认识贴片元件(二).doc

认识贴片元件（之二）
——贴片二极管、稳压二极管、晶体管
2.2.4.1贴片二极管
1、贴片二极管的封装形式和电气参数
利用二极管的单向导电特性，在电路中实现整流、钳位、电位隔离与限幅等作用。贴片二极管的常见封装形式有：、矩形贴片二极管（外形同贴片电阻），黑色；圆柱无引线型，外形为透明红色玻璃管，带负极指示圆环；SOT23封装型贴片二极管，外形如同贴片晶体（三极）管，内含2只串联形式不同的二极管元件，又称为双单元贴片二极管，黑色；多单元贴片二极管，外形同IC电路，内含3只及3只以上二极管元件。

图2-14 贴片二极管外形图
贴片二极管的电气参数有IF（最大瞬时电流）、PD（最大容许功耗）、VBR（反向击穿电压）、Cj（结电容）、Trr（反向恢复时间）等共二十几个之多，换用时必须注意的是IF、PD、VBR和Cj、Trr这5个参数值，前3个关系二极管所承受的反向电压和最大流通电流，即二极管的功率类型。后两个参数决定二极管可以用于低频或高频电路中。用于普通低频电路时，可以不考虑后两个参数。
IO（最大工作电流）值为0.3A以下的二极管称为小功率二极管，大于0.3A 小于10A的为中功率二极管， 10A以上的为大功率二极管；Trr大于150ns的是低速度开关二极管，小于150ns并大于30ns的是中速开关二极管，小于30ns并大于1ns的是高速开关二极管；小于0.3W以下的为小功率二极管，0.3W以上至5W，为中功率二极管，5W以上为大功率二极管。
2、贴片二极管的标识与辨别
贴片二极管的标注法，有字母、数字代码或字母+数字代码标注法和颜色（代码）标识法两种，如印字“A3”的电气参数如下：PD——0.15W；IF——0.1A；VBR——80V；Trr——4ns。颜色标注法，则主要由负极侧标注的颜色查得型号，由型号再查出参数值来。
贴片二极管的极性辨别方法：
1）玻璃管贴片二极管，红色一端为正极，黑色一端为负极；
2）矩形贴片二极管，有白色横线一端为负极；
贴片二极管的好坏测量：在线测量，有明显的正向电阻小，反向电阻大的差异；脱开电路测量，（指针式万用表）正向电阻约为3k左右，反向电阻为数百千欧姆或无穷大；（数字万用表的二极管挡测量）正向电压降为0.3~0.6V左右，反向电压降为无穷大。
贴片二极管的在线辨别：
1）在电路板上，贴片二极管的元件序号一般标注为D+数字，如D1、D15等；VD，如VD1、VD10等；DD，如DD10、DD100等，以标注序号的不同，可以区分贴片二极管和贴片电阻。此处的“DD”，多加的“D”字系变频器生产厂家为区别电路功能所自行追加的，如电源/驱动板中的二极管元件标注为DD+数字，MCU主板中的二极管元件，标注形式则为D数字，以区别两块电路板的功能。此点须引起读者注意；
2）用万用表测量，以明显的正、反向电阻值的不同，来确定是二极管元件。
3）贴片二极管的容许功耗（功率值）一般在1W以下，体积大的功率值越大。
4）为元件上电测量，以验证为二极管还是稳压管，见后述；
5）从电路结构出发，类别元件是二极管、稳压管或是晶体管，见后述。
2.2.4.2贴片稳压二极管
贴片稳压二极管从外形、颜色和封装形式上，乃至从电路板上元件的序号标注上，和测量时正、反向电阻特性，都“酷似”贴片二极管，区分二者，确实需要下点功夫。
稳压二极管的三个重要参数值，即稳压值Vz、最大工作电流IO和最大耗散功率PD。可以依据这3种参数选用代换元件。贴片稳压二极管的稳压范围一般为3~30V，功率为0.3~1W，体积大，功率值也大。
1）稳压二极管的稳压值的数字+字母标注法：如5V1，稳压值是5.1V；
2）数字加色带标注法：色带表示二极管的极性（负极），数字表示稳压值。如15，稳压值是15V。
3）稳压值的色环标注法（仅供参考，须查证产品资料落实）。一般为2色环或3色环标注法，色环所对应数值同电阻色环标注法。用于玻璃体圆柱体的贴片稳压二极管，靠近负极的为第一色环，是10位数，第2道色环是个位数，第3道色环为小数点后数值。如棕黑黄，是10.4V的稳压二极管。（注意，有些稳压二极管，色环其实是颜色代码，其稳压值须查相关产品资料或上电验证。）
4）从电路结构判断是稳压管，如下图2-15所示：
这是一个控制端子的-10V辅助电源电路，从开关电源来的-15V，经限流电阻R35/39和10V稳压二极管稳压后，取得-10V辅助电源，用于外接电位器进行调速，从电路构成、控制端子上的-10V标注等判断， D1器件应该是10稳压二极管器件。

