功放换管的实践准备:晶体管好坏的简单检测
晶体管的损坏大致有三种情况,一是短路;二是开路;三是性能不良。无论哪种情况,用万用表的欧姆挡都可以作简单的判别。功率晶体管的故障以短路居多,小功率晶体管则是短路和开路故障大致各占一半。
检测晶体管大致有两种方法:在线检测和离线检测。所谓在线检测,就是在晶体管的安装位置直接检测,不断开它与外围电路的连接,也不用从安装位置卸下来;所谓离线检测,就是将晶体管从电路中脱离开来,单独进行检测。 在线检测虽然简单,却能够判别多数故障,因此,一般是先在线检测,然后进行离线检测,进行故障确认。判断开路故障一般需要进行离线检测,判断晶体管是双极性晶体管还是场效应管,如果从型号不能确认,因为偏置电路(外围电路)的存在,一般也需要离线检测。
检测判别双极性晶体管的好坏,指针式万用表和数字式万用表均可,对万用表的精度也没有什么特别的要求,最普通的品种即可。但是简单判别功率场效应管的好坏则需要用指针式万用表,多数数字式万用表难以胜任,这是笔者在《玩转老功放》中推荐优先准备指针式万用表的原因。本文检测也均以指针式万用表为例,万用表的型号是常见的MF-47型。
晶体管的短路损坏检测 1.
功率晶体管的短路损坏是最常见的,如果保险管(丝)烧断了,多半存在这样的故障,确认方法也很简单,换上同规格或者近似规格的保险管(丝),在市电规格正确的情况下,不接负载(音箱),如果又烧断了,就说明功率晶体管存在短路故障。
断开功放与负载的连接,在印制板的背面(铜箔面),即基本没有元件的一面,找到要检测的晶体管的三个脚。如果是直接固定到散热器上、通过连线与印制板相连的晶体管(TO-3封装的常用这种方式),就在散热器上找。 将指针式万用表的欧姆挡置于×1挡,用两只表笔分别检测待测晶体管三个电极中的任意两个,然后黑、红表笔对调,接着再换另外两个,直到三个电极两两都用黑、红表笔测量一遍,最多需要测量6次。
如果在测量过程中出现测量结果小于5Ω的情况,一般来说,这只管子就可能已经短路损坏了,需要从印制板或者散热器上拆下来复测,以便进一步确认。如果拆下来测量的结果照旧,即有两只引脚之间的电阻值小于5Ω,就可以确认这只管子损坏了。无论是双极性晶体管还是场效应管,上述方法均适用。
为晶体管的离线检测做准备 2.
晶体管离线检测需要将其拆下来或者断开它与电路的连接,比较费时、费力。电路有可能存在其他并发故障,因此一般在进行离线检测之前,先要简单确认一下是否存在简单故障,如有线路接触不良或者连接不好、外围元件烧坏等,其检测过程大致如下:
(1)凭肉眼观察功放板上的元器件是否有异状,是否有烧黑烧焦的(常见的是电阻),电容是否有鼓包、开裂的,晶体管是否有开裂的等。
(2)查看功放的输出端是否有保护装置。常见的是继电器,它的外形特征很明显,在功放板上比较容易辨识,如图3所示。如果不熟悉,上网查一下,也不难熟悉它。当然功放板上的继电器有时候也可能不是输出端的保护装置,因此经验不足时,可以顺着线捋一下,继电器的动触点是不是与功放的输出端相连,即与音箱连接的端子相连,静触点是不是与功放输出级的晶体管的某一个管脚相连或者通过一个很小阻值的功率电阻与之相连。找到并确认继电器后,上电,注意是不是能听到继电器吸合的声音。如果能听到,用镊子或者螺丝刀的金属前端碰触同一组触点的静触点和与功放那个输出端连接的动触点,看音箱中是否有声音。如果有了,说明继电器的触点坏了,需要更换。如果没有,大致可以说明功放电路有故障。如果没有继电器的吸合声音,用万用表的直流电压挡(50V挡或者相近的挡位)测量继电器的静触点(红表笔)与地(黑表笔)之间电压。如果有偏转但是不大,保持表笔不动,逐渐减小挡位。如果测量的结果小于1V,一般是说明继电器本身或者控制电路有故障了,可以临时将同一组触点的静触点与动触点短接。如果故障消除了,一般更换继电器即可。如果依旧,说明继电器的驱动电路有故障,查找故障或者不用输出保护(分别短接继电器同一组触点的静触点与动触点)。功放输出端的保护装置也不仅限于继电器,如这台TA-1150D采用的是不太常见的氖管。这种氖管的内部触点为常闭状态,其中采用双金属片支撑的为动触点,两个触点之间还接有电阻丝。当输出电流过大(负载短路或者功放有直流输出时),双金属片发热,因为构成的双金属片的两种金属的热膨胀系数不一样而发生弯曲,动触点与另一个触点脱开,功放输出与负载之间相当于串接了一个电阻,限制了输出电流的大小。其动作原理与老式日光灯中的启辉器非常相似,如图3所示。
