我对万用表二极管挡的理解

我是搞电路板芯片级维修的，我一直想搞清楚一个问题，那就是万用表的二极管挡到底是干啥用的。经过长时间的思考，我写了下面的内容，请大家看看，给个意见。

我们首先回想一下二极管挡最常用的功能是什么。在跑线时，我们是不是利用二极管挡的蜂鸣功能来明确两个可能直通的测试点之间是否真的直通呢？换句话说，如果两个测试点直通，那么在二极管挡下使用红黑表笔接触这两个测量点时，万用表就会蜂鸣。问题来了，蜂鸣意味着什么呢？这意味着红黑表笔之间的压降较小。

问题又来了，红黑表笔之间的这个压降有什么更为现实、更为重大的意义呢？如果二极管挡只能被应用于直通性的判断上，那显然是杀鸡用牛刀。二极管挡的功能实际上要强大的多。

我们先解决一下“对地阻值”与“对地压降”之间的矛盾。众所周知，只有电阻才有阻值，只有电压才谈得上压降。那么，如果万用表的二极管挡测量值的量纲真的为电压的化，那么其测量值只应被称为“对地压降”而非“对地阻值”。但是，在很多资料中，都是使用“对地阻值”而非“对地压降”这个术语来称呼使用万用表的二极管挡测量得到的测量值的。这是什么原因呢？

类似的情况屡见不鲜。在高中物理中，老师会告诉你磁场强度不叫磁场强度，叫磁感应强度。当前人约定俗称之后，后来者只能将错就错。

我们遍历万用表的所有挡，会发现二极管挡是唯一一个明确的可以输出电压的挡。此时，从红黑表笔输出的电压甚至可以驱动LED灯珠发出微弱但肉眼可见的光。对于万用表的其他挡而言，即使他们也能输出电压（否则就无法正常测试），但均不明确。这里的明确，是指万用表会明确显示一个具体电压数值（实际上是测量值而非表笔输出值）。

在万用表的说明书中，会明确标明其二极管挡的开路电压（UT61E的说明书中标明为2.8V）。我们甚至可以用两块万用表互相实测出其二极管挡的开路电压。如下图所示。

问题来了，这个电压（可以驱动LED灯珠发出微弱但肉眼可见的光），究竟是什么电源的电压呢？只有深入的剖析万用表之后，才有可能科学的回答这个问题。我们并不关心这个存在于万用表内部的电源，我们关心的是外围电路对这个电源电压的影响。

常识告诉我们，当用二极管挡去测量一个二极管（如1N4148）的正偏压降时，约为600mV。我们关心的是这个600mV是怎么来的。我们不妨猜测一下，如下图所示。

我们用一个恒流源对RC充电，同时用一个电压表测量电容两端的电压，选取恰当的RC参数以及恒流源的电流，就能够在电压表上得到2.8V的稳定电压读数。测试时，将万用表的红黑表笔接触被测物的两端，则被测物会对恒流源的电流进行分流。当然，分流的程度与被测物的导通性能直接相关。

我们假设被测物为铜导线，则恒流源提供的电流将全部被分流到地，电容C无法被充电，电压表应显示0V。这就是直接碰触红黑表笔时万用表显示0V（并蜂鸣）的原因。假设被测物的导通性一般，则恒流源提供的电流只会部分的被分流到底，则C上的电压就应该下降，此时电压表会显示出一个小于2.8V的电压。换句话说，在我们测量1N4148的正偏压降时，2.8V-0.6V=2.2V的电压缺失是二极管导通后的分流作用造成的。

总之，二极管挡测量得到的测量值在本质上衡量的是被测物对万用表内部的恒流源的电流的分流能力的大小：测量值越大，则分流作用越弱；测量值越小，则分流作用越强。我们甚至可以尽我们的最大能力去尽可能地测量一下这个恒流源的电流的大小。笔者使用电子负载（IT8512+，电流最大分辨率为1mA）实测了一下UT61E，发现这个恒流远远小于1mA。有经验的读者应该知道，恒流源的电流一般为微安级别。

