摘 要：二极管作为无源器件，在电子电路中应用极其广泛，它的正向导通和反向截止是每一个电子工程师耳熟能详的特性。在很多的应用中，反向截止特性不用考虑二极管的漏电流。在本例中，反向漏电流不再是一个默默的小卒，它严重影响输出信号的正确性。本文详细分析了漏电流产生影响的原理，并给出了几种解决方法，并根据实际需求选择了合适的方案。
1.故障现象：
公司在制作某工装时，某端子本应输出0~2V范围内的低电平信号，用万用表实际测量到的电压是89V，而高电平有效范围是77V~137.5V，低电平已经进入高电平的有效范围，此问题亟待解决。
2.分析及处理：
工装的相关功能：万转开关旋转到“前”位置时，开关的2脚输出高电平;旋转到“后”位置时，开关的4脚输出高电平;旋转到“全”位置时2脚、4脚都输出高电平。
图一 万转开关的“前”、“后”、“全”位置(左)背后的各引脚(右)
2.1原理分析：
为了看着一目了然，现将原理简化并绘出如下：
图二
开关S1闭合表示万转开关打到了“前”位，S2闭合表示打到了“后”位，S3闭合表示打到了“全”位(整个过程只会有一个开关闭合)。S1闭合时，2输出应该是110V，二极管D1反向截止，4输出应为0V;S2闭合时， 4输出应为110V，二极管D2反向截止，2输出应为0V;S3闭合时，二极管D1和D2正向导通，2输出、4输出都为110V。
实际测量到的结果是这样的：当S1闭合时，2输出用万用表测量到是110V，这个没问题，但是本应是0V的4输出端却测量到了89V的电压!同样，当S2闭合，4输出测量到110V的同时，本应是0V的2输出也测量到了89V的电压。
2.2故障原因分析：
面对这个问题，作者曾经认为万转开关被损坏了，于是画出了类似图二的开关部位简化原理图准备分析，当画完二极管时，突然想到二极管理想和现实之间的差距：二极管反向截止时是会悄悄放点“水”的，就是说二极管虽然截止了，但它的特性是存在很轻微漏电流的,这也是半导体材料本身的特性所决定的：反向偏置后电流很小且只能无限接近于零。
为了确定这个漏电流，作者查找了DSEI2X101-12A二极管的手册，相关漏电流说明见下图红框所示。
常温下施加1200V反向电压，漏电流达到3mA，反向漏电流会随着电压的增加而不断增加,而这个工装里我们的电压条件是110V，手册里并没有给出对应的漏电流，作者实际测试了一下。将二极管和万用表电流档串联，用电源施加DC110V的电压，万用表显示漏电流是11.2uA(环温21.8℃/湿度35%)。那么可以计算出二极管的等效电阻Rd：
Rd = 110V÷11.2uA = 9.82MΩ
作者又用第二块万用表测量了当前万用表电压档的阻值，为10MΩ。当用万用表测量电压时，相当于把万用表自身的阻值串联到了电路中，必然会产生分压的效果。这也是为什么测电压时万用表内阻越大越好的原因。作为内阻有10MΩ理想中的万用表，在二极管11.2uA的小电流下，被拉回了现实。万转开关S1闭合后的等效电路(S2闭合等效电路同理，这里不再赘述)如图三。
图三
从图三中可以看出，2输出端口是正常的110V。4输出端口在没有测量时是悬空状态，R1相当于是无穷大的电阻，根据电阻分压原理，这时4输出端口也应该是110V的电压。但是我们用万用表测量电压时，会把万用表的内阻引入电路，若是不同内阻的万用表，测量到的电压也会不同。用作者手中内阻10MΩ的万用表，4输出端口的电压理论计算如下：
4输出端口电压 = R1/(Rd+R1)×110V =55.5V
因为D的正向导通压降在这里占比很小，计算忽略了它的导通压降。有人说了，55.5V和89V差距还有很大啊!这是因为工装还有其他电路和Rd是并联关系，如果把其他电路的等效电阻算入的话，Rd会变小，所以测量结果必然是大于55.5V的。
2.3故障处理方法：
理论上讲通了，解决问题就有方向了。既然说端口悬空又有漏电流，电阻分压的原因导致输出不正确的电压信号，那么我们就把这个悬空端口用合适的电阻下拉到地，给它一个确定的阻值。作者使用了130K的电阻把2输出、4输出端口与地连接，S1闭合后，4输出端口电压变成了1V;S2闭合后，2输出端口电压变成了0.8V，满足输出低电平的要求。原理图参见图4。
图4 增加的下拉电阻
解决这个问题，还有两个方案备选。其一是更换新型号的万转开关，三挡选择时，直接与110V连接或者断开，需要输出低电平的端口在电气上就完全和110V隔离，这个方案需要重新采购，生产周期变长，且新型号的万转开关价格高一些，会增加成本。
第二个方案是更换漏电流更小的二极管。同样需要采购，增加生产周期。作者利用已有的材料，在尽量少增加成本和不改变生产周期的前提下，选择了前述的方案。
3.结语：
二极管作为应用极其广泛的电子元件，每个电子产品中几乎都能看到它的身影。作为常用的导通、截止器件，它的反向漏电流在某些情况下是需要认真考虑的。本文通过实际应用，描述了故障现象，详细分析了原理，结合理论计算，分析了漏电流的产生的问题。最终给出了几种解决方案，并结合现场实际，选择了合适的方案。