功放的输出保护装置:继电器与氖管 图3
(3)如果输出保护装置没有故障或者没有输出保护装置,用“干扰法”大致判断故障是出在功放级还是前级。找到并确认功放后级部分的信号输入端,通常是与前级通过屏蔽线连接部位,或者是与背板的线路输入端连接的屏蔽线。在外壳打开的情况下(注意安全),将功放与音箱连接好,用(试)电笔的金属前端碰触已经确认的信号输入端。如果故障依旧,说明功放的确存在故障。电笔的用法和测试市电火线的方法相同,手要触摸电笔另一端的金属部分。如果有了一定的经验(能够确认信号输入端没有可能让人触电的高压)并且确认了信号输入端,可以直接用手去触摸。
(4)如果故障不能确认,用“震动法”来粗略判断一下是否存在接触不良的故障。将功放与音箱连接好,在上电条件下适当用力拍功放的外壳,音箱中是否有断续的声音,哪怕是尖锐的噪声。
(5)如果没有,打开功放外壳,将所有的连线轻轻扯一遍。然后,在外壳打开的情况下,将功放与音箱连接好,上电,看故障是否依旧。
(6)如果依旧,将所有带连接插头的连线拔下来再插上去。然后,在外壳打开的情况下,将功放与音箱连接好,上电,看故障是否依旧。
(7)如果依旧,用电烙铁将功放板上所有的焊点仔细焊一遍。如果能分清左、右声道,只复焊一个声道即可。复焊一遍后,上电试机,看故障是否依旧。 (8)如果依旧,呵呵,很不幸,你遇到的故障可能并不是简单故障。 接下来将晶体管逐个拆下来用万用表检测一下,顺序是先大功率管后小功率管。如果能查到坏管,换管后如果故障能够消除,那是万幸。如果不能,放弃维修也许是更明智的选择。理由是:如果换管不能解决问题,说明这台老功放的故障并不简单,而老功放一般分立元件用得比较多,电路也显得比较复杂,故障处理起来比较费时费力,有时候会走很多弯路而不得要领,除非是为了培养和锻炼自己的维修本领,其他故障大多并不值得去耗费更多的时间去钻研。另外,从经济性考虑,老功放本身大都比较廉价,花太多的时间修理也并不划算。如果是为了研究老功放的设计思路,从电路原理下手显然更为便捷,本文的高级篇将讨论这个问题。
晶体管的简单离线检测 3.
离线检测晶体管的目的是在判别晶体管的好坏的同时能够判别它的电极。判断双极性晶体管与场效应管的方法不太一样,先看双极性晶体管。 (1)双极性晶体管的离线检测
双极性晶体管的离线检测要用指针式万用表的×1k挡,方法与在线检测一样,检测两只引脚之间的电阻值,并且要红、黑表笔对调复测一次。 如果有一只引脚和另外两只引脚之间的电阻值均为10kΩ左右(并不一定相等),说明这只管子是双极性晶体管,我们暂时称这只引脚为A。黑、红表笔对调后,复测,管脚A与另外两只引脚的电阻值接近无穷大,就基本可以说明这只管子是好的。如果有任意一个现象与上述不符,则说明这只管子可能有问题。还有一种情况可能是,这只管子是达林顿管,最好根据型号查阅其技术文档确认。达林顿管的检测需要用×10k挡,方法与上述检测方法大同小异。因为在老功放中,功率达林顿管很少见,公开的资料也很容易查阅到,判别方法在此不再赘述。如果接A的表笔为黑表笔,那么这只管子是NPN型的;如果接A的表笔是红表笔,那么这只管子就是PNP型的。 双极性晶体管的三个电极分别为基极(b或B)、发射极(e或E)、集电极(c或C),上文中的电极A就是基极,其余两个电极,其中必有一个电极与散热片相连,即两者之间的电阻为0Ω,那么这个电极就是集电极,剩下的一个就是发射极。
如果是绝缘封装的功率管,本体散热片没有外露,或者是小功率三极管,没有本体散热片,可以这样简单判别:先按照上述方法判别基极,确定基极后,将印字的一面朝向自己,引脚向下。如果基极位于最左侧,那么从左至右依次是基极、集电极、发射极。如果基极位于中间,那么从左至右依次为发射极、基极、集电极。这个方法虽然有例外,但是极少见。如果有疑问,查阅这个管子的技术手册是最为保险的方法。
