開關二極管是半導體二極管的一種。它們是專門為電路上的“開”和“關”而設計和制造的。顧名思義，它指的是具有開關功能的二極管。開關二極管現(xiàn)貨供應商中芯巨能將為您介紹什么是開關二極管、開關二極管工作原理、開關二極管的工作特性、開關二極管的種類、開關二極管典型應用電路分析、如何測試開關二極管及常見問題解答。

一、開關二極管簡介

開關二極管是半導體二極管 的一種  。它們是專門為電路上的“開”和“關”而設計和制造的。顧名思義，它指的是具有開關功能的二極管。該二極管具有在正向施加電壓時使電流通過（ON）、在反向施加電壓時阻止（OFF）電流的性能。與其他 二極管相比，反向恢復時間（trr）短，即 開關二極管 從導通狀態(tài)到完全截止狀態(tài)所需的時間短。常見的 開關二極管 有2AK、2DK等系列，主要應用于電子計算機、脈沖、開關電路中。

二、開關二極管工作原理

當半導體二極管導通時，相當于開關閉合（電路導通）。當其關閉時，相當于開關被打開（電路被關閉）。由于半導體二極管的單向導電特性，PN結在正偏壓下導通，導通時的電阻很小，約為數(shù)十至數(shù)百歐姆；在反向偏壓下，它處于截止狀態(tài)，其電阻很大。一般硅二極管在10MΩ以上，鍺管也有幾萬歐姆到幾十萬歐姆。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。

開關二極管結構

上述描述適用于任何普通二極管或二極管本身的原理。但對于開關二極管來說，最重要的特性是高頻下的性能。在高頻條件下，二極管的勢壘電容表現(xiàn)出極低的阻抗，并與二極管并聯(lián)。當該勢壘電容的電容量達到一定程度時，將嚴重影響二極管的開關性能。在極端條件下，二極管會發(fā)生短路。高頻電流不再通過二極管，而是直接旁路勢壘電容，二極管失效。開關二極管的勢壘電容 一般很小，相當于阻斷了勢壘電容的通路，達到了在高頻下保持良好單向導電的效果。

開關二極管原理圖

三、開關二極管的工作特性

開關二極管從關斷（高阻態(tài)）到導通（低阻態(tài)）的時間 稱為開通時間。從導通到結束的時間稱為反向恢復時間。兩個時間之和稱為切換時間。一般反向恢復時間大于開通時間，因此開關二極管的工作參數(shù)中只給出了反向恢復時間。開關二極管的開關速度 相當快。硅開關二極管的反向恢復時間 僅為幾納秒。即使是鍺開關二極管，其反向恢復時間也只有幾百納秒。

開關二極管具有開關速度快、體積小、壽命長、可靠性高的特點。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。

當開關管兩極施加正向電壓時，二極管處于導通狀態(tài)，相當于開關管的導通狀態(tài)。當給開關二極管施加反向電壓時，二極管處于截止狀態(tài)，相當于開關管的截止狀態(tài)。開關二極管 利用這一特性，可以實現(xiàn)更好的開關特性、更快的開關速度、PN結的結電容更小、導通時內(nèi)阻更小、截止時電阻更大。

(1) 開啟時間。開關二極管 從截止到導通需要一定的時間，稱為導通時間。這個時間越短越好。

(2)反向恢復時間。開關二極管導通后 ，正向電壓被去除。二極管從導通到截止所需的時間稱為反向恢復時間。這個時間越短越好。

(3)切換時間。導通時間和反向恢復時間之和稱為開關時間。這個時間越短越好。

四、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、硅電壓開關二極管巫術二極管等。開關二極管的封裝形式 包括塑料封裝和表面封裝。 開關二極管形狀

開關二極管形狀

1 普通開關二極管

常用的通用開關二極管 是2AK系列鍺開關二極管。下表為2AK系列開關二極管的主要參數(shù)。

2AK系列開關二極管主要參數(shù)

2 高速開關二極管

高速開關二極管比一般開關二極管 具有更短的反向恢復時間，并且具有更快的 開關頻率。常用的國產(chǎn)高速開關二極管 有2CK系列、1N系列、1S系列、1SS系列（有引線塑料封裝）、RLS系列（表面貼裝）。

 高速二極管模型參數(shù)

3 超高速開關二極管

常用的超高速二極管有1SS系列（有引線塑料封裝）和RLS系列（表面封裝）。

超高速開關二極管模型參數(shù)

4 小功率開關二極管

低功耗開關二極管的功耗較低，但其零偏電容和反向恢復時間值均 低于高速開關二極管。常用的小功率開關二極管 有RLS系列（表面封裝）和1SS系列（有引線塑料封裝）。

小功率開關二極管參數(shù)

5 高反壓開關二極管

高反向電壓開關二極管的反向擊穿電壓在220V以上，但其零偏電容和反向恢復時間 值較大。常用的高背壓開關二極管有RLS 系列（表面封裝）和1SS系列（引線塑料封裝）。

高背壓開關二極管模型參數(shù)

