一、欠激励与过激励损坏行管的机理
行管主要工作在饱和导通与截止两个工作状态,也就是像控制水流的闸门一样,不停地开启与关闭,显然这需要一定的推动功率。如果这个功率偏小,就是欠激励,功率偏大就是过激励,那么为什么欠激励与过激励会损坏开关管呢?下面从开关管的工作过程谈起。
当触发行管导通正脉冲到来时,行管并不是立即导通,而是有一个延迟时间td,它对应于行管c极电流从0增至0.1倍最大电流Icm所经历的时间(见图1),延迟时间与管子的发射结电容充电时间有关,结电容越小或发射结所加正向脉冲电压越高,充电时间就愈短,td就越短。反之亦然。显然,当加在行管b、e极的正向脉冲电压过低时,就会使延迟时间td延长,来自e极的电子对发射结电容充电完毕后,开始向集电结扩散(除一小部分与基区空穴中和外),并在集电结附近积累,达到一定浓度后才向集电区大量扩散,这个所经历的时间称为上升时间tr,它对应于行管完全饱和导通时电流Icm的0.1~0.9倍所经历的时间,该时间除与管子基区宽度和集电结电容有关外,还与发射结所加正向脉冲电压高低有关,如果正向脉冲电压越高,b极电流Ib就越大,发射区发射的电子就愈多,tr就越短。反之亦然。而上述的td与tr之和就是管子的开通时间,即Ton=td+tr,由上述可知,当欠激励(发射结正向偏压过低)时,就会使td、tr相对延长,即Ton相对延长。也就是管子经过放大区的时间延长(tr实际就是管子经过放大区的时间),管子的开启损耗增大(因管子在放大区内阻较大),从而导致内部损耗过大,发热严重而损坏。
当管子发射结所加电压突然反向时,存储在集电结两旁(含集电结电容)上所在电荷会在反向电场力作用下形成反向b极电流“Ib反”并开始向截止方向转化,c极电流开始减小。有规定:存储在集电结两旁电荷消散所需时间为管子的存储时间ts,它对应于管子从饱和电流Icm减小至0.9Im所经历的时间。ts取决于存储在集电结的存储电荷多少和“Ib反”,而“Ib反”又取决于管子发射结所加的反向偏压,在激励不足(正向脉冲幅度不够)的情况下,它的反向偏压也会相应减小,同样会导致ts延长。
在c极电流开始减小后,基区和集电区的多余电荷还要继续消散(中和),故电流进一步减小,规定从0.9Icm下降至0.1cm所经历的时间为下降时间tf,这个时间也会随发射结所加反向偏压的减小而延长(实际上tf也是管子经过放大区的时间),于是有定义:ts+tf=Toff,Toff为管子关断时间。显然,欠激励时Toff会增加,同样会使管子经过放大区时间相对延长,即管子的关闭损耗增大。也就是说欠激励会使开关管的开启、关闭损耗均增大,导致内部发热过大而损坏。
其实,欠激励时,管子的工作电流会比正常时偏大一些,上面已提到,这也是损管的另一个原因。那么欠激励时为何会使管子的电流增大呢?由图2可看出这个问题。图2 (a) (b)分别是正常与欠激励情况下的开关管导通电流波形图,在图2(b)中,由于Ton1,和Toff1相对图2(a)中的Ton和Toff延长,也就是脉冲电流曲线的上升沿和下降沿曲率变得相对平缓,故整个曲线所围的面积相对变大,即开关管c极的平均电流变大。从另一角度考虑,由于周期不变,Ton1与Toff1延长后,实际上相当于开关管的截止时间to1缩短,开关管有电流通过的时间tN1(导通时间)延长,故平均电流增大就不难理解了。
那么过激励的情况是不是与上述结论完全相反呢?不是,俗话说“物极必反”,在开关管过激励(发射结所加正向偏压过大)时形成的b极电流Ib的确增大。td、tr也确实比欠激励时减小了,但这时由于管子出现深度饱和,基区和集电区存储的电荷就会过多,当发射结所加电压反向时,这些存储电荷被集电区来的空穴(正电荷)中和消散的时间就会相对延长,即ts、tf增加,也就是关闭时间延长,增加关断损耗。另外在过激励时如果正向脉冲过后的反向脉冲幅度也过高,就会又增加下一次正脉冲到来时给发射结充电的时间,导致td比正常激励时延长。这里您可能会问,过激励时td、tr的减少量会不会与ts、tf的增加量抵消呢?不会,ts、tf的增加量是会大于td、tr的减少量,正由于此,管子的导通时间仍比正常激励时增加,因此过激励时流过管子的平均电流也是增大的。由于脉冲周期不变,管子的截止时间相对减少。对于行管来说,相当于逆程时间变短,即行管导通时间相对延长,则行输出变压器各绕组形成的逆程脉冲(即输出电压)就会相对升高,这对行管除经受因过流功耗增大考验外,还面临过压击穿的威胁。
二、形成欠激励、过激励的主要因素
由上述可知欠激励与过激励是损坏行管的两个重要原因,那么有哪些因素导致欠激励与过激励呢?