公开的资料有另外一种方法是:辨明基极后,用万用表的1kΩ挡测量剩下两只脚的电阻值,并将红、黑表笔对调复测,对于NPN管,测量值小的一次,黑表笔接的是集电极,但是这个方法的例外很多,而且一般只是适用于NPN管,还是查阅技术文档更为保险和便捷。
接下来分析辨别基极的过程中出现的其他情况:如果无论怎么测量,三只管脚两两之间的电阻值都很大,那么这只管子可能开路坏了,也可能是
场效应管。如果只有两只引脚之间电阻值为10kΩ左右,红、黑表笔对调后,电阻值变为接近无穷大,那么基本上可以确定这是一只场效应管。如果有两只引脚之间的电阻值在数十千欧姆,或者远小于10kΩ但是大于1kΩ,这时候需要将三只引脚用导线短接一下,再次复测,手不要同时碰管子的任何两只引脚或者一只引脚及管子的其他金属部分(如散热片)。如果电阻值变为无穷大,也可以基本确定这是一只场效应管。
场效应管的三只引脚名称为栅极(G)、漏极(D)、源极(S),功能分别与双极性晶体管的基极、集电极、发射极对应;导电类型分为P型(P沟道)和N型(N沟道),分别类似于双极性晶体管的PNP型与NPN型,而且也是P型的较为少见和昂贵且很少有耐高压型号。
上述测量方法适用于绝缘栅增强型的场效应管,大功率场效应管目前基本上都属于这种类型,极少有例外,并且引脚排列顺序都是一样的,即将待测管子印字面朝向自己,管脚朝下,从左至右分别是栅极、漏极、源极,其中漏极与散热片相连。如果上述测量疑是场效应管,需要进一步做测量。
(2)功率场效应晶体管的离线检测
虽然TA-1150D没有用场效应管,但是在其他的老功放中,可能会采用功率场效应管,掌握其简单的判别方法还是有备无患的。
将指针式万用表的欧姆挡置于× 10kΩ挡,将待测管子印字面朝向自己,管脚朝下,将万用表的黑表笔接漏极(中间的引脚或者散热片),红表笔接源极(最右侧的引脚),腾出一只手来,用手指同时摸一下栅极(最左侧的引脚)和源极,这时候不管万用表的指针原来的状态,此时的电阻值指示均应该是接近无穷大,并且手放开后,上述现象能够保持很长时间;接着用手同时摸一下栅极和漏极,此时的电阻指示范围为几十千欧姆至几百千欧姆,并且手放开后,上述现象能够保持很长时间,具体操作如图4所示。
近型换管 近型换管就是要找到与待换管相近的晶体管来代换,在互联网普及的今天,已经不是什么太难的事情了。 TA-1150D上所用的晶体管近型代换型号如附表所示。其中摩托罗拉的半导体部门就是现在的ON(安森美),ON与摩托罗拉的同型晶体管产品是可以直接代换的,而市场上又比较容易购买到ON的晶体管。 附表 TA-1150D上所用晶体管的近型代换 型号 制造商 三洋 东芝 日电 日立 松下 索尼 三菱 罗姆 摩托 罗拉 SANYO TOSHIBA NEC HITAHI Panasonic SONY MITSUBISHI ROHM MOTOROLA 2SA670 日立 2SB508 2SB596 2SA1069 2SB856 2SB941 2SB1033 TIP32B 2SC106 日立 2SD314 2SD526 2SC2516 2SD1135 2SD1266A 2SD2023 TIP31B 2SA706 索尼 2SA1708 2SA1315 2SB984 2SB647 2SA777 2SB1041 BD416 2SC1124 索尼 2SC3902 2SC1265 2SC2690 2SD667 2SC2803 2SD1563A BD415 2SA678 索尼 2SA984 2SA499 2SA953 2SB561 2SA720 2SA677 2SA1399 2SA933 2SC945 日电 2SC4641 2SC1815 2SC2308 2SC1685 2SC2320 2SC1740 2SA735 索尼 2SA678 2SC1362 索尼 2SC4641 2SC1815 2SC1843 2SC1344 2SC3311A 2SC632A 2SC1740LN