指针式万用表测试二极管档位选择探讨

程院莲

（广州番禺职业技术学院机械与电子系，广东广州 511483）

0 引言

半导体二极管是电子产品中的重要元器件，通常可用指针式万用表欧姆档判断其极性，并可以初略判断二极管是否损坏。目前教科书及相关资料中都采用欧姆档R×1k或R×10k来测量其正向、反向电阻，测量误差较大。本文从指针式万用表欧姆档的工作原理和半导体二极管的特性着手，阐明测量二极管等半导体器件应该使用指针式万用表的R×1 和R×10k 档，以获得更高的测量精度。

1 指针式万用表欧姆档工作原理

图1 是指针式万用表置于欧姆档的原理图，其中电阻RX功率是15 W，电感L是驱动万用表指针偏转的表头，满度偏转电流是50 μA，L的内阻是1 kΩ（表头电阻），R 是表头串联可变电阻（欧姆档零点调整），表内电池1.5 V，红表笔接电池负极，黑表笔接正极[1]。

图2是指针式万用表红、黑表笔连接后的等效原理图。由图2 可得出，红、黑表笔相连，1.5 V电池和电阻RX组成一个回路，电流由电池的正极流出，经过电阻RX及红、黑表笔，流入1.5 V 电池的负极。根据欧姆定律，可以得出电流Ia为0.1 A（Ia=U÷R=1.5V÷15 Ω=0.1 A），Ia也是流过红、黑表笔间的电流，电阻RX上的压降URX为1.5 V（U·RX=0.1A×15 Ω=1.5 V），电池内阻极小，忽略不计。万用表欧姆档的红、黑表笔连接，则表指针应由表盘上∞（无穷大位置），向右偏转指向0 W（欧姆）位置，表头的电流即为偏转满度电流50 μA，此时，L和R的总串联电阻为30 k Ω（1.5 V÷50 μA），那么R 此时的电阻值是29 k Ω。考虑到电池的误差因素，R 一般选可变电阻，红、黑表笔连接时，调整R（欧姆调零电位器）至指针正好指示为零（偏转90度）。

图1 指针式万用表置于欧姆档的原理图

图2 红、黑表笔连接后的等效原理图

若测量一只功率为15 W的电阻，此时的等效电路如图3 所示，根据欧姆定律可以计算出电路中的电流Ia1是0.05 A（Ia=U÷R=1.5V÷（RX+RZ）=1.5V÷30 Ω=0.05 A），电阻RX上的压降UR为0.75 V（URX=Ia×RX=0.05A×15 Ω=0.75 V），此时，表头回路的电流Ib1是25Ua（Ib=URX÷（R+1000 Ω）=0.75V÷（29 k Ω+1000 Ω）=25 μA）。由于表头的满度电流是50 μA（偏转90 度），那么25 μA 电流流过表头，表头正好偏转满度的一半（45 度），指针指示在万用表刻度的中间位置，这个万用表欧姆档的中心刻度就是15 Ω。

图3 测量一只15 Ω 的电阻的等效电路图

如把图1 中的RX值改成150 Ω，那么只有当被测电阻RZ是150 Ω 时，表针才会偏转到中心刻度位置，这样在表盘上，测量电阻的阻值分辨率清晰的范围就改变成为阻值较高的一端范围了，此时中心刻度为150 Ω，为15 Ω 的100 倍，那么分别把RX换成150 Ω、1.5 k Ω、15 k Ω、150 k Ω，相应的中心刻度也随RX阻值的变换而变换，测量电阻阻值的范围也就不断向高阻值扩展了，从而有R×1、R×10、R×100、R×1k、R×10k倍率的测量档位了。档位以10倍率向上扩展，主要是表盘刻度的指示数值读取方便（刻度乘10倍率，读取阻值数比较简单方便）。图4就是指示式万用表欧姆档设置倍率变换的原理图。在R×10k 倍率档位，由于此时限流电阻RX的阻值为150 k Ω，如果电池电压仍然为1.5 V，这样当表笔连接进行零点校正时，电流Ia为1.5V÷150 k Ω=10 μA，这显然不能使表头产生满度偏转，此时解决的办法就是采用高电压池供电，目前一般的万用表欧姆档R×10k 倍率档采用1.5 V 电池再串联一只9 V 电池（10.5 V）来完成R×10k 倍率档指针的满度偏转，电池的连接时由转换开关完成[2]。

图4 指示式万用表欧姆档设置倍率变换的原理图

2 欧姆档测量PN结的正反向电阻

2.1 PN结的正向导通电阻测量

若在PN结上加正向电压，即电源的正极接P区，负极接N 区，也称为正向偏置。此时外加电压在PN结中产生的外电场和内电场方向相反，内电场被消弱，多数载流子的扩散运动增强，形式较大的扩散电流，PN结处于导通状态。在一定范围内，外电场愈强，正向电流愈大，PN结呈现的电阻很低，一般常用的普通硅二极管的正向导通电阻为十几欧姆至二十几欧姆，如果阻值过大（大于四十至五十欧姆），此管则损坏，不可再用。

PN结正向导通电阻的测量需要有在提供较大电流的情况下，测量其导通电阻越小越好，这样要求所选用的万用表欧姆档中心刻度越小越好。在R×1 档时，因为中心刻度越小，表笔间流过的电流越大，符合二极管正常工作时的状态。如同一型号的二极管，用R×1 档测量，其读数基本一样，如果阻值偏差较大，大于正常管5～10 Ω，则此管PN 结也有问题，一般不能使用，此时如果用R×10、R×100、R×1k、R×10k 档测量，其读数都为0 Ω ，无法判断其正向导通性能的优劣。

2.2 PN结的反向漏电测量

若在PN结上加反向电压，即电源的负极接P区，正极接N 区，也称为反向偏置。此时外加电压在PN结中产生的外电场和内电场方向一致，内电场被加强，结果阻止了多数载流子的扩散，无法形成扩散电流，PN结处于截止状态。在一定范围内，外电场愈强，阻挡电流流过的能力越强。反向偏置时，呈截止状态，PN结呈现的电阻极高或为无穷大，一般常用的普通硅二极管的反向电阻为：无穷大，指针不能有偏转指示，如果指针有偏转指示，表示有阻值，此管漏电，根据阻值的大小，可判断漏电的程度，也不可再用，如果指针指示为零，则此管击穿，完全损坏。

PN结反向特性的测量需要有在提供较高反向电压的情况下，测量其漏电流，测量其反向截止电阻为无穷大。这样选用万用表欧姆档R×10k 档合适，因为R×10k 档内部是1.5 V 和9 V 电池串联应用，表笔间开路电压是10.5 V，比其他档位的1.5 V 电压高，加到PN 结上，只要反向有一点轻微的漏电都可以检测出来。

3 结论

万用表判断二极管、三极管等半导体器件，只能用万用表的R×1 和R×10k 档，其它档位都是不精确的，对于一些轻微漏电、正向特性变差的元器件尤为重要。用R×1 测量正向导通电阻；用R×10k 测量反向是否有漏电。用R×10、R×100、R×1k、这三档测量不出轻微的正向阻值变大和反向轻微漏电的，只能判断短路和开路的晶体管器件，对于轻微的正向阻值变大和反向轻微漏电的PN结，就无法作出正确判断。

［1］郭旺.万用表欧姆档的内部结构［J］.物理教学探讨，2009，27（343）：35-36.

［2］韩雪涛.电子仪表应用技术与技能实训教程［M］.北京：电子工业出版社，2006.