在查看電子元器件時，很容易忽略不起眼的二極管，它們沒有隧道、Gunn、變?nèi)荻O管、齊納二極管和雪崩二極管，甚至LED中的任何特殊部件，相反，它們只是電流的單向閥。以一種方式將它們連接起來，電流就會流動。它們將交流電整流為直流電，電源充滿了它們。當(dāng)電流流動時，它們兩端的電壓非常恒定。但關(guān)閉二極管并沒有那么快。他們還有一個隱藏的技能，他們也可以充當(dāng)開關(guān)。這應(yīng)該不會太令人震驚，畢竟快速瀏覽通用二極管的許多數(shù)據(jù)表應(yīng)該會發(fā)現(xiàn)它們是開關(guān)二極管，那么二極管開關(guān)是如何工作的呢?關(guān)鍵在于之前提到過的那個單向閥。信號可以通過正向偏置的二極管打開，然后通過將二極管置于反向偏置來關(guān)閉。

1.什么是開關(guān)二極管

開關(guān)二極管是一種半導(dǎo)體二極管，它們是專門為電路上的“開”和“關(guān)”而設(shè)計和制造的，顧名思義，就是指具有開關(guān)功能的二極管。該二極管具有在正向施加電壓時通過電流(ON)和在反向施加電壓時停止(OFF)電流的性能。與其它二極管相比，反向恢復(fù)時間較短，即開關(guān)二極管從導(dǎo)通狀態(tài)到完全關(guān)斷狀態(tài)所用的時間較短，常見的開關(guān)二極管有2AK、2DK等系列，它的特點是運行速度非?？?以納秒為單位，而對于更高的電壓則為微秒)，開關(guān)二極管具有極低的結(jié)電容，因此開關(guān)時間非常短。開關(guān)二極管主要應(yīng)用于電子計算機，脈沖，開關(guān)電路。

圖1 開關(guān)二極管

2.開關(guān)二極管的種類

開關(guān)二極管分為普通開關(guān)二極管、高速開關(guān)二極管、超高速開關(guān)二極管、低功耗開關(guān)二極管、高反壓開關(guān)二極管、硅電壓開關(guān)二極管等多種。

普通開關(guān)二極管：常用的國產(chǎn)普通開關(guān)二極管有2AK系列鍺開關(guān)二極管，表4-8為2AK系開關(guān)二極管的主要參數(shù)。

高速開關(guān)二極管：高速開關(guān)二極管較普通開關(guān)二極管的反向恢復(fù)時間更短，開、關(guān)頻率更快。常用的國產(chǎn)高速開關(guān)二極管有2CK系列。進口高速開關(guān)二極管有1N系列、1S系列、1SS系列(有引線塑封)和RLS系列(表面安裝)。

超高速開關(guān)二極管：常用的超高速開關(guān)二極管有1SS系列(有引線塑封)和RLS系列(表面封裝)。

低功耗開關(guān)二極管：低功耗開關(guān)二極管的功耗較低，但其零偏壓電容和反向恢復(fù)時間值均較高速開關(guān)二極管低。常用的低功耗開關(guān)二極管有RLS系列(表面封裝)和1SS系列(有引線塑封)。

高反壓開關(guān)二極管：高反壓開關(guān)二極管的反向擊穿電壓均在220V以上，但其零偏壓電容和反向恢復(fù)時間值相對較大。常用的高反壓開關(guān)二極管有RLS系列(表面封裝)和1SS系列(有引線塑封)。

硅電壓開關(guān)二極管：硅電壓開關(guān)二極管是一種新型半導(dǎo)體器件，有單向電壓開關(guān)二極管和雙向電壓開關(guān)二極管之分，主要應(yīng)用于觸發(fā)器、過壓保護電路、脈沖發(fā)生器及高壓輸出、延時、電子開關(guān)等電路。單向電壓開關(guān)二極管也稱轉(zhuǎn)折二極管，郵PnPN四層結(jié)構(gòu)的硅半導(dǎo)體材料組成，其正向為負阻開關(guān)特性(指當(dāng)外加電壓升高到正向轉(zhuǎn)折電壓值時，開關(guān)二極管由截止?fàn)顟B(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，即由高阻轉(zhuǎn)為低阻)，反向為穩(wěn)定特性。雙向電壓二極管由NPnPN五層結(jié)構(gòu)的硅半導(dǎo)體材料組成，其正向和反向均具有相同的負阻開關(guān)特性。

