什么是二极管？
二极管是一种半导体器件，通常由硅制成，本质上充当电流的单向开关。它允许电流轻松地沿一个方向流动，但严格限制电流沿相反方向流动。
二极管也称为整流器，因为它们将交流电(AC)转换为脉动直流电(DC)。二极管根据其类型、电压和电流容量进行额定。
二极管有多种配置可供选择。左起：金属外壳、螺柱安装座、带塑料外壳、带倒角塑料外壳、玻璃外壳。
二极管有什么作用？
二极管具有极性，由阳极（正极引线）和阴极（负极引线）决定。大多数二极管仅在向阳极施加正电压时才允许电流流动。
当二极管允许电流流动时，它是正向偏置的。当二极管反向偏置时，它充当绝缘体，不允许电流流动。
奇怪但却是真的：二极管符号的箭头指向电子流动的方向。原因是工程师构思了这个符号，他们的原理图显示电流从电压源的正极 （+） 流向负极 （-）。这与用于包含箭头的半导体符号的约定相同——箭头指向“常规”流动的允许方向，并指向电子流动的允许方向。
二极管的类型
不同的二极管类型都在电气系统中执行关键功能。以下是一些最重要的二极管类型。
- 整流二极管: 整流二极管将交流电转换为直流电。直流电沿一个一致的方向流动，使其更易于控制。
- 齐纳二极管: 齐纳二极管旨在保护电气系统免受过电压的影响。每当阴极达到预定阈值电压时，它们就会反向传导电流。
- 发光二极管: 发光二极管 （LED） 在正向偏置电流流过时发光。LED广泛应用于显示器和指示灯。
- 肖特基二极管: 肖特基二极管，也称为势垒二极管或热载流子二极管，由于其快速开关能力和低正向压降，通常用于高速应用。
- 光电二极管: 光电二极管在吸收光子时会产生电流。它们广泛用于传感器和太阳能电池。
二极管额定值和测试
每个二极管都有额定电流和电压，由材料和设计等因素决定。这些额定值代表二极管可以承受的最大电压和电流水平。
超过电流和电压水平可能会对二极管或整个电路造成永久性损坏。高电压水平也可能导致二极管短路，并允许电流双向流动或阻止电流向任一方向流动。
可以使用数字万用表 （DMM） 测试正确的二极管功能。
使用数字万用表测试二极管
使用数字万用表测试二极管有两种方法：二极管测试模式和电阻模式。二极管测试模式是迄今为止更有效的测试手段。电阻测试不太可靠，只有在万用表没有二极管测试模式的情况下才应使用。
数字万用表的二极管测试数字万用表的二极管测试在测试引线之间产生一个小电压，足以正向偏置二极管结。一个好的正向偏置二极管显示 0.5 到 0.8 伏的压降（对于大多数硅二极管）。当一个好的二极管反向偏置时，仪表将显示“OL”。OL 将指示二极管充当开路开关。
一个好的二极管的正向偏置电阻应该在 1000 欧姆到 10 莫姆之间。好的二极管上的反偏置电阻将读取 OL 如果两个方向的读数相同，则二极管是坏的。
二极管的应用
- 功率转换: 整流器将交流信号转换为脉冲直流信号，从而更容易控制功率的流动。
- 信号解调: 解调二极管是无线电接收器的关键部分。二极管检索通过电波发送的原始消息进行传输。
- 过压保护: 齐纳二极管用于保护电路免受不安全电压水平的影响。它们还用于保护电源线和电源控制线。
- 逻辑门: 二极管在现代计算和数字技术中发挥着至关重要的作用。它们可以通过执行简单逻辑功能（例如和/或/不）的门来强化二进制系统。
案例研究：将二极管与 Fluke 87V 数字万用表结合使用
记分牌通常使用串联的 LED。当一个二极管发生故障时，整个或部分段通常无法点亮。
使用传统工具解决这个问题可能非常耗时：这意味着设置直流电源和电阻器来单独测试每个 LED。
幸运的是，Fluke 87V 工业万用表具有内置的二极管测试模式，因此技术人员可以识别有缺陷的 LED 并快速解决问题。该过程仅包括四个步骤：
- 验证电路的所有电源是否已关闭，并且所有电容器都已放电。
- 根据需要将万用表设置为测量交流或直流电压。将转盘转到二极管测试模式。
- 将测试导线连接到二极管并记录显示的测量结果。
- 反转测试导线并记录显示的测量值。
该测试准确地查明了导致故障的二极管。
坏的二极管，比如那些压倒记分牌的二极管，会阻止电流双向流动。测量坏二极管时，万用表显示屏将读取第三步和第四步的 OL。
短路二极管在两个方向上具有相同的电压读数（通常在 0.4 伏范围内）。
一旦发现有故障的二极管，技术人员只需更换它们，记分牌就会再次正常工作。
最后的思考
虽然小巧简单，但二极管是现代电气系统的重要组成部分。通过控制电流的流动和方向，二极管可以实现现代电子产品的无数应用。
幸运的是，数字万用表等工具可以轻松测量二极管健康状况并确定何时需要更换二极管。这使技术人员能够保持电路处于良好的运行状态，为我们所依赖的电气系统供电。
