二極管開關電路
發布時間:2012/1/6 10:47:33 訪問次數:12940
開關電路是一種常用的功能電路,例如家庭中的照明電路中的開關,各種民用電器中的電源開關等。
在開關電路中有兩大類的開關。
(1)機械式的開關。采用機械式的開關件作為開關電路中的元器件。
(2)電子開關。所謂的電子開關,不用機械式的開關件,而是采用二極管、三極管這類器件構成開關電路。
1.開關二橛管開關特性
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。
關于開關二極管的開關時間概念說明下列幾點。
(1)開通時間。開關二極管從截止到加上正向電壓后的導通要有一段時間,這一時間稱為開通時間。要求這一時間愈短愈好。
(2)反向恢復時間。開關二極管在導通后,去掉正向電壓,二極管從導通轉為截止所需要的時間稱為反向恢復時間。要求這一時間愈短愈好。
(3)開關時間。開通時間和反向恢復時間之和,稱為開關時間。要求這一時間愈短愈好。
2.二極管開關電路等效電路
二極管開關電路中要使用二極管,由于普通二極管的開關速度不夠高,所以在這種開關電路中所使用的二極管為專門的開關二極管。
圖11-50(a)所示是開關二極管的等效電路,從圖中可看出,此時開關二極管在等效成一只開關Sl的同時,還有兩只電阻。等效電路中的開關Sl可認為是一個理想的開關,即其接通電阻小到為零,其斷開電阻大到為無窮大。
在分析電子開關電路時,為了方便電路的分析,通常將二極管的開關作用等效成一個理想的電子開關,即可以用圖11-50( b)所示的開關電路圖形符號來等效開關二極管。
3.二極管開關電路原理分析
圖11-51(a)所示是采用開關二極管構成的電子開關電路,電路中VD1是開關二極管,Uo是輸入電壓,Rl是負載電阻,砜為負載電阻Rl上的電壓,輸入電壓Ui和輸出電壓Uo波形如圖11-51(b)所示。
電路的工作原理是:輸入電壓Ui為一個矩形脈沖電壓,在to之前這一輸入電壓為OV,此時開關二極管VD1的正極上沒有電壓,所以VD1處于截止狀態,其內阻很大,VD1相當于斷開,這樣輸入電壓U就不能加到負載電阻R1上,此時的輸出電壓阢為OV,如圖11-51(b)所示的t0之前波形。
當輸入電壓Ui從to到tl時刻到來前期間為正脈沖,這一足夠大的電壓加到VD1正極,使VD1從截止狀態轉換到導通狀態,此時VD1的內阻很小(可以認為小到為零),這樣輸入電壓U就全部加到負載電阻R1上。
當輸入電壓U在tl時刻從高電平跳變到低電平時,輸入電壓U為OV,這時開關二極管VD1截止,VD1相當于開路,這時電阻Rl上沒有電壓。
從上述電路分析可知,當有電壓加到VD1正極時,VD1導通,負載電阻Rl上有電壓:當沒有電壓加到VD1正極時,VD1截止,負載電阻Rl上沒有電壓。由此可見,VD1起到了一個開關作用。
開關二極管在導通與截止之間的轉換速度很快,即所謂的開關速度高。
4.二極管典型應用開關電路分析
二極管構成的電子開關電路形式多種多樣,圖11-52所示是一種常見的二極管開關電路。
通過觀察這一電路,可以熟悉下列幾個方面的問題,以利于對電路工作原理的分析。
關于二極管電子開關電路分析思路說明如下幾點。
(1)了解這個單元電路功能是第一步,從圖11-52所示電路中可以看出,電感Ll和電容Cl并聯,這顯然是一個LC并聯諧振電路,這是這個單元電路的基本功能,明確這一點后可以知道,電路中的其他元器件應該是圍繞這個基本功能的輔助元器件,是對電路基本功能的擴展或補充等,以此思路可以方便地分析電路中的元器件作用。
(2) C2和VD1構成串聯電路,然后再與Cl并聯,從這種電路結構可以得出一個判斷結果:C2和VD1這個支路的作用是通過該支路 來改變與電容Cl并聯后的總容量大小。這樣判斷的理由是:C2和VD1支路與Cl并聯后 總電容量改變了,與Ll構成的LC并聯諧振電路其振蕩頻率改變了。所以,這是一個改變LC并聯諧振電路頻率的電路。
關于二極管電子開關電路分析說明下列兩點。
(1)開關S1斷開時電路分析。直流電壓+V無法加到VD1的正極,這時VD1截止,其正極與負極之間的電阻很大,相當于VD1開路,這樣C2不能接入電路,Ll只是與Cl并聯構成LC并聯諧振電路。
(2)開關Sl接通時電路分析。直流電壓+V通過Sl和Rl加到VD1的正極,使VD1導通,其正極與負極之間的電阻很小,相當于VD1的正極與負極之間接通,這樣C2接入電路,且與電容Cl并聯,Ll與Cl、C2構成LC并聯諧振電路。
在上述兩種狀態下,由于LC并聯諧振電路中的電容不同, Q19C一種情況只有Cl,另一種情況是Cl與C2并聯,在電容量不同的情況下LC并聯諧振電路的諧振頻率不同。所以,VD1在電路中的真正作用是控制LC并聯諧振電路的諧振頻率。
