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有个问题一直是让人感到很困惑的,就是在二极管反向电路中,在二极管的阳极悬空情况下竟然还可以测到电压(如图一所示),我们所理解的不是二极管具有单向导通嘛!但是为什么在反接的时候还能测到阳极上有电压?照理说这电压应该为0V才对啊!这究竟是为什呢?下面将怀着这个问题去做一些探究,看下这二极管还有哪些隐藏的知识是我们没去了解到的或在应用中需要注意到的。 (图一) 首先是多测,看能不能从中找到规律或分析点。 实际所用的二极管型号是SOD-323封装的SD103xWS(器件表面丝印为S4)。在测量中就新增了一个问题,就是有时候测量出的电压值都不一样,有时候是1.4V,有时候是1.1V,有时候是1.5V,有时候是1.0V,有时多测几次又很稳定,这又是为什么呢?这个新增的问题又引出一系列探究性的问题:什么样的原因会引起这所测电压的动态变化呢?会不会是测量方法错了?
(图二) 用万用表的二极管档测得其正向压降为0.24V。 其次是查询资料,看一下规格书中有哪些参数是可疑的,在这里真的找到一个可疑的参数,如下图三, (图三) 就是这个二极管的电容参数。这也与电压会变这个问题有点对应得上。 下面就进行一些相关测试吧。 既然觉得是这电容参数的问题,那就用一个电容来等效这二极管来测试,如图四 用一个51pF的电替代二极管,测得结果是0V(表笔瞬间点上去也是一样),这与预想的不一样啊,怎么办呢?
(图四) 51pF的电容值测不出来的话,那就增大这个容值再看看,下面分别用10nF,0.1uF,1uF,2.2uF,10uF来进行测试,电容接法如下图五,
(图五) 这几组电容的测试在表笔接触瞬间都有电,但随着时间的推移,这电压会慢慢往下掉直到为0,这是不是可以说这二极管的电容参数实际上不止50pF呢?不过这个测试还是有缺陷,就是这电压会掉到0V,而二极管上量得的电压稳定时可以长时间稳定在1.1V左右,这又该如何解释? 在这里先回答一下前面提到的测量二极管的电压有好多值的问题。验证实验是将该二极管加下热再测试,发现加热后所测得的电压值会变大,然后慢慢变低直到维持在1.1V左右,这个实验说明了该二极管的反向导通受温度的影响很大,温度升高时这二极管的电容会变大。 下图六是网上查到的二极管内部结构大致图形:
(图六) 从内部结构上来看这内部电容组成分为极间电容和PN结电容。 但归根结底是PN结的变化,其PN结的相关知识如下面链接: https://max.book118.com/html/2016/1021/60291930.shtm 理论归理论,该要弄懂的我们还是要继续探究不是吗,能够实际看到的现象才是我们所想要的。还是前面的问题:为什么测量二极管的阳极看起来会长时间存在一个输出较稳定的电压呢? 单独的将二极管等效成电容,虽然可以测到悬空极上的电压,但是这电压存不住(会往下掉到0V为止),所以是不是还有其它的等效元件来配合呢?我所想到的是既然纯电是存不了的,那就来个动态的,怎么个动态法呢?当然是来个振荡回路让电容工作起来,那振荡电路有哪些呢?第一想到的是LC或RC振荡,从结构来看,若是L的话,那能产生电感的等效吗?这个问题想起来就比较复杂。所以还是先看RC吧,毕竟R是直观的,所有介质都是存在阻性的,绝缘、导电、超导等等。 在电容等效电阻上再加一个电阻,其原理图如下图七:
(图七) 当加上一个10M的电阻后再来测试,结果是在1.4V左右时明显的掉电减缓很慢,这很接近实测二极管的现象了,所以这里是可以认为二极管等效了电阻电容(如图八):
(图八) 也许有人会说这个等效是错误的,从二极管的单向性来看确实是错的,但在这里是为了解决反向时能测到电压的现象和实测现象而建模的,所以这里就先不理会单向导通性问题了。 二极管阳极是悬空的,但为什么会测到电压?大家别忘了这万用表本身的V表笔和COM表笔端是存在电阻的,所以在测量时这二极管的阳极就与地间构成了回路。 探究到这里,我们再引申下:那在二极管阳极上再接个K级的纯电阻再测会如何呢? 如下图九中测得电压为0.014V,
(图九) 从测得的结果来看,这二极管还是存在漏电流的,所以这单向导通性在一定范围内是失效的,但从数字电路的角度来看还是不存在影响。 结论:万用表为什么会测到反接二极管阳极悬空时的电压,是因为二极管本身存在等效电容,万用表在测的时候与地产生了回路,等效电容在充电时就有电压了,随着温度的变化,这个电容也产生了变化,所以测到的电压也会变化。另外二极管的选型和应用场合也是需要我们去注意的。 希望能够通过本文使各位读者能更加的去了解二极管,发散自己的想法,看怎么去更好的使用二极管? 但因个人水平有限,文中有不对处还请广大网友指正,谢谢!
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深入探究,细致分析,探究工作中常见器件的易忽略知识点。