图2-15 从电路构成判断稳压管和稳压值
这是一个控制端子的10V辅助电源电路，从开关电源来的15V，经R、D降压，取得10V辅助电源。从电路构成、控制端子上的10V标注等判断，ZD1器件应该是稳压二极管，而且稳压值是10V。
5）准确的测量方法。用提供外加电源，串接限流电阻的方法，可以准确测知元件是否为稳压二极管，及稳压值，这种方法，在线（电路板停电状态）和离线测量，都比较准确，因为R的限流作用。也不会损坏电路板上其它的元件。

图2-16 稳压管的判断和测量电路
接通电路，测量稳压管ZD两端的电压值，若低于供电电源值，说明稳压二极管处于反向击穿状态，测量值即为稳压值，若等于电源电压，所测器件可能为二极管。选合适的R值，使流过被测元件的电流值在2~10mA以内，一般不会损坏测量元件。为了使测试范围宽一些，可提高电源电压的值。但用于变频器控制电路的稳压管，其稳压值一般不超过24V，选用24~30V直流电源就可以了。
6）从相同电路结构判断元件类型和稳压值。

图2-17 在线（上电）测量得到稳压管的稳压值
图2-17电路，是变频器IGBT驱动IC的供电电源，多路供电电路是相同的。当DD2损坏时，上电后测量2）电路中a、b两点之间的电压值，可以得知DD6的稳压值，从而得知DD2稳压二极管的参数，并找到代换器件。
2.2.4.3贴片晶体管
贴片晶体管，是一种半导体器件。广义上包含双极型半导体晶体管（BJT，有两种载流子——自由电子和空穴参与导电），与场效应半导体晶体管（FET，多数载流子参与导电，称为单极型晶体管）。狭义上专指双极型晶体管，相对于二极管而言，俗称三极管的半导体器件。本文特指双极型器件，对场效应器件在驱动电路和主电路一章中有专文介绍。
相对于二极管而言，晶体管又称为三极管，因而贴片晶体管又称为贴片三极管，颜色为黑色，一般为3引脚、4引脚封装形式。出于加大功率值和利于散热考虑，尚有IC（如8引脚IC外形）封装形式的贴片晶体管，只有3个引脚是有效引脚，其它引脚是空置的（或集电极占用6个引脚）。根据结构不同，可分为NPN和PNP两类，二者的区别是电流方向不同；依功率分类，分大、中、小三类，贴片晶体管的功率值一般为0.1~0.5W，属于中、小功率类型；依频率分类，分低频（ft为3MHz以下）、中频（ft为30MHz以下）、高频和特高频（ft为30MHz以上）类型。