開關電路是一種常用的功能電路,例如家庭中的照明電路中的開關,各種民用電器中的電源開關等。
在開關電路中有兩大類的開關。
(1)機械式的開關。采用機械式的開關件作為開關電路中的元器件。
(2)電子開關。所謂的電子開關,不用機械式的開關件,而是采用二極管、三極管這類器件構成開關電路。
1.開關二橛管開關特性
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。
關于開關二極管的開關時間概念說明下列幾點。
(1)開通時間。開關二極管從截止到加上正向電壓后的導通要有一段時間,這一時間稱為開通時間。要求這一時間愈短愈好。
(2)反向恢復時間。開關二極管在導通后,去掉正向電壓,二極管從導通轉為截止所需要的時間稱為反向恢復時間。要求這一時間愈短愈好。
(3)開關時間。開通時間和反向恢復時間之和,稱為開關時間。要求這一時間愈短愈好。
2.二極管開關電路等效電路
二極管開關電路中要使用二極管,由于普通二極管的開關速度不夠高,所以在這種開關電路中所使用的二極管為專門的開關二極管。
圖11-50(a)所示是開關二極管的等效電路,從圖中可看出,此時開關二極管在等效成一只開關Sl的同時,還有兩只電阻。等效電路中的開關Sl可認為是一個理想的開關,即其接通電阻小到為零,其斷開電阻大到為無窮大。
在分析電子開關電路時,為了方便電路的分析,通常將二極管的開關作用等效成一個理想的電子開關,即可以用圖11-50( b)所示的開關電路圖形符號來等效開關二極管。
3.二極管開關電路原理分析
圖11-51(a)所示是采用開關二極管構成的電子開關電路,電路中VD1是開關二極管,Uo是輸入電壓,Rl是負載電阻,砜為負載電阻Rl上的電壓,輸入電壓Ui和輸出電壓Uo波形如圖11-51(b)所示。
電路的工作原理是:輸入電壓Ui為一個矩形脈沖電壓,在to之前這一輸入電壓為OV,此時開關二極管VD1的正極上沒有電壓,所以VD1處于截止狀態,其內阻很大,VD1相當于斷開,這樣輸入電壓U就不能加到負載電阻R1上,此時的輸出電壓阢為OV,如圖11-51(b)所示的t0之前波形。
當輸入電壓Ui從to到tl時刻到來前期間為正脈沖,這一足夠大的電壓加到VD1正極,使VD1從截止狀態轉換到導通狀態,此時VD1的內阻很小(可以認為小到為零),這樣輸入電壓U就全部加到負載電阻R1上。
當輸入電壓U在tl時刻從高電平跳變到低電平時,輸入電壓U為OV,這時開關二極管VD1截止,VD1相當于開路,這時電阻Rl上沒有電壓。
從上述電路分析可知,當有電壓加到VD1正極時,VD1導通,負載電阻Rl上有電壓:當沒有電壓加到VD1正極時,VD1截止,負載電阻Rl上沒有電壓。由此可見,VD1起到了一個開關作用。
開關二極管在導通與截止之間的轉換速度很快,即所謂的開關速度高。
4.二極管典型應用開關電路分析
二極管構成的電子開關電路形式多種多樣,圖11-52所示是一種常見的二極管開關電路。
通過觀察這一電路,可以熟悉下列幾個方面的問題,以利于對電路工作原理的分析。
關于二極管電子開關電路分析思路說明如下幾點。
(1)了解這個單元電路功能是第一步,從圖11-52所示電路中可以看出,電感Ll和電容Cl并聯,這顯然是一個LC并聯諧振電路,這是這個單元電路的基本功能,明確這一點后可以知道,電路中的其他元器件應該是圍繞這個基本功能的輔助元器件,是對電路基本功能的擴展或補充等,以此思路可以方便地分析電路中的元器件作用。
(2) C2和VD1構成串聯電路,然后再與Cl并聯,從這種電路結構可以得出一個判斷結果:C2和VD1這個支路的作用是通過該支路 來改變與電容Cl并聯后的總容量大小。這樣判斷的理由是:C2和VD1支路與Cl并聯后 總電容量改變了,與Ll構成的LC并聯諧振電路其振蕩頻率改變了。所以,這是一個改變LC并聯諧振電路頻率的電路。
關于二極管電子開關電路分析說明下列兩點。
(1)開關S1斷開時電路分析。直流電壓+V無法加到VD1的正極,這時VD1截止,其正極與負極之間的電阻很大,相當于VD1開路,這樣C2不能接入電路,Ll只是與Cl并聯構成LC并聯諧振電路。
(2)開關Sl接通時電路分析。直流電壓+V通過Sl和Rl加到VD1的正極,使VD1導通,其正極與負極之間的電阻很小,相當于VD1的正極與負極之間接通,這樣C2接入電路,且與電容Cl并聯,Ll與Cl、C2構成LC并聯諧振電路。
在上述兩種狀態下,由于LC并聯諧振電路中的電容不同, Q19C一種情況只有Cl,另一種情況是Cl與C2并聯,在電容量不同的情況下LC并聯諧振電路的諧振頻率不同。所以,VD1在電路中的真正作用是控制LC并聯諧振電路的諧振頻率。
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