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    • 發(fā)布時間:2024-09-25 20:45:10
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    開關二極管的工作原理與電路圖解析
    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。當電流流動時,它們兩端的電壓非常恒定。但關閉二極管并沒有那么快。他們還有一個隱藏的技能,他們也可以充當開關。這應該不會太令人震驚,畢竟快速瀏覽通用二極管的許多數(shù)據(jù)表應該會發(fā)現(xiàn)它們是開關二極管,那么二極管開關是如何工作的呢?關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閉。
    1.什么是開關二極管
    開關二極管是一種半導體二極管,它們是專門為電路上的“開”和“關”而設計和制造的,顧名思義,就是指具有開關功能的二極管。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,反向恢復時間較短,即開關二極管從導通狀態(tài)到完全關斷狀態(tài)所用的時間較短,常見的開關二極管有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),開關二極管具有極低的結電容,因此開關時間非常短。開關二極管主要應用于電子計算機,脈沖,開關電路。
    開關二極管
    圖1開關二極管
    2.開關二極管的種類
    開關二極管分為普通開關二極管、高速開關二極管、超高速開關二極管、低功耗開關二極管、高反壓開關二極管、硅電壓開關二極管等多種。
    普通開關二極管:常用的國產(chǎn)普通開關二極管有2AK系列鍺開關二極管,表4-8為2AK系開關二極管的主要參數(shù)。
    高速開關二極管:高速開關二極管較普通開關二極管的反向恢復時間更短,開、關頻率更快。常用的國產(chǎn)高速開關二極管有2CK系列。進口高速開關二極管有1N系列、1S系列、1SS系列(有引線塑封)和RLS系列(表面安裝)。
    超高速開關二極管:常用的超高速開關二極管有1SS系列(有引線塑封)和RLS系列(表面封裝)。
    低功耗開關二極管:低功耗開關二極管的功耗較低,但其零偏壓電容和反向恢復時間值均較高速開關二極管低。常用的低功耗開關二極管有RLS系列(表面封裝)和1SS系列(有引線塑封)。
    高反壓開關二極管:高反壓開關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時間值相對較大。常用的高反壓開關二極管有RLS系列(表面封裝)和1SS系列(有引線塑封)。
    硅電壓開關二極管:硅電壓開關二極管是一種新型半導體器件,有單向電壓開關二極管和雙向電壓開關二極管之分,主要應用于觸發(fā)器、過壓保護電路、脈沖發(fā)生器及高壓輸出、延時、電子開關等電路。單向電壓開關二極管也稱轉(zhuǎn)折二極管,郵PnPN四層結構的硅半導體材料組成,其正向為負阻開關特性(指當外加電壓升高到正向轉(zhuǎn)折電壓值時,開關二極管由截止狀態(tài)變?yōu)閷顟B(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五層結構的硅半導體材料組成,其正向和反向均具有相同的負阻開關特性。
    3.開關二極管的工作原理
    在半導體二極管通導時,相當于開關閉合(電路導通),當它關斷時,就相當于打開了開關(電路關閉),由于半導體二極管的單向?qū)ㄌ匦?,PN在正偏壓下導通,導通狀態(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。
    開關二極管
    圖2開關二極管的結構
    4.開關二極管的應用電路分析
    為了說明基本的二極管開關,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,開關是關閉的。
    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。實用的二極管開關通常通過將二極管的一側保持在偏置點來工作,這樣當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。換句話說,將二極管的一端放在中間,將另一端高低擺動。
    開關二極管
    圖3在正向偏置打開位置的簡化二極管開關
    開關二極管
    圖4處于反向偏置關斷位置的簡化二極管開關
    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,二極管開關真的這么簡單。甚至可以通過將單個二極管開關并聯(lián)到單個偏置點來制作多路開關。但這并不是簡單二極管在開關方面的能力限制,所以我們現(xiàn)在將考慮更多的應用。
    5.開關二極管的常見問題
    5.1哪個二極管用于快速開關?
    肖特基二極管
    5.2二極管和開關有什么區(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。在反方向它總是關閉。一個開關允許在兩個方向上打開,當關閉時,它不允許在任何方向上。
    5.3開關二極管用在什么地方?
    開關二極管具有開關速度快、體積小、壽命長、可靠性高等特點。廣泛應用于電子設備的開關電路、檢測電路、高頻和脈沖整流電路、自動控制電路等。
    5.4開關二極管有什么用?
    開關二極管適用于開關高達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)。開關二極管設計用于處理低于幾十伏的電壓。
    5.5開關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。
    結語
    以上就是關于開關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,廣泛應用于現(xiàn)代技術中。盡管LED可能是普通人最廣為人知的應用,但迄今為止最常見的應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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