图2-18 贴片晶体管的外形图
1、贴片晶体管的电气参数和测量方法
主要电气参数：
1）晶体管都有3个反向击穿电压值，分别是：基极开路时集电极—发射极反向击穿电压（Vceo）、发射极开路时集电极—基极反向击穿电压（Vcbo）和集电极开路时基极—发射极反向击穿电压，决定晶体管正常工作的电压范围；
2）集电极电流IC（最大集电极电流ICM），决定晶体管的工作电流范围；
3）允许功耗PC（最大允许功耗PCM），此值和工作电流及封装形式有关；
4）特征频率值fT，此值决定着晶体管适用于低频或中频、高频电路；
5）直流放大倍数hFE，决定着晶体管的电流放大能力。
此外，晶体管的导通饱和压降VCE和反向漏电流等参数，在特殊场合下，也需要考虑。
在一般低频或控制应用场合，需要关注的是Vceo、IC、PC三个基本参数。
晶体管的简易测量方法：
贴片晶体管的测量结果，是内部两个PN结的正、反向电阻值，或正、反向电压值（数字万用表测量时）。以测量NPN型贴片晶体管为例。用数字万用表测量，当基极接红表笔时，黑表笔搭接另两极，都显示0.6V左右的正向电压值。基极接黑表笔时，显示1。发射极与集电极之间，无论怎么测量，都显示1；用指针式万用表测量，则显示如同测量二极管一样的正、反向电阻值。因为贴片二极管体积很小，测量hFE值比较困难，一般也省去这一步骤。带电阻贴片晶体管，因内部电阻的原因，基极和发射极之间的正、反向电阻值比较接近。
正、反向电阻为零，或电阻值极小，或正、反向电阻值接近（带阻贴片晶体管除外），和集电极、发射极之间有电阻值，均说明晶体管已经损坏。
2、贴片晶体管的封装形式、内部结构及测量特点
1）3端元件，外形同双单元贴片二极管，测量结果同双单元贴片二极管，公共端为基极，管脚排列方式一般为左基极、右发射极、中间集电极；
2）4端元件，其中（往往是中间相对应的）两端子是相通的，从背面可看出直接相连接，多为集电极，兼用于散热，将相连的端子当作一个端子，集电极，测量结果如同3端元件；
3）带阻贴片晶体管，内部有基极串接电阻R1和发射结并联电阻R2，测量结果是发射结正、反向电阻值相近。带阻贴片晶体管R1/R2的比率为：10kΩ/10kΩ、22kΩ/22kΩ、47kΩ/47kΩ、1kΩ/10kΩ、4.7kΩ/10kΩ、10kΩ/47kΩ、22kΩ/47kΩ、47kΩ/22kΩ。

图2-19带阻贴片晶体管外形及等效电路
4）双单元贴片晶体管，内含两只独立的晶体管器件或共发射极连接引出的两只晶体管器件，应用不
多，在此不予介绍了。
4、贴片晶体管的标注方法：
主要是代码标注法，元件表面的印字有单字母、双字母、多字母、字母+数字等多种标注方式。由印字（代码）查资料得知元件的具体型号，再由型号查资料得知该元件的相关参数值。单单从印字上，往往看不出晶体管的使用参数。贴片晶体管的印字具有“一代多”的现象——相同的印字可能代表不同的贴片晶体管。而且同一家的产品，也可能有“一代多”的现象。如果手头没有相关资料，从代码本身“猜测和判断”晶体管的类型和使用参数，有点“天机难以参透”的意味了。一定要找到别的简易和有效的方法，不再依据代码，便能大大致确定元件的类型和参数，并找到代换元件，才是最根本的解决办法。
6、贴片晶体管的在线鉴别方法：
1）贴片晶体管在电路中元件序号一般标注为Q+数字、T+数字、DT+数字、VT+数字等，如Q1、Q2，T10、T23，VT1、VT6，DT2、DT4等等，可根据序号标注找到贴片晶体管元件。
2）根据“左基右射中间集”的电极引出规律（个别元件可能不是这个规律），测量发射结和集电极的正、反向电阻值，应该有较大差异。
3）为电路板上电，测量3个端子的（静态工作点）电压值，应用于变频器电路的贴片晶体管多工作于直流开关状态，一种情况是处于截止状态：Ube=0V，Uce=电流电压；一种情况是饱和状态，Ube=0.7V，Uce=0V（或接近0V）。说明元件是好的。若传输脉冲信号，如数码显示器的驱动信号，则Ube=0.3V左右， UC电压处在高于0V低于电源电压的中间值。
4）由电路结构区别相关元件是贴片二极管还是贴片晶体管。假设元件的序号标注不够清楚，又因为双单元贴片二极管和贴片三极管的外形极为相似，则只有分析电路，才能见出端倪，见下图示例。

