其整潔安靜，并在管子的底部涂抹導(dǎo)熱硅脂，之后將管子進(jìn)行固定。第二，在焊接工作開(kāi)始前，要先利用導(dǎo)線(xiàn)夾子及時(shí)連接?xùn)艠O和漏極電路部位和功放的地線(xiàn)。第三，電烙鐵的外導(dǎo)體位置必須要利用導(dǎo)線(xiàn)和功放的地進(jìn)行連接，才能開(kāi)始焊接。焊接工作開(kāi)展時(shí)應(yīng)該拔出電烙鐵的電源插頭，避免感應(yīng)電壓損壞管子。第四，盡可能避免使用萬(wàn)用表或是其他儀器對(duì)功放管進(jìn)行測(cè)試。

3.4.2 管子更換的程序

第一，拆除功放管的固定螺釘，并及時(shí)對(duì)管腳的焊錫進(jìn)行清除，取出壞管。為了保障散熱器接觸面積保持光滑平整，就要清理管座中的舊導(dǎo)熱硅膠等雜質(zhì)。第二，安裝新管前，先將SD2932的管腳從引線(xiàn)位置向上彎曲大約60°角。第三，在功放管和散熱器接觸面中均勻涂抹一層導(dǎo)熱硅脂，并重新安裝功放管的緊固螺釘。第四，利用60～80W的烙鐵加熱之后切斷電源進(jìn)行各個(gè)管腳的焊接工作。每次的焊接時(shí)間都要控制在5s以?xún)?nèi)，若是一次無(wú)法完成，停留幾秒之后在進(jìn)行焊接。第五，更換之后的功放管勢(shì)必要進(jìn)行柵極偏置電壓與輸入匹配的重新調(diào)整。第六，觀察功放窗口中其他各項(xiàng)參數(shù)是否正常，確認(rèn)后檢查機(jī)箱內(nèi)是否有遺漏的工具、雜物等，一切正常后恢復(fù)安裝，結(jié)束維修，做好維修記錄。

SD2932作為一種目前被廣泛使用的調(diào)頻發(fā)射機(jī)功放單元核心，其使用狀態(tài)和壽命直接關(guān)乎調(diào)頻廣播的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著新型場(chǎng)效應(yīng)管制造技術(shù)的日益完善與優(yōu)化，在此背景下，勢(shì)必會(huì)推動(dòng)其改革創(chuàng)新，而大功率的MOSFET管得以應(yīng)運(yùn)而生，更好地滿(mǎn)足時(shí)代的發(fā)展，最大限度地提升輸出功率，使全固態(tài)發(fā)射設(shè)備向著小型化進(jìn)行轉(zhuǎn)變，各種現(xiàn)象顯示，現(xiàn)如今是大功率的MOSFET管在全固態(tài)發(fā)射系統(tǒng)廣泛應(yīng)用的時(shí)代，更是未來(lái)發(fā)展的重要趨勢(shì)。