在经过了如此多的前期准备之后，我们终于可以开始明确“对地阻值”的内涵了。

我们先看“对地”。简单的说，“对地阻值”具有一个明确的参考点“地”。换句话说，虽然被测物可以是元件（电阻、电容、电感等），可以是芯片，可以是电路板，可以是任何东西，但只有具有地的被测物才有可能具有对地阻值。反过来说，没有地的元件虽然也可以使用二极管挡测量，但得到的数值不应被称为“对地阻值”，而只能被称为压降。

进一步的，“对地”还意味着红黑表笔中的一个笔必须接被测物的地。更进一步，“对”还指明了必须是红笔接地。在红笔接地这个问题上，很多人感到万分困惑。在此，我们解决一下这个问题。

要理解这个方向的问题，就必须从电路工作的方向上入手。那么，电路在正常工作时，有方向吗？当然有，那就是电流总是从高电势流向低电势（从电源流向地）。在维修测量时，将红表笔接地黑表笔接测试点的这个过程，看起来就好像是为电路提供了一个与正常工作时相反的，电压为2.8V的测试电压。其意义何在呢？

我们都知道，对于一个正常的电路而言，由电源提供的电流会按顺序依次流过有关元件之后，最终流入电路的地。一个有意思的问题是，对于一个没有加电的电路而言，这个路径究竟是导通的还是截止的呢？

比如江河上的大坝，水当然会通过大坝流向下游。但大坝总的来说是截止的，否则它就不能蓄水。换句话说，正常电路中的元件，总的来说也都是截止的。如果我们用红表笔接测试点，黑表笔接地会如何呢？当然是此路不通了，二极管挡很可能只能测量得到一个1或OL的测量值，这及失去了测量的意义。

问题又来了，为什么为电路板提供一个与正常工作时相反的测试电压反而就能够得到测量值了呢？换句话说，为什么“逆流而上”反而是通的呢？还是要从电路的本质构成出发去解决这个问题。

在我国台湾地区，电路板制造及维修从业者将万用表二极管挡的测量值称为“二极体值”。显然，台湾地区的这个称呼比“对地阻值”要科学的多了。毕竟，“二极体值”明确指出了二极管挡测量得到的是一个“二极体”的压降。那么，这个二极管真的存在吗，它又在那里呢？

我们有理由怀疑一下这个二极管的真实性。毕竟，取一个1000欧姆的电阻，也可以在其两端测量到1.0612V的压降。这说明即使电路中没有二极管，也是有有可能用二极管挡测量到一系列测量值的。我们完全可以大胆地猜测，在测量“对地阻值”的过程中，一定是有意无意的涉及到了某些真实存在的二极管。否则，就不会出现“二极体值”这样的专业术语了。综上所述，尽管具体电路多种多样，但使用二极管挡测量具体测试点时，测量值要么是某个具体二极管的压降（这种情况相对较多），要么是某个电阻或电阻组合的压降（这种情况相对较少）。

接下来，我们明确一下电路板中的体二极管及独立的分立二极管。独立的分立二极管以开关电源次级一侧的整流二极管最为典型。当我们测量某个开关电源的某路输出的对地阻值时，实际上是测量该路整流二极管的正偏压降。换句话说，此时测量得到的对地阻值可以用来判断整流二极管是否短路或开路。电路板中的体二极管主要指芯片的体二极管以及各种基本元件（比如场管DS之间的体二极管、431的CA之间的体二极管）中的体二极管。我们主要的介绍一下芯片的体二极管。

除针脚外，几乎所有芯片的内核都被塑料或陶瓷封装起来。这使得我们无法通过观察发现芯片引脚处的保护用体二极管。真实芯片的结构如下图所示。

除接地脚外，每个引脚到地之间都集成有一个二极管。这些从地到引脚的二极管都是保护用二极管。我们在测量芯片的对地阻值时，实际上是测量的这些集成在芯片内部的保护体二极管的正向压降。如果此保护二极管坏，则芯片必坏。这是使用万用表的二极管挡测量一切芯片好坏的理论基础。

真实的电路往往是复杂的，它往往是RCD和芯片的复杂组合。在前面的内容中，我们已经明确了“对地阻值”的具体来源。接下来，我们用一个电学定律把二极管压降和电阻压降统一起来，并提出电路环境的概念。

