程院蓮

（廣州番禺職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械與電子系，廣東廣州 511483）

0 引言

半導(dǎo)體二極管是電子產(chǎn)品中的重要元器件，通常可用指針式萬(wàn)用表歐姆檔判斷其極性，并可以初略判斷二極管是否損壞。目前教科書及相關(guān)資料中都采用歐姆檔R×1k或R×10k來(lái)測(cè)量其正向、反向電阻，測(cè)量誤差較大。本文從指針式萬(wàn)用表歐姆檔的工作原理和半導(dǎo)體二極管的特性著手，闡明測(cè)量二極管等半導(dǎo)體器件應(yīng)該使用指針式萬(wàn)用表的R×1 和R×10k 檔，以獲得更高的測(cè)量精度。

1 指針式萬(wàn)用表歐姆檔工作原理

圖1 是指針式萬(wàn)用表置于歐姆檔的原理圖，其中電阻RX功率是15 W，電感L是驅(qū)動(dòng)萬(wàn)用表指針偏轉(zhuǎn)的表頭，滿度偏轉(zhuǎn)電流是50 μA，L的內(nèi)阻是1 kΩ（表頭電阻），R 是表頭串聯(lián)可變電阻（歐姆檔零點(diǎn)調(diào)整），表內(nèi)電池1.5 V，紅表筆接電池負(fù)極，黑表筆接正極[1]。

圖2是指針式萬(wàn)用表紅、黑表筆連接后的等效原理圖。由圖2 可得出，紅、黑表筆相連，1.5 V電池和電阻RX組成一個(gè)回路，電流由電池的正極流出，經(jīng)過(guò)電阻RX及紅、黑表筆，流入1.5 V 電池的負(fù)極。根據(jù)歐姆定律，可以得出電流Ia為0.1 A（Ia=U÷R=1.5V÷15 Ω=0.1 A），Ia也是流過(guò)紅、黑表筆間的電流，電阻RX上的壓降URX為1.5 V（U·RX=0.1A×15 Ω=1.5 V），電池內(nèi)阻極小，忽略不計(jì)。萬(wàn)用表歐姆檔的紅、黑表筆連接，則表指針應(yīng)由表盤上∞（無(wú)窮大位置），向右偏轉(zhuǎn)指向0 W（歐姆）位置，表頭的電流即為偏轉(zhuǎn)滿度電流50 μA，此時(shí)，L和R的總串聯(lián)電阻為30 k Ω（1.5 V÷50 μA），那么R 此時(shí)的電阻值是29 k Ω?？紤]到電池的誤差因素，R 一般選可變電阻，紅、黑表筆連接時(shí)，調(diào)整R（歐姆調(diào)零電位器）至指針正好指示為零（偏轉(zhuǎn)90度）。

圖1 指針式萬(wàn)用表置于歐姆檔的原理圖

圖2 紅、黑表筆連接后的等效原理圖

若測(cè)量一只功率為15 W的電阻，此時(shí)的等效電路如圖3 所示，根據(jù)歐姆定律可以計(jì)算出電路中的電流Ia1是0.05 A（Ia=U÷R=1.5V÷（RX+RZ）=1.5V÷30 Ω=0.05 A），電阻RX上的壓降UR為0.75 V（URX=Ia×RX=0.05A×15 Ω=0.75 V），此時(shí)，表頭回路的電流Ib1是25Ua（Ib=URX÷（R+1000 Ω）=0.75V÷（29 k Ω+1000 Ω）=25 μA）。由于表頭的滿度電流是50 μA（偏轉(zhuǎn)90 度），那么25 μA 電流流過(guò)表頭，表頭正好偏轉(zhuǎn)滿度的一半（45 度），指針指示在萬(wàn)用表刻度的中間位置，這個(gè)萬(wàn)用表歐姆檔的中心刻度就是15 Ω。

圖3 測(cè)量一只15 Ω 的電阻的等效電路圖

如把圖1 中的RX值改成150 Ω，那么只有當(dāng)被測(cè)電阻RZ是150 Ω 時(shí)，表針才會(huì)偏轉(zhuǎn)到中心刻度位置，這樣在表盤上，測(cè)量電阻的阻值分辨率清晰的范圍就改變成為阻值較高的一端范圍了，此時(shí)中心刻度為150 Ω，為15 Ω 的100 倍，那么分別把RX換成150 Ω、1.5 k Ω、15 k Ω、150 k Ω，相應(yīng)的中心刻度也隨RX阻值的變換而變換，測(cè)量電阻阻值的范圍也就不斷向高阻值擴(kuò)展了，從而有R×1、R×10、R×100、R×1k、R×10k倍率的測(cè)量檔位了。檔位以10倍率向上擴(kuò)展，主要是表盤刻度的指示數(shù)值讀取方便（刻度乘10倍率，讀取阻值數(shù)比較簡(jiǎn)單方便）。圖4就是指示式萬(wàn)用表歐姆檔設(shè)置倍率變換的原理圖。在R×10k 倍率檔位，由于此時(shí)限流電阻RX的阻值為150 k Ω，如果電池電壓仍然為1.5 V，這樣當(dāng)表筆連接進(jìn)行零點(diǎn)校正時(shí)，電流Ia為1.5V÷150 k Ω=10 μA，這顯然不能使表頭產(chǎn)生滿度偏轉(zhuǎn)，此時(shí)解決的辦法就是采用高電壓池供電，目前一般的萬(wàn)用表歐姆檔R×10k 倍率檔采用1.5 V 電池再串聯(lián)一只9 V 電池（10.5 V）來(lái)完成R×10k 倍率檔指針的滿度偏轉(zhuǎn)，電池的連接時(shí)由轉(zhuǎn)換開關(guān)完成[2]。

