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開關二極管的工作原理及電路圖介紹

返回列表來源:壹芯微 發布日期 2021-12-24 瀏覽:-

開關二極管的工作原理及電路圖介紹

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、變容二極管、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據表應該會發現它們是開關二極管,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到完全關斷狀態所用的時間較短,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。

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,主要應用于觸發器、過壓保護電路、脈沖發生器及高壓輸出、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折電壓值時,開關二極管由截止狀態變為導通狀態,即由高阻轉為低阻),反向為穩定特性。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導通特性,PN在正偏壓下導通,導通狀態的電阻很小,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。

開關二極管的結構

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的交流電壓將出現在陽極,但不會出現在陰極和通過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。

在正向偏置打開位置的簡化二極管開關

圖3在正向偏置打開位置的簡化二極管開關

處于反向偏置關斷位置的簡化二極管開關

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換為直流電流,然后才能存儲。

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