既然对地阻值是一种非常有效的维修的依据，那必然意味着对地阻值一定是反映出了测试点在电路中的某种本质属性。不严格的说，对地阻值本质上是电路板的“地”到“测试点”之间的电路网络的等效内阻（二极管也包括在内）。

真实的电路都是网络状的，网络上有众多的元件结点（包括有方向性的二极管）。根据电学中“戴维南定理”的描述：网络中的一个二端子网络，不论其内部是什么具体结构，都能够被等效成一个电阻（内阻）。这个等效电阻的两端，就是这个二端子网络的两端。当用万用表测量这个二端子网络的“对地阻值”时，其数值就表征了这个“等效电阻”。这样，我们就用“戴维南定理”把二极管压降和电阻压降这两个表现形式都统一起来了。至此，我们得到了一个关于万用表二极管挡的重要结论：该挡实际为电路板具体测试点的电路环境测试挡。我们完全可以把具体电路板上的全部测试点的对地阻值测出并制作为量表，这样，就具有了相互比较的途径。该量表是“戴维南定理”在维修中的一个具体应用。

接下来，我们介绍一下“对地阻值”的维修价值。

首先，对地阻值的有无能反映出线路是否已经正常连通。

通俗的说，从红表笔分流出的电流，必须要能够从地流入，历经地与测试点之间的一系列元件之后流到测试点，否则就意味着从测试点到地之间存在着断路。换句话说，如果一个测试点没有对地阻值，就说明它在正常工作时电流也无法从测试点流向地。请读者特别的去区分一下二极管挡的测试电流的方向与正常工作时的电流的方向，二者是相反的。前者是从地到测试点，后者是从测试点到地。

这里，还要排除一个特殊情况，那就是有没有“没有对地阻值（指测量值为1或OL）”但实际上正常的测试点。答案是肯定的。但是，对于不掉件的电路板而言，这样的测试点是很少的。造成这种情况的主要原因是因为其等效电阻的阻值过大，被测物的分流作用过小，小到超出了万用表内部的电压表的分辨能力的程度。

其次，对于具体测试点而言，其对地阻值不能过小乃至小到对地或对负极短路，也不能过大乃至大到开路。它会有一个正常值，这个正常值是由测试点所在的电路本身所决定的。如果某测试点的对地阻值明显偏离正常值，可以明确判断出测试点所在的电路中存在故障元件，这是利用对地阻值判断是否存在故障元件的理论依据。

上述两点，是对地阻值在维修中的基本价值。

在实际测量对地阻值时，表笔之间的电阻及表笔与测试点之间的的接触电阻造成的压降误差有时候不能被忽略。对于表笔之间的电阻造成的误差，如果是数字万用表，可以利用万用表本身提供的相对测量功能予以调零。对于表笔与测试点之间的接触电阻，应尽量用表笔的尖端去可靠地接触测试点。

总的来说，任意电路板、芯片的正常对地阻值在450mV到850mV之间。但有的时候，900mV甚至1.8V也是正常的，必须具体问题具体分析。这反映出了实践的复杂性。

笔者推荐优利德生产的UT61E自动量程数字万用表。此表二极管挡速度快，价格适中，结实耐用。本书中提到的实测对地阻值（详见下节）均为该型号万用表在二极管档时表笔之间的压降，量纲为电压伏特，如下图所示。

此测试点的对地阻值实际为0.4812V。为了方便，本书中的所有对地阻值均保留三位有效数字，并根据业内习惯以毫伏记为三位有效数字的481（481mV）。

我们总结一下此节的内容。首先，只有具有地的东西才有对地阻值。其次，对地阻值表征的是测试点对恒流源电流的分流能力。这意味着测量时，一切其他电流源都不应存在。通俗的说，就是测量对地阻值必须切断电路板的全部供电（如之前加过电，还应将电容中的余电放掉）。最后，无论是元件的压降还是对地阻值，都可以统一于“戴维南定理”。

最后，当使用对地阻值法进行跑线时，应尽快将所有测试点的对地阻值打出，以避免万用表的温漂造成的干扰。如果使用多块万用表对同一块电路板打对地阻值，相同测试点的对地阻值通常都不相同的，这是因为不同的万用表具有个体差异。