开关二极管的工作原理及电路图

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　　在查看电子元器件时，很容易忽略不起眼的二极管，它们没有隧道、Gunn、变容二极管、齐纳二极管和雪崩二极管，甚至LED中的任何特殊部件，相反，它们只是电流的单向阀。以一种方式将它们连接起来，电流就会流动。它们将交流电整流为直流电，电源充满了它们。当电流流动时，它们两端的电压非常恒定。但关闭二极管并没有那么快。他们还有一个隐藏的技能，他们也可以充当开关。这应该不会太令人震惊，毕竟快速浏览通用二极管的许多数据表应该会发现它们是开关二极管，那么二极管开关是如何工作的呢?关键在于之前提到过的那个单向阀。信号可以通过正向偏置的二极管打开，然后通过将二极管置于反向偏置来关闭。

　　1.什么是开关二极管

　　开关二极管是一种半导体二极管，它们是专门为电路上的“开”和“关”而设计和制造的，顾名思义，就是指具有开关功能的二极管。该二极管具有在正向施加电压时通过电流(ON)和在反向施加电压时停止(OFF)电流的性能。与其它二极管相比，反向恢复时间较短，即开关二极管从导通状态到完全关断状态所用的时间较短，常见的开关二极管有2AK、2DK等系列，它的特点是运行速度非常快(以纳秒为单位，而对于更高的电压则为微秒)，开关二极管具有极低的结电容，因此开关时间非常短。开关二极管主要应用于电子计算机，脉冲，开关电路。

图1 开关二极管

　　2.开关二极管的种类

　　开关二极管分为普通开关二极管、高速开关二极管、超高速开关二极管、低功耗开关二极管、高反压开关二极管、硅电压开关二极管等多种。

• 普通开关二极管：常用的国产普通开关二极管有2AK系列锗开关二极管，表4-8为2AK系开关二极管的主要参数。

• 高速开关二极管：高速开关二极管较普通开关二极管的反向恢复时间更短，开、关频率更快。常用的国产高速开关二极管有2CK系列。进口高速开关二极管有1N系列、1S系列、1SS系列(有引线塑封)和RLS系列(表面安装)。

• 超高速开关二极管：常用的超高速开关二极管有1SS系列(有引线塑封)和RLS系列(表面封装)。

• 低功耗开关二极管：低功耗开关二极管的功耗较低，但其零偏压电容和反向恢复时间值均较高速开关二极管低。常用的低功耗开关二极管有RLS系列(表面封装)和1SS系列(有引线塑封)。

• 高反压开关二极管：高反压开关二极管的反向击穿电压均在220V以上，但其零偏压电容和反向恢复时间值相对较大。常用的高反压开关二极管有RLS系列(表面封装)和1SS系列(有引线塑封)。

• 硅电压开关二极管：硅电压开关二极管是一种新型半导体器件，有单向电压开关二极管和双向电压开关二极管之分，主要应用于触发器、过压保护电路、脉冲发生器及高压输出、延时、电子开关等电路。单向电压开关二极管也称转折二极管，邮PnPN四层结构的硅半导体材料组成，其正向为负阻开关特性(指当外加电压升高到正向转折电压值时，开关二极管由截止状态变为导通状态，即由高阻转为低阻)，反向为稳定特性。双向电压二极管由NPnPN五层结构的硅半导体材料组成，其正向和反向均具有相同的负阻开关特性。

　　3.开关二极管的工作原理

　　在半导体二极管通导时，相当于开关闭合(电路导通)，当它关断时，就相当于打开了开关(电路关闭)，由于半导体二极管的单向导通特性，PN在正偏压下导通，导通状态的电阻很小，大约几十到几百欧姆，在反向偏置下，它是关闭的，它的电阻很大，一般的硅二极管在10MΩ以上。利用这一特性，二极管将在电路中起到控制电流通断的作用，使其成为理想的电子开关。

图2 开关二极管的结构

　　4.开关二极管的应用电路分析

　　为了说明基本的二极管开关，我们准备了几个简化的电路图。第一个显示阳极通过R1接地，阴极连接到Vcc电源轨。二极管处于反向偏置，没有电流流过它。施加到C1的交流电压将出现在阳极，但不会出现在阴极和通过C2的输出。在这种情况下，开关是关闭的。

　　第二张图显示了一个非常相似的电路，但电阻连接到相反的电源线。阳极现在连接到Vcc轨，阴极接地。电流流过二极管，它是正向偏置的。因此，施加到C1的交流电压将出现在二极管的阳极和阴极，并将通过C2到达输出。开关已打开。这是一个简化的电路，但不是很多。实用的二极管开关通常通过将二极管的一侧保持在偏置点来工作，这样当逻辑电平施加到另一点时，它会将二极管从正向偏置切换到反向偏置，从而允许电子控制开关。换句话说，将二极管的一端放在中间，将另一端高低摆动。

图3 在正向偏置打开位置的简化二极管开关

图4 处于反向偏置关断位置的简化二极管开关

　　特别是对于RF电路，还可以在偏置线路中找到RF扼流圈，以阻止RF进入电源和逻辑电路。本质就在图中，二极管开关真的这么简单。甚至可以通过将单个二极管开关并联到单个偏置点来制作多路开关。但这并不是简单二极管在开关方面的能力限制，所以我们现在将考虑更多的应用。

　　5.开关二极管的常见问题

　　5.1哪个二极管用于快速开关?

　　肖特基二极管

　　5.2二极管和开关有什么区别?

　　二极管只允许一个方向的电流流动。在正向，它始终为ON。在反方向它总是关闭。一个开关允许在两个方向上打开，当关闭时，它不允许在任何方向上。

　　5.3开关二极管用在什么地方?

　　开关二极管具有开关速度快、体积小、寿命长、可靠性高等特点。广泛应用于电子设备的开关电路、检测电路、高频和脉冲整流电路、自动控制电路等。

　　5.4开关二极管有什么用?

　　开关二极管适用于开关高达100mA的小信号，用作整流器。相比之下，整流二极管用于交流线路整流(从交流电到直流电)。开关二极管设计用于处理低于几十伏的电压。

　　5.5开关二极管正负极怎么判断?

　　最简单的方法是使用万用表来测试极性，将万用表转到二极管设置(通常由二极管符号表示)，然后将每个探头接触到LED端子之一。如果LED亮起，则正极探针接触阳极，负极探针接触阴极。

　　结语

　　以上就是关于开关二极管工作原理及电路图的介绍了，二极管是非常有用的元件，广泛应用于现代技术中。尽管LED可能是普通人最广为人知的应用，但迄今为止最常见的应用是使用二极管将交流电源整流为直流电源。使用二极管，可以创建不同类型的整流器电路，其中最基本的是半波、全波中心抽头和全桥整流器。这些在电子电源中非常重要，例如笔记本电脑的充电器，来自主电源的交流电流必须转换为直流电流，然后才能存储。