图2-20 贴片晶体管与贴片二极管在电路中的作用中和连接不同示意图
上图1）电路中D16是3端贴片元件，为信号传输电路，信号在（一个点）a点上输入和输出。D15的另两个端子直接接+5V和电源地，起到对输入信号电压的钳位作用，将输入信号电压值钳位于-0.7~+5.5V。显然该元件不能是贴片晶体管（元件导通时会令+5V电源短路，工作条件不成立），判断其为贴片双单元二极管，条件成立：是一个二极管信号钳位电路。
上图2）电路中Q3也是一个3端贴片元件，信号从一端（a点）输入，从另一个端子（b点）输出，输出端串接负载电阻R24接供电5V，配合3个端子之间的正、反向电阻测量，判断该元件为NPN型晶体管。现测得Ube=0.7V，UC=0V，说明三极管处于饱和状态。进一步进行动态测验，用导线短接发射结时，UC电压（因晶体管截止）上升为5V。显然，判断该元件是贴片晶体管的条件完全成立：是一个晶体管反相器电路。
由电路构成、信号输入、输入方式分析，可以判别同相封装形式的贴片器件的“真实身份”。
2.2.4.1贴片二极管、稳压管、晶体管的代换
综上所述，确定贴片元件是什么类型（如二极管、晶体管或稳压管），根据元件序号、电路构成、测量结果得出准确结论，并不困难。但进而想根据元件上的印字，得知元件的工作参数，如果手头没有资料（而且一般维修者手头很难有比较完备的资料，作者做为资深维修者也不例外，因为新器件层出不穷，资料储备总是撵不上趟儿），几乎是不可能的事情。那么，贴片元件损坏后，如何确定其工作参数，并进行代换呢？如果维修者因难以破解元件参数，被“卡”在这儿，往往会因查不到元件资料而苦恼，因无从下手修复而迟滞了修复时间，甚至造成设备的无法修复！维修者一定要攻破这个“关隘”，不再依赖于元件代码，确定元件参数并找到代换元件。
那就要从该元件所在的电路着手，从电路原理分析、元件在电路中的位置和作用、元件所承受的电源电压和可能流过的电流值、从具体电路构成和特点入手，从中找到“规律性的脉络”，让所有的阻碍迎刃而解，做到对贴片元件的识别和修复，不再成为一个问题！让我们现在换一个思路：
1）从变频器的整机电路来看，对某一元件如贴片二极管，应用的“布局”如何——有哪几部分电路要用到贴片二极管？
2）贴片二极管在某电路中起到的作用是什么？选取什么样的参数值才能满足其应用要求？
3）什么电路中贴片二极管故障率低，什么电路中的贴片二极管故障率高？
根据以上3点，根据电路需求来选用贴片二极管的参数值，某电路的元件损坏，用符合电路要求、换上即能保证其正常工作的元件，就中。对故障率高的元件，可以采购部分备件。如此一来，选件的问题变得非常简单，有些元件只需一、二种配件，就能愉快胜任修复和代换任务。
1、贴片二极管的代换
变频器电路中，除去开关电源电路（后文专述）中用到的贴片二极管，控制电路用到的，可分为两类：
1）用于MCU接口电路中的、用于信号电压双向钳位的贴片二极管元件，以双单元封装形式的为多。另外，电流检测电路中有于信号隔离和小信号整流的，也多为双单元封装形式。此类贴片二极管元件，用于低电压微电流的小信号回路，供电电压级别一般为5V或15V以下，流通电流仅为几个毫安或更小，电路传输信号为直流或者是频率仅为KHz级别的脉冲信号；
2）用于DC24V继电器的控制电路中，并联于线圈两端，称为续流二极管（提供线圈驱动管反向电流的通路，吸收线圈电源断开时产生感应电压）或线圈反向电压释放二极管。电路的工作电源为24V，线圈工作电流30mA左右。
用于这两处电路的似乎不用考虑它们的工作频率方面的参数，只要耐压为50V以上，电流100mA以上，就能满足使用要求。一般贴片二极管均能达到使用条件，只要考虑便于安装即可。
普通的快速小功率开关二极管1N4148的主要参数值如下：VBR =80V，IF =100mA（或至300mA），PD=500mW，Trr=4ns；双单元贴片二极管A3的主要参数值如下：VBR =80V，IF =100mA，PD=150mW，Trr=4ns。
用于实际电路中，无论什么封装形式的贴片二极管，都可用普通开关二极管1N4148代换。如果考虑到安装美观和便利，可用贴片封装的CD4148代换；对双单元的贴片二极管器件，可用贴片二极管A3代换。应急修复，也可以用两只1N4148串联代换。
电路板上用小信号处理的所有贴片二极管元件，用（一种）普通的1N4148元件或A3贴片元件代换，就完成任务，不用再去考虑损坏原件是何型号，和工作参数如何了。
