案例分享
Case Sharing
什麼是二極體？What is a diode?
二極體是一種半導體元件，通常由矽製成，作為電流的單向開關。它允許電流在一個方向上容易流動，相反方向則嚴重限制電流流動。
二極體也被稱為整流器，因為它們將交流電（AC）轉換為脈動直流電（DC）。
二極體的額定值依其類型、電壓及電流容量進行區分。
What Does a Diode Do? 二極體的功能是什麼？
二極體具有極性，由陽極（正端）與陰極（負端）決定。大多數二極體僅在陽極施加正電壓時才允許電流流動。當二極體允許電流通過時，稱為順向偏壓（Forward-Biased）。當二極體處於反向偏壓（Reverse-Biased）時，其行為如同絕緣體，不允許電流通過。
二極體符號中的箭頭方向與電子流動的方向相反。該符號由工程師設計，而工程圖中所表示的電流是從電壓源的正極（+）流向負極（−）。這與所有包含箭頭的半導體符號採用相同的慣例——箭頭指向「傳統電流」允許的方向，卻與電子實際流動的方向相反。
二極體的種類
不同類型的二極體在電氣系統中皆執行關鍵功能。以下是一些最重要的二極體類型：
- 整流二極體（Rectifier Diodes）：整流二極體將交流電（AC）轉換為直流電（DC）。直流電以一致方向流動，使其更容易控制。
- 齊納二極體（Zener Diodes）：齊納二極體被設計用來保護電氣系統免受過電壓影響。當陰極達到預設的閾值電壓時，它們會在反向導通電流。
- 發光二極體（Light Emitting Diodes, LED）：當順向偏壓電流流經時，發光二極體會發出光。LED 被廣泛應用於顯示裝置與指示燈中。
- 蕭特基二極體（Schottky Diodes）：蕭特基二極體，也稱為勢壘二極體或熱載子二極體，因其快速切換特性與低順向壓降，常用於高速應用。
- 光電二極體（Photodiodes）：光電二極體在吸收光子時會產生電流。它們廣泛應用於感測器與太陽能電池中。
Diode Ratings and Testing
二極體的額定值與測試
每一顆二極體皆具有電流與電壓的額定值，這些額定值取決於材料與設計等因素。這些額定值代表二極體所能承受的最大電壓與電流上限。超出電流與電壓的額定值可能會導致二極體或整個電路的永久性損壞。高電壓水準也可能導致二極體短路，進而使電流可在兩個方向流動，或完全無法導通。
可使用數位萬用電表（DMM）來測試二極體的功能是否正常。
Testing Diodes with a Digital Multimeter
使用數位萬用電表測試二極體
數位萬用電表測試二極體有兩種方法：二極體模式與電阻模式。二極體模式是最有效的測試方式。萬用電表不具備二極體測試模式時可使用電阻測試，缺點是可靠度較低。
數位萬用電表的二極體模式會在測試引線之間產生一個小電壓，此電壓足以對二極體接面產生順向偏壓。
對於大多數矽製二極體，正常的順向偏壓會顯示電壓降落在 0.5 至 0.8 伏特 之間。當良好的二極體處於反向偏壓時，萬用電表將顯示 ‘OL’（開路）。“OL” 表示該二極體如同一個開關處於開路狀態，功能正常。
良好二極體在順向偏壓時的電阻應介於 1000 歐姆至 10 兆歐姆之間。當處於反向偏壓時，良好
二極體的電阻值會顯示為 OL（開路）。若正向與反向測量結果相同，則表示該二極體已損壞。
二極體的應用
- 電源轉換：整流器將交流訊號（AC）轉換為脈動直流訊號（DC），使電力流的控制更為簡便。
- 訊號解調：解調用二極體是無線電接收機的重要組成元件。這些二極體負責擷取透過無線電波傳輸的原始訊息。
- 過電壓保護：齊納二極體被用來保護電路免受不安全的電壓水準影響，也用於保護供電線路與電源控制線路。
- 邏輯閘：二極體在現代運算與數位技術中扮演關鍵角色。它們使透過執行 AND / OR / NOT 等基本邏輯功能的閘來強化二進位系統成為可能。
案例研究：搭配 Fluke 87V 數位萬用電表使用二極體
- 計分板常使用串接的 LED。當其中一顆二極體故障時，整段或部分區段常會無法發光。
若使用傳統工具來解決此問題，會相當耗時：這意味著必須搭建直流電源與限流電阻，逐一測試每一顆 LED。
所幸，Fluke 87V 工業級數位萬用電表內建二極體測試模式，使技術人員能迅速找出故障的 LED 並快速排除問題。
- 測試流程四個步驟：
1. 確認電路的所有電源均已關閉，並將所有電容器完全放電。
2. 根據需要，將萬用電表設為交流電壓（AC）或直流電壓（DC）測量模式，然後將旋鈕轉至二極體測試模式。
3. 將測試導線接至二極體兩端，並記錄顯示的測量數值。
4. 將測試導線對調，再次記錄顯示的測量數值。
此測試可精確找出造成故障的二極體。
損壞的二極體（如導致計分板失效者）會阻止電流在正反兩個方向流動。在測量這類壞掉的二極體時，萬用電表在第 3 與第 4 步都會顯示 OL（開路）。
短路的二極體在正向與反向測量時會出現相同的電壓讀值（通常約為 0.4 伏特）。
一旦找出故障的二極體，技術人員只需將其更換，計分板應可恢復正常運作。
