在查看電子元器件時(shí)，很容易忽略不起眼的二極管，它們沒(méi)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(lái)，電流就會(huì)流動(dòng)。它們將交流電整流為直流電，電源充滿(mǎn)了它們。當(dāng)電流流動(dòng)時(shí)，它們兩端的電壓非常恒定。但關(guān)閉二極管并沒(méi)有那么快。他們還有一個(gè)隱藏的技能，他們也可以充當(dāng)開(kāi)關(guān)。這應(yīng)該不會(huì)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(huì)發(fā)現(xiàn)它們是開(kāi)關(guān)二極管，那么二極管開(kāi)關(guān)是如何工作的呢?關(guān)鍵在于之前提到過(guò)的那個(gè)單向閥。信號(hào)可以通過(guò)正向偏置的二極管打開(kāi)，然后通過(guò)將二極管置于反向偏置來(lái)關(guān)閉。
1.什么是開(kāi)關(guān)二極管
開(kāi)關(guān)二極管是一種半導(dǎo)體二極管，它們是專(zhuān)門(mén)為電路上的“開(kāi)”和“關(guān)”而設(shè)計(jì)和制造的，顧名思義，就是指具有開(kāi)關(guān)功能的二極管。該二極管具有在正向施加電壓時(shí)通過(guò)電流(ON)和在反向施加電壓時(shí)停止(OFF)電流的性能。與其它二極管相比，反向恢復(fù)時(shí)間較短，即開(kāi)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(shí)間較短，常見(jiàn)的開(kāi)關(guān)二極管有2AK、2DK等系列，它的特點(diǎn)是運(yùn)行速度非常快(以納秒為單位，而對(duì)于更高的電壓則為微秒)，開(kāi)關(guān)二極管具有極低的結(jié)電容，因此開(kāi)關(guān)時(shí)間非常短。開(kāi)關(guān)二極管主要應(yīng)用于電子計(jì)算機(jī)，脈沖，開(kāi)關(guān)電路。
圖1 開(kāi)關(guān)二極管
2.開(kāi)關(guān)二極管的種類(lèi)
開(kāi)關(guān)二極管分為普通開(kāi)關(guān)二極管、高速開(kāi)關(guān)二極管、超高速開(kāi)關(guān)二極管、低功耗開(kāi)關(guān)二極管、高反壓開(kāi)關(guān)二極管、硅電壓開(kāi)關(guān)二極管等多種。
普通開(kāi)關(guān)二極管：常用的國(guó)產(chǎn)普通開(kāi)關(guān)二極管有2AK系列鍺開(kāi)關(guān)二極管，表4-8為2AK系開(kāi)關(guān)二極管的主要參數(shù)。
高速開(kāi)關(guān)二極管：高速開(kāi)關(guān)二極管較普通開(kāi)關(guān)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間更短，開(kāi)、關(guān)頻率更快。常用的國(guó)產(chǎn)高速開(kāi)關(guān)二極管有2CK系列。進(jìn)口高速開(kāi)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(kāi)關(guān)二極管：常用的超高速開(kāi)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(kāi)關(guān)二極管：低功耗開(kāi)關(guān)二極管的功耗較低，但其零偏壓電容和反向恢復(fù)時(shí)間值均較高速開(kāi)關(guān)二極管低。常用的低功耗開(kāi)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(kāi)關(guān)二極管：高反壓開(kāi)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(shí)間值相對(duì)較大。常用的高反壓開(kāi)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(kāi)關(guān)二極管：硅電壓開(kāi)關(guān)二極管是一種新型半導(dǎo)體器件，有單向電壓開(kāi)關(guān)二極管和雙向電壓開(kāi)關(guān)二極管之分，主要應(yīng)用于觸發(fā)器、過(guò)壓保護(hù)電路、脈沖發(fā)生器及高壓輸出、延時(shí)、電子開(kāi)關(guān)等電路。單向電壓開(kāi)關(guān)二極管也稱(chēng)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?yàn)樨?fù)阻開(kāi)關(guān)特性(指當(dāng)外加電壓升高到正向轉(zhuǎn)折電壓值時(shí)，開(kāi)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?yàn)榉€(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(fù)阻開(kāi)關(guān)特性。
3.開(kāi)關(guān)二極管的工作原理