2、贴片稳压管的代换
变频器电路中，除6路（或4路）驱动电路所用到贴片稳压二极管（后文专述），其它电路用到稳压二极管的地方很少。遇有损坏时，完全可购买普通的耗散功率0.5W或1W左右的稳压二极管（如1N47xxx系列稳压管）来代用，因用量少损坏率低，没必要专备贴片元件。
1N47xx系列稳压二极管的稳压范围3.3V~100V，最大功耗1W，工作电流100mA左右。可代替变频器电路板上的所有稳压管元件。
表2-1 1N47xxx系列稳压二极管的稳压值
型 号
稳压值(V)
型 号
稳压值(V)
型 号
稳压值(V)
1N4728A
3.3
1N4734A
5.6
1N4740A
10
1N4729A
3.6
1N4735A
6.2
1N4741A
11
1N4730A
3.9
1N4736A
6.8
1N4742A
12
1N4731A
4.3
1N4737A
7.5
1N4743A
13
1N4732A
4.7
1N4738A
8.2
1N4744A
15
1N4733A
5.1
1N4739A
9.1
1N4745A
16
3、贴片晶体管的代换
1）变频器电路中，一类贴片晶体管器件充当开关器件——实施对充电继电器、工作状态指示继电器线圈的电源通、断控制，或充作散热风扇的“电源开关”，控制继电器产生吸合或释放、风扇运转或停止。这类贴片晶体管对频率（fT）参数没有什么要求，只是控制直流电流的通、断，只要集电极电流（IC）值大于实际工作电流的2倍以上，反向击穿电压（Vceo）值高于实际电路电源电压的2倍以上，就能应用了。
普通晶体管中的S8050（NPN型）、S8550（PNP型）；9014（NPN型）、9015（PNP型）等，都能胜任。大功率变频器电路中散热风扇的工作电流和功率要大一些，可采用功率大一些的晶体管，如D882（NPN型）、B772（PNP型）等，所有问题，则能一古脑儿地解决。
S8050/S8550的主要工作参数：PCM=0.625 W，ICM=0.5 A ，V(BR)CBO = 40 V。
D882/D772的主要工作参数：PCM=1.25 W，ICM=3 A ，V(BR)CBO = 40 V。
当然，用普通晶体管代换贴片晶体管，焊接操作上应该注意，占用空间较大。但此类元件的损坏率较低，偶尔遇上，用普通晶体管修复，可以满足要求。也可以选同类型贴片晶体管备用，如小功率贴片晶体管2SA1774Q/R/S（印字Q/FR/FS3种器件的参数相同）、中功率贴片晶体管2SB1038P/Q/R（印字BFP/BFQ/BFH，3种器件的参数相同）。需说明的是，随着技术的进步和工艺水平的提高，以上晶体管的fT值都已轻易达到30MHz以上，用于中、高频电路都没有问题的，用在变频器的任何电路中，都无须考虑这一项了。
2）中、大功率变频器，驱动IC输出的脉冲信号，需要末级功率放大电路进行电流/功率放大，再驱动IGBT，末级电路往往选用贴片或非贴片晶体管完成功率放大任务，代换元件的选型，后文有专门讨论。
对贴片元件的识别和代换，初学者往往太把它当回事儿，随着检修进程的深入和技术能力的提高，将识别能力逐渐积累到一定火候，经验就会参与其中，对各种现象——如型号、引脚、电源供给、外围电路等因素起到引导、整合归纳等既是理性又是感性的甄别作用，达到识别贴片元件型号并不耗费心力（不耗费无谓心力），只是就事论事（以该器件在电路中的位置和作用），判断出该器件的电路类型。即使不能购到同型号器件，用其它同类型的器件来代用，从容完成检修任务。不必斤斤计较于元件标识，和无法查到资料。多年的检修工作中，作者已经不再为元件本体上有无标识（印字）、无法相到元件相关资料，而费心和苦恼，测量一下，观察一下元件在电路中的位置和作用，即能轻易判断该元件是什么器件，并“顺手”找到代换元件，完成修复任务。对贴片元件的识别和修复，已经不成一回事儿。以上内容通过对一些贴片元件标识的认识，和检测方法的介绍，逐步过渡到甩开元件标识，辨别元件类型和找到合适代换元件的目的。

（中华工控网原创文章 转载请注明出处）

咸庆信
2012年5月25日

参考文献：《图解贴片元器件技能 技巧问答》 许小菊等 编著

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