开关二极管的作用

开关电路是一种常用的功能电路，例如家庭中的照明电路中的开关，各种民用电器中的电源开关等。
    在开关电路中有两大类的开关。
    (1)机械式的开关。采用机械式的开关件作为开关电路中的元器件。
    (2)电子开关。所谓的电子开关，不用机械式的开关件，而是采用二极管、三极管这类器件构成开关电路。
    1．开关二橛管开关特性
    开关二极管同普通的二极管一样，也是一个PN结的结构，不同之处是要求这种二极管的开关特性要好。
    关于开关二极管的开关时间概念说明下列几点。
    (1)开通时间。开关二极管从截止到加上正向电压后的导通要有一段时间，这一时间称为开通时间。要求这一时间愈短愈好。
    (2)反向恢复时间。开关二极管在导通后，去掉正向电压，二极管从导通转为截止所需要的时间称为反向恢复时间。要求这一时间愈短愈好。
    (3)开关时间。开通时间和反向恢复时间之和，称为开关时间。要求这一时间愈短愈好。
    2．二极管开关电路等效电路
    二极管开关电路中要使用二极管，由于普通二极管的开关速度不够高，所以在这种开关电路中所使用的二极管为专门的开关二极管。
    图11-50(a)所示是开关二极管的等效电路，从图中可看出，此时开关二极管在等效成一只开关Sl的同时，还有两只电阻。等效电路中的开关Sl可认为是一个理想的开关，即其接通电阻小到为零，其断开电阻大到为无穷大。
    在分析电子开关电路时，为了方便电路的分析，通常将二极管的开关作用等效成一个理想的电子开关，即可以用图11-50( b)所示的开关电路图形符号来等效开关二极管。

                  
    3．二极管开关电路原理分析
    图11-51(a)所示是采用开关二极管构成的电子开关电路，电路中VD1是开关二极管，Uo是输入电压，Rl是负载电阻，砜为负载电阻Rl上的电压，输入电压Ui和输出电压Uo波形如图11-51(b)所示。

                  
    电路的工作原理是：输入电压Ui为一个矩形脉冲电压，在to之前这一输入电压为OV，此时开关二极管VD1的正极上没有电压，所以VD1处于截止状态，其 内阻很大，VD1相当于断开，这样输入电压U就不能加到负载电阻R1上，此时的输出电压阢为OV，如图11-51(b)所示的t0之前波形。
    当输入电压Ui从to到tl时刻到来前期间为正脉冲，这一足够大的电压加到VD1正极，使VD1从截止状态转换到导通状态，此时VD1的内阻很小（可以认为小到为零），这样输入电压U就全部加到负载电阻R1上。
    当输入电压U在tl时刻从高电平跳变到低电平时，输入电压U为OV，这时开关二极管VD1截止，VD1相当于开路，这时电阻Rl上没有电压。
    从上述电路分析可知，当有电压加到VD1正极时，VD1导通，负载电阻Rl上有电压：当没有电压加到VD1正极时，VD1截止，负载电阻Rl上没有电压。由此可见，VD1起到了一个开关作用。
    开关二极管在导通与截止之间的转换速度很快，即所谓的开关速度高。
    4．二极管典型应用开关电路分析
    二极管构成的电子开关电路形式多种多样，图11-52所示是一种常见的二极管开关电路。
    通过观察这一电路，可以熟悉下列几个方面的问题，以利于对电路工作原理的分析。
    关于二极管电子开关电路分析思路说明如下几点。

                   
    (1)了解这个单元电路功能是第一步，从图11-52所示电路中可以看出，电感Ll和电容Cl并联，这显然是一个LC并联谐振电路，这是这个单元电路的基 本功能，明确这一点后可以知道，电路中的其他元器件应该是围绕这个基本功能的辅助元器件，是对电路基本功能的扩展或补充等，以此思路可以方便地分析电路中 的元器件作用。   
    (2) C2和VD1构成串联电路，然后再与Cl并联，从这种电路结构可以得出一个判断结果：C2和VD1这个支路的作用是通过该支路 来改变与电容Cl并联后的总容量大小。这样判断的理由是：C2和VD1支路与Cl并联后    总电容量改变了，与Ll构成的LC并联谐振电路其振荡频率改变了。所以，这是一个改变LC并联谐振电路频率的电路。   
关于二极管电子开关电路分析说明下列两点。
    (1)开关S1断开时电路分析。直流电压+V无法加到VD1的正极，这时VD1截止，其正极与负极之间的电阻很大，相当于VD1开路，这样C2不能接入电路，Ll只是与Cl并联构成LC并联谐振电路。
    (2)开关Sl接通时电路分析。直流电压+V通过Sl和Rl加到VD1的正极，使VD1导通，其正极与负极之间的电阻很小,相当于VD1的正极与负极之间接通，这样C2接入电路，且与电容Cl并联，Ll与Cl、C2构成LC并联谐振电路。
    在上述两种状态下，由于LC并联谐振电路中的电容不同， 一种情况只有Cl，另一种情况是Cl与C2并联，在电容量不同的情况下LC并联谐振电路的谐振频率不同。所以，VD1在电路中的真正作用是控制LC并联谐振电路的谐振频率。