圖4 指示式萬(wàn)用表歐姆檔設(shè)置倍率變換的原理圖

2 歐姆檔測(cè)量PN結(jié)的正反向電阻

2.1 PN結(jié)的正向?qū)娮铚y(cè)量

若在PN結(jié)上加正向電壓，即電源的正極接P區(qū)，負(fù)極接N 區(qū)，也稱為正向偏置。此時(shí)外加電壓在PN結(jié)中產(chǎn)生的外電場(chǎng)和內(nèi)電場(chǎng)方向相反，內(nèi)電場(chǎng)被消弱，多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，形式較大的擴(kuò)散電流，PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。在一定范圍內(nèi)，外電場(chǎng)愈強(qiáng)，正向電流愈大，PN結(jié)呈現(xiàn)的電阻很低，一般常用的普通硅二極管的正向?qū)娮铻槭畮讱W姆至二十幾歐姆，如果阻值過(guò)大（大于四十至五十歐姆），此管則損壞，不可再用。

PN結(jié)正向?qū)娮璧臏y(cè)量需要有在提供較大電流的情況下，測(cè)量其導(dǎo)通電阻越小越好，這樣要求所選用的萬(wàn)用表歐姆檔中心刻度越小越好。在R×1 檔時(shí)，因?yàn)橹行目潭仍叫?，表筆間流過(guò)的電流越大，符合二極管正常工作時(shí)的狀態(tài)。如同一型號(hào)的二極管，用R×1 檔測(cè)量，其讀數(shù)基本一樣，如果阻值偏差較大，大于正常管5～10 Ω，則此管PN 結(jié)也有問(wèn)題，一般不能使用，此時(shí)如果用R×10、R×100、R×1k、R×10k 檔測(cè)量，其讀數(shù)都為0 Ω ，無(wú)法判斷其正向?qū)ㄐ阅艿膬?yōu)劣。

2.2 PN結(jié)的反向漏電測(cè)量

若在PN結(jié)上加反向電壓，即電源的負(fù)極接P區(qū)，正極接N 區(qū)，也稱為反向偏置。此時(shí)外加電壓在PN結(jié)中產(chǎn)生的外電場(chǎng)和內(nèi)電場(chǎng)方向一致，內(nèi)電場(chǎng)被加強(qiáng)，結(jié)果阻止了多數(shù)載流子的擴(kuò)散，無(wú)法形成擴(kuò)散電流，PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。在一定范圍內(nèi)，外電場(chǎng)愈強(qiáng)，阻擋電流流過(guò)的能力越強(qiáng)。反向偏置時(shí)，呈截止?fàn)顟B(tài)，PN結(jié)呈現(xiàn)的電阻極高或?yàn)闊o(wú)窮大，一般常用的普通硅二極管的反向電阻為：無(wú)窮大，指針不能有偏轉(zhuǎn)指示，如果指針有偏轉(zhuǎn)指示，表示有阻值，此管漏電，根據(jù)阻值的大小，可判斷漏電的程度，也不可再用，如果指針指示為零，則此管擊穿，完全損壞。

PN結(jié)反向特性的測(cè)量需要有在提供較高反向電壓的情況下，測(cè)量其漏電流，測(cè)量其反向截止電阻為無(wú)窮大。這樣選用萬(wàn)用表歐姆檔R×10k 檔合適，因?yàn)镽×10k 檔內(nèi)部是1.5 V 和9 V 電池串聯(lián)應(yīng)用，表筆間開路電壓是10.5 V，比其他檔位的1.5 V 電壓高，加到PN 結(jié)上，只要反向有一點(diǎn)輕微的漏電都可以檢測(cè)出來(lái)。

3 結(jié)論

萬(wàn)用表判斷二極管、三極管等半導(dǎo)體器件，只能用萬(wàn)用表的R×1 和R×10k 檔，其它檔位都是不精確的，對(duì)于一些輕微漏電、正向特性變差的元器件尤為重要。用R×1 測(cè)量正向?qū)娮?；用R×10k 測(cè)量反向是否有漏電。用R×10、R×100、R×1k、這三檔測(cè)量不出輕微的正向阻值變大和反向輕微漏電的，只能判斷短路和開路的晶體管器件，對(duì)于輕微的正向阻值變大和反向輕微漏電的PN結(jié)，就無(wú)法作出正確判斷。

［1］郭旺.萬(wàn)用表歐姆檔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)［J］.物理教學(xué)探討，2009，27（343）：35-36.

［2］韓雪濤.電子儀表應(yīng)用技術(shù)與技能實(shí)訓(xùn)教程［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2006.