3.開關(guān)二極管的工作原理

在半導(dǎo)體二極管通導(dǎo)時，相當(dāng)于開關(guān)閉合(電路導(dǎo)通)，當(dāng)它關(guān)斷時，就相當(dāng)于打開了開關(guān)(電路關(guān)閉)，由于半導(dǎo)體二極管的單向?qū)ㄌ匦?，PN在正偏壓下導(dǎo)通，導(dǎo)通狀態(tài)的電阻很小，大約幾十到幾百歐姆，在反向偏置下，它是關(guān)閉的，它的電阻很大，一般的硅二極管在10MΩ以上。利用這一特性，二極管將在電路中起到控制電流通斷的作用，使其成為理想的電子開關(guān)。

圖2 開關(guān)二極管的結(jié)構(gòu)

4.開關(guān)二極管的應(yīng)用電路分析

為了說明基本的二極管開關(guān)，我們準備了幾個簡化的電路圖。第一個顯示陽極通過R1接地，陰極連接到Vcc電源軌。二極管處于反向偏置，沒有電流流過它。施加到C1的交流電壓將出現(xiàn)在陽極，但不會出現(xiàn)在陰極和通過C2的輸出。在這種情況下，開關(guān)是關(guān)閉的。

第二張圖顯示了一個非常相似的電路，但電阻連接到相反的電源線。陽極現(xiàn)在連接到Vcc軌，陰極接地。電流流過二極管，它是正向偏置的。因此，施加到C1的交流電壓將出現(xiàn)在二極管的陽極和陰極，并將通過C2到達輸出。開關(guān)已打開。這是一個簡化的電路，但不是很多。實用的二極管開關(guān)通常通過將二極管的一側(cè)保持在偏置點來工作，這樣當(dāng)邏輯電平施加到另一點時，它會將二極管從正向偏置切換到反向偏置，從而允許電子控制開關(guān)。換句話說，將二極管的一端放在中間，將另一端高低擺動。

圖3 在正向偏置打開位置的簡化二極管開關(guān)

圖4 處于反向偏置關(guān)斷位置的簡化二極管開關(guān)

特別是對于RF電路，還可以在偏置線路中找到RF扼流圈，以阻止RF進入電源和邏輯電路。本質(zhì)就在圖中，二極管開關(guān)真的這么簡單。甚至可以通過將單個二極管開關(guān)并聯(lián)到單個偏置點來制作多路開關(guān)。但這并不是簡單二極管在開關(guān)方面的能力限制，所以我們現(xiàn)在將考慮更多的應(yīng)用。

5.開關(guān)二極管的常見問題

5.1哪個二極管用于快速開關(guān)?

肖特基二極管

5.2二極管和開關(guān)有什么區(qū)別?

二極管只允許一個方向的電流流動。在正向，它始終為ON。在反方向它總是關(guān)閉。一個開關(guān)允許在兩個方向上打開，當(dāng)關(guān)閉時，它不允許在任何方向上。

5.3開關(guān)二極管用在什么地方?

開關(guān)二極管具有開關(guān)速度快、體積小、壽命長、可靠性高等特點。廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備的開關(guān)電路、檢測電路、高頻和脈沖整流電路、自動控制電路等。

5.4開關(guān)二極管有什么用?

開關(guān)二極管適用于開關(guān)高達100mA的小信號，用作整流器。相比之下，整流二極管用于交流線路整流(從交流電到直流電)。開關(guān)二極管設(shè)計用于處理低于幾十伏的電壓。

5.5開關(guān)二極管正負極怎么判斷?

最簡單的方法是使用萬用表來測試極性，將萬用表轉(zhuǎn)到二極管設(shè)置(通常由二極管符號表示)，然后將每個探頭接觸到LED端子之一。如果LED亮起，則正極探針接觸陽極，負極探針接觸陰極。

結(jié)語

以上就是關(guān)于開關(guān)二極管工作原理及電路圖的介紹了，二極管是非常有用的元件，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代技術(shù)中。盡管LED可能是普通人最廣為人知的應(yīng)用，但迄今為止最常見的應(yīng)用是使用二極管將交流電源整流為直流電源。使用二極管，可以創(chuàng)建不同類型的整流器電路，其中最基本的是半波、全波中心抽頭和全橋整流器。這些在電子電源中非常重要，例如筆記本電腦的充電器，來自主電源的交流電流必須轉(zhuǎn)換為直流電流，然后才能存儲。
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