2012 年第 1 期 (总第 117 期) 信 息 通 信 IN F OR M A T 10 N & C 0 M M U N IC A T 10 N S 20 12 ( Sum． No l l 7) 二极管开关特性探讨 于敏， 张( 永城职业学院电子信息工程系， 河南永城 476600 ) 嘉 摘要： 重点介绍二极管的结构特点、 工作原理、 开关特性， 并且分析了它作为开关时的条件和特性即静态特性和动态特性； 达到利用到生产 生活 中 目的。 关键 词 ： 开关特 性； 静 态特一 t g ； 动 态特性 中图分类号： TN 31 文献标识码： A 文章编号： 1673一 l 131( 2012 )01． 0070． 02 在所学知识的基础上，分析了二极管的结构。理解它作 为开关应用时的条件及工...
2012 年第 1 期 (总第 117 期) 信 息 通 信 IN F OR M A T 10 N & C 0 M M U N IC A T 10 N S 20 12 ( Sum． No l l 7) 二极管开关特性探讨 于敏， 张( 永城职业学院电子信息工程系， 河南永城 476600 ) 嘉 摘要： 重点介绍二极管的结构特点、 工作原理、 开关特性， 并且分析了它作为开关时的条件和特性即静态特性和动态特性； 达到利用到生产 生活 中 目的。 关键 词 ： 开关特 性； 静 态特一 t g ； 动 态特性 中图分类号： TN 31 文献标识码： A 文章编号： 1673一 l 131( 2012 )01． 0070． 02 在所学知识的基础上，分析了二极管的结构。理解它作 为开关应用时的条件及工作原理，重点研究二极管作为开关 的特性： 动态特性、 静态特性； 根据不同电路特性， 选择合适的 开关器件。利用半导体二极管做成无触点开关，有许多突出 的优 点： 动作速度 快、 消耗功率少 、 灵敏度高 、 尺寸和重量小 、 没有机械磨损等； 在工业生产中， 逐渐取代了传统的有触点开 关 ( 闸刀 开关 、 按钮开关 、 继 电器 电路开关等) 。 1 开关二极管工作原理 二极管具有单 向导 电性 能，即给 二极 管阳极和 阴极加上 正向电压时， 二极管导通。当给阳极和阴极加上反向电压时， 二极管截止。因此， 二极管的导通和截止， 则相当于开关的接 通与断开 。 2 二极管的开关特性 2． 1 二极管作为开关的条件 二极管 的反向电阻和正 向电阻有足够 的差别 。当二极管 正向导通时， 它的正向电压降实际上并不为零， 也就是说， 二 极管 的正 向电阻虽然很小， 但并 不等 于零； 当二极管 反向截止 时， 也有微小 的反 向电流通 过二极管， 即它 的反 向电阻虽然很 大， 但并不等于无穷大。因此， 只要二极管的反向电阻和正向 电阻有足够 的差别 ， 就 可以用作开关。 2． 2 二极管的开关特性 图 1 电路 中， 当开关 K 合到 2 时， 二极 管两端承 受正 向电 压， VD 导通， 忽略二极管的正向电压降， 则可以把二极管看成 开关的闭合状态； 当 K 接到 1时， 二极管两端承受反向电压， V D 截止， 由于二极管的反向电阻很大， 相当于断路状态， 二极 管的反 向端 电压等于 电源 电压 E l ， 此 时， 二极管 V D 相当于断 开的开关 。 D穰 止D 导遁 厂 ] 、 图 1 二极管开关电路和导通、 截止时电源波形图 2． 3 二极管的正 向钳位 钳位即钳制电位。二极管处于正向导通时，正向电压降 很小，它的阴极电位和阳极电位基本上相等。则二极管起到 钳制电位作用。例图 2 中： 当输入信号 U。 0(即u a =0)时， 二极 管 V D 正向导通， 二极管内阻相对 来说很小， 可忽略。 输出 70 电压 U。 ( 即U )基本上等于 A 点电位 U =u =O， 即 P 点电位被 钳制在 0V 。 图 2二极管的钳位电路 2． 4 二极管的瞬变特性 二极管作开关时， 其工作时总是处于正向偏置和反向偏置 的交替变化之中。二极管能以多快的速度日 一 种偏状置态转 为另一种偏状置态的特性称为二极管的瞬变特性。由PN 结中 载流子的分布随时间改变而引起 的瞬变特性：即 PN 结的瞬变 特性。PN 结的瞬变特性也称之为渡越特性，包括正向渡越和 反向渡越。正向渡越是 PN 结由加反向偏压突然变为正向偏 压； 反 向渡越则是 由加正 向偏压突然变为反向偏压 。反 向渡越 所需时问比正向渡越长， 它是决定二极管开关速度的主要方面。 图 3 所示 电路反映 PN 结偏置方 向和反 向渡越过 程中 电 流随时间的变化关系。 R0， r0为偏置电阻， 设开始时开关 s 与 a 点接通 。在 PN 结 中有一恒定正 向电流 I 流过 ， 在施加 t： to时 突然将开关 S 与 a 断开而 与 b 点接通 。此时通过 PN 的电流 并不是立即由正向电流 I 变为 PN 结的反向饱和电流 I 而是 先经过一个较大的恒定反向电流Ir的阶段。 然后逐渐减到 PN 结反 向饱和 电流 的数值 。 0 工 、 工f t。 h。 Ul U2 图 3 二极管正反向特性和 PN 结反 向渡越过程 中电流 随时间的变化 关系 PN 结的反向渡越过程分为电流恒定和电流衰减两个阶段。 般称电流保持恒定的时间为存贮时间， 用 tt表示， 称电流 I 从开始下 降为 0． 1I 的时问为下 降时间 ， 用 tr表 示，tf与 tr之 和称为开关二极管的反向恢复时间， 用 表示， 即： t。 =t +tr。 PN ． 一
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