開關二極管基礎知識圖解

開關二極管是半導體二極管的一種，是為在電路上進行“開”、“關”而特殊設計制造的一類二極管。它由導通變為截止或由截止變為導通所需的時間比一般二極管短，常見的有2AK、2DK等系列，主要用于電子計算機、脈沖和開關電路中。

工作原理

半導體二極管導通時相當于開關閉合（電路接通），截止時相當于開關打開（電路切斷），所以二極管可作開關用，常用型號為1N4148。由于半導體二極管具有單向導電的特性，在正偏壓下PN結導通，在導通狀態下的電阻很小，約為幾十至幾百歐；在反向偏壓下，則呈截止狀態，其電阻很大，一般硅二極管在10ΜΩ以上，鍺管也有幾十千歐至幾百千歐。利用這一特性，二極管將在電路中起到控制電流接通或關斷的作用，成為一個理想的電子開關。

以上的描述，其實適用于任何一支普通的二極管，或者說是二極管本身的原理。但針對于開關二極管，最重要的特點是高頻條件下的表現。

高頻條件下，二極管的勢壘電容表現出來極低的阻抗，并且與二極管并聯。當這個勢壘電容本身容值達到一定程度時，就會嚴重影響二極管的開關性能。極端條件下會把二極管短路，高頻電流不再通過二極管，而是直接繞路勢壘電容通過，二極管就失效了。而開關二極管的勢壘電容一般極小，這就相當于堵住了勢壘電容這條路，達到了在高頻條件下還可以保持好的單向導電性的效果。

工作特性

開關二極管從截止（高阻狀態）到導通（低阻狀態）的時間叫開通時間；從導通到截止的時間叫反向恢復時間；兩個時間之和稱為開關時間。一般反向恢復時間大于開通時間，故在開關二極管的使用參數上只給出反向恢復時間。開關二極管的開關速度是相當快的，像硅開關二極管的反向恢復時間只有幾納秒，即使是鍺開關二極管，也不過幾百納秒。

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、檢波電路、高頻和脈沖整流電路及自動控制電路中。

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。

開關二極管電路分析

開關二極管同普通的二極管一樣，也是一個PN結的結構，不同之處是要求這種二極管的開關特性要好。

當給開關二極管加上正向電壓時，二極管處于導通狀態，相當于開關的通態；當給開關二極管加上反向電壓時，二極管處于截止狀態，相當于開關的斷態。二極管的導通和截止狀態完成開與關功能。

開關二極管就是利用這種特性，且通過制造工藝，開關特性更好，即開關速度更快，PN結的結電容更小，導通時的內阻更小，截止時的電阻很大。

電路中VD1是開關二極管，他的作用相當于一個開關，用來接通和斷開電容C2的。

關于二極管開關電路分析思路說明如下幾點：

（1）電路中，C2和VD1串聯，根據串聯電路特性可知，C2和VD1要么同時接入電路，要么同時斷開。如果只是需要C2并聯在C1上，可以直接將C2并聯在C1上，可是串入二極管VD1，說明VD1控制著C2的接入與斷開。

（2）根據二極管的導通與截止特性可知，當需要C2接入電路時讓VD1導通，當不需要C2接入電路時讓VD1截止，二極管的這種工作方式稱為開關方式，這樣的電路稱為二極管開關電路。

（3）二極管的導通與截止要有電壓控制，電路中VD1正極通過電阻R1、開關S1與直流電壓+V端相連，這一電壓就是二極管的控制電壓。

（4）電路中的開關S1用來控制工作電壓+V是否接入電路。根據S1開關電路更容易確認二極管VD1工作在開關狀態下，因為S1的開、關控制了二極管的導通與截止。

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