1.形成欠激励的因素如下:
(1)行振荡器供电电压偏低;(2)行推动脉冲整形电路元件不良,比如行推动变压器初级或次级并接的电容不良; (3)行推动管β值减小,c极负载电阻阻值增大;(4)行推动变压器局部短路,行管基极回路的阻抗增大(比如有关元件焊点出现裂纹或印板铜箔有裂纹): (5)换用了所需激励功率过大的行管(一般而言,管子的功率越大,对应的激励功率也越大);(6)行管本身β值、开关特性下降; (7)行偏转线圈、行输出变压器电感量不足或绕制工艺差。
2.形成过激励的因素:
(1)行振荡器供电电压升高;(2)换用的行推动管β值过大或行推动管c极负载电阻阻值选择过小或行推动级供中电压升高;(3)所换行推动变压器初、次级匝数比不合适(初、次级绕组匝数比变小);(4)更换了与原机不相匹配的行偏转线圈或行输出变压器:(5)误取消了原机行输出管基极对地所接的缓冲电阻;(6)更换了与原机不匹配的激励功率过小的行管。
三、欠激励、过激励的鉴别及排除方法
上面已经谈到,无论是欠激励或过激励,都会使行管c极电流增大(管温升高),但通常增大值不会超过100mA,比如在正常情况下21英寸及以下彩电行管c极电流(注:在+B与行输出变压器的连接点串联一只1A量程的电流表测量)为280~400mA之间(指中等亮度),25—34英寸为400~500mA之间,如果是略大于这个范围,说明损坏行管有可能是欠激励或过激励所导致[注:如果是过压损坏,往往行管通电不久就击穿,外壳温度通常不高(即损坏时用手摸不烫手),如是负载短路过流损坏,行管c极电流往往要超出正常值很多。比如行输出变压器或行偏转线圈短路,行管c极电流21英寸及以下彩电会在600mA以上,25~34英寸彩电会在1A以上,视机型或短路情况不同有所差异]。
假定已判断行管是因欠激励或过激励损坏。那么又怎样具体鉴别行管究竟是欠激励还是过激励损坏呢?笔者的方法是:在行管b、e极之间并联一只100Ω/1W电位器,引线越短越好,最好将引脚直接焊在b、e极上,以减少电感(电容)效应。先将电位器阻值调至最大处。开机,一边逐渐调小电位器阻值,一边观察行管c极回路中串联的电流表读数,若电流表读数减小,管温下降,则表明原行管损坏是过激励所致。若阻值调小,电流表读数反而增大,行管温度继续升高,则说明原行管损坏是欠激励所为。当确诊行管是欠激励或过激励损坏后,就应对照上述欠激励或过激励形成原因,有针对性地逐条检查,能找出具体故障点当然更好。由于欠激励或过激励的形成因素有些比较隐蔽,比如所换行输出变压器电感量不足,漏感严重,管子开关特性变差或电路存在隐性裂纹等。因此,有时干脆采取补救措施进行修复。例如,对于欠激励,(1)适当减小行推动管c极负载电阻阻值,换用高β值(>100)的行推动管。(2)如果原行管c、e极并有缓冲电阻的(长虹系列机器不少并联了这一电阻),一般几十欧姆,可将该电阻阻值增大,甚至去掉。(3)换用b、e极内部所并缓冲电阻阻值较大的行管(带阻尼行管通常都并有缓冲电阻,其阻值可用万用表R×1挡,红笔接b极,黑笔接e极测出,通常为几十欧姆)或直接用功率相当的电源开关管在c、e极之间并联一只阻尼二极管来替代原行管,这样可以甩掉原行管内b、e极间所附的缓冲电阻。(4)换用开关特性更好的或驱动功率较小的行输出管,比如用彩显行管代替。笔者多次用彩显行管C4769代替D1426、D1427、D1555、D1556.均收到满意效果。反之,对于过激励,可采取上述相反的措施进行补救,也可以干脆在行管b、e极之间用上述调缓冲电阻阻值的办法确定一个最佳电阻,即调至行管电流最小时,取下电位器,用表量出阻值,然后用一等值固定电阻焊在行管b、e极上即可。顺便说明:不论是欠激励或过激励,在电路板空间允许的情况下,也可以用加大行管散热器面积的办法来补救,但不是最佳方法。