在半導(dǎo)體二極管通導(dǎo)時(shí)，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合(電路導(dǎo)通)，當(dāng)它關(guān)斷時(shí)，就相當(dāng)于打開(kāi)了開(kāi)關(guān)(電路關(guān)閉)，由于半導(dǎo)體二極管的單向?qū)ㄌ匦裕琍N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(kāi)關(guān)。
圖2 開(kāi)關(guān)二極管的結(jié)構(gòu)
4.開(kāi)關(guān)二極管的應(yīng)用電路分析
為了說(shuō)明基本的二極管開(kāi)關(guān)，我們準(zhǔn)備了幾個(gè)簡(jiǎn)化的電路圖。第一個(gè)顯示陽(yáng)極通過(guò)R1接地，陰極連接到Vcc電源軌。二極管處于反向偏置，沒(méi)有電流流過(guò)它。施加到C1的交流電壓將出現(xiàn)在陽(yáng)極，但不會(huì)出現(xiàn)在陰極和通過(guò)C2的輸出。在這種情況下，開(kāi)關(guān)是關(guān)閉的。
第二張圖顯示了一個(gè)非常相似的電路，但電阻連接到相反的電源線。陽(yáng)極現(xiàn)在連接到Vcc軌，陰極接地。電流流過(guò)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(yáng)極和陰極，并將通過(guò)C2到達(dá)輸出。開(kāi)關(guān)已打開(kāi)。這是一個(gè)簡(jiǎn)化的電路，但不是很多。實(shí)用的二極管開(kāi)關(guān)通常通過(guò)將二極管的一側(cè)保持在偏置點(diǎn)來(lái)工作，這樣當(dāng)邏輯電平施加到另一點(diǎn)時(shí)，它會(huì)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(kāi)關(guān)。換句話說(shuō)，將二極管的一端放在中間，將另一端高低擺動(dòng)。
圖3 在正向偏置打開(kāi)位置的簡(jiǎn)化二極管開(kāi)關(guān)
圖4 處于反向偏置關(guān)斷位置的簡(jiǎn)化二極管開(kāi)關(guān)
特別是對(duì)于RF電路，還可以在偏置線路中找到RF扼流圈，以阻止RF進(jìn)入電源和邏輯電路。本質(zhì)就在圖中，二極管開(kāi)關(guān)真的這么簡(jiǎn)單。甚至可以通過(guò)將單個(gè)二極管開(kāi)關(guān)并聯(lián)到單個(gè)偏置點(diǎn)來(lái)制作多路開(kāi)關(guān)。但這并不是簡(jiǎn)單二極管在開(kāi)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(kāi)關(guān)二極管的常見(jiàn)問(wèn)題
5.1哪個(gè)二極管用于快速開(kāi)關(guān)?
肖特基二極管
5.2二極管和開(kāi)關(guān)有什么區(qū)別?
二極管只允許一個(gè)方向的電流流動(dòng)。在正向，它始終為ON。在反方向它總是關(guān)閉。一個(gè)開(kāi)關(guān)允許在兩個(gè)方向上打開(kāi)，當(dāng)關(guān)閉時(shí)，它不允許在任何方向上。
5.3開(kāi)關(guān)二極管用在什么地方?
開(kāi)關(guān)二極管具有開(kāi)關(guān)速度快、體積小、壽命長(zhǎng)、可靠性高等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備的開(kāi)關(guān)電路、檢測(cè)電路、高頻和脈沖整流電路、自動(dòng)控制電路等。
5.4開(kāi)關(guān)二極管有什么用?
開(kāi)關(guān)二極管適用于開(kāi)關(guān)高達(dá)100mA的小信號(hào)，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(kāi)關(guān)二極管設(shè)計(jì)用于處理低于幾十伏的電壓。
5.5開(kāi)關(guān)二極管正負(fù)極怎么判斷?
最簡(jiǎn)單的方法是使用萬(wàn)用表來(lái)測(cè)試極性，將萬(wàn)用表轉(zhuǎn)到二極管設(shè)置(通常由二極管符號(hào)表示)，然后將每個(gè)探頭接觸到LED端子之一。如果LED亮起，則正極探針接觸陽(yáng)極，負(fù)極探針接觸陰極。
結(jié)語(yǔ)
以上就是關(guān)于開(kāi)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(jiàn)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(lèi)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(lái)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(chǔ)。
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