6 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，分為單向電壓開關二極管 和雙向電壓開關二極管。它們主要應用于觸發(fā)器、過壓保護電路、脈沖發(fā)生器以及高壓輸出、延時、電子開關等電路。

單向電壓開關二極管外形圖及電路圖形符號

單向電壓開關二極管也 稱為轉向二極管。它們由具有 PnPN 四層結構的硅半導體材料組成。正方向為負阻開關（指當外加電壓上升到正轉電壓值時，開關二極管由 截止狀態(tài)變?yōu)閷顟B(tài)，即由高阻變?yōu)榈妥瑁?，反之為穩(wěn)定特性。雙向耐壓二極管由NPnPN五層硅半導體材料組成，其正向和反向具有相同的負阻開關特性。

雙向電壓開關二極管外形圖及電路圖形符號

五、開關二極管典型應用電路分析

1. 下圖所示為典型的二極管開關電路。電路中的VD1為開關二極管，L1和電容器C1組成LC并聯(lián)諧振電路。

 開關二極管電路圖

(1)當開關S1斷開時，直流電壓+V不能加到VD1的正極。此時VD1截止，正極與負極之間的電阻很大。因此，由于VD1開路，C2不能接入電路。L1與C1并聯(lián)構成LC并聯(lián)諧振電路。

(2)當開關S1導通時，直流電壓+V通過S1、R1加到VD1的正極，使VD1導通。正極和負極之間的電阻很小，相當于VD1的正極和負極之間的連接。這樣，C2就接入電路并與電容C1并聯(lián)。L1與C1、C2組成LC并聯(lián)諧振電路。

在上述兩種狀態(tài)下，由于LC并聯(lián)諧振電路中的電容不同，一種情況是只有C1，另一種情況是C1和C2并聯(lián)。當電容不同時，LC并聯(lián)諧振電路的諧振頻率不同。因此，VD1所在電路的真正作用是控制LC并聯(lián)諧振電路的諧振頻率。

當電路中存在開關時，電路的分析以開關接通和關斷的情況為例來分析電路的工作狀態(tài)。因此，當電路中出現(xiàn)開關元件時，可以為電路分析提供思路。LC并聯(lián)諧振電路中的信號通過C2加到VD1的正極。但由于諧振電路中的信號幅值較小，加在VD1正極上的正半周信號幅值很小，不會使VD1導通。

2、 類似電路工作原理分析

如圖所示，電路中的VD1是開關二極管，控制電壓通過R1加到VD1的正極。控制電壓為矩形脈沖電壓，波形如圖所示。

當控制電壓為0V時，VD1不能導通。這相當于開路。此時，不影響L1和C1、L2和C2電路。當控制電壓為高時，控制電壓導通開關二極管 VD1。電路中A點交流信號通過導通的VD1和電容C3接地，相當于電路中A點交流接地，使L2和C2電路不起作用。從上面的分析可以看出，電路中的二極管VD1相當于一個開關，控制電路中A點交流信號是否接地。

六、如何測試開關二極管？

1. 測試極性

將萬用表切換到R×100或R×1k量程。兩根表筆分別連接到二極管的兩個電極上。第一次測試后，將兩根測試線對調(diào)，再次測試。兩次測試的結果中，一個電阻值較大（反向電阻），另一個電阻值較小（正向電阻）。小電阻測試時，黑表筆接二極管的正極，紅表筆接二極管的負極。

2、單負極導電性能的檢測及好壞的判斷

一般情況下，鍺材料二極管的正向電阻值為1kΩ左右，反向電阻值為300Ω左右。硅材料二極管的電阻值為5kΩ左右，反向電阻值為  ∞ （無窮大）。正向電阻越小越好，反向電阻越大越好。正向和反向電阻值相差越大，二極管的單向導電性越好。如果測得的二極管正向、反向電阻值接近0或阻值較小，則說明該二極管已擊穿短路或損壞。如果測得二極管正、負電阻值均為無窮大，則說明二極管已開路損壞。 

七、開關二極管常見問題解答

1.二極管如何充當開關？

每當超過指定電壓時，二極管電阻就會增加，使二極管反向偏置，并充當開路開關。每當施加的電壓低于參考電壓時，二極管電阻就會減小，使二極管正向偏置，并且它充當閉合開關。

2.哪種二極管用于快速開關？

根據(jù)應用的不同，開關二極管還可以用作簡單的整流二極管、瞬態(tài)電壓抑制器或檢測二極管。它的特點是非常快的操作速率（以納秒為單位測量，而對于更高的電壓 - 微秒）。

3.二極管可以裝反嗎？

如果沒有二極管半導體，這種反沖電壓會損壞控制設備。正確安裝后，二極管可將反沖電壓保持在鎖上。反向安裝二極管以防止雷擊可能會導致云節(jié)點或門禁控制器重新啟動。

4.開關二極管用在什么地方？

開關二極管適合切換高達 100 mA 的小信號，充當整流器。相反，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。

5.兩個二極管可以并聯(lián)嗎？

如果負載電流大于單個二極管的額定電流，則可以并聯(lián)兩個或多個二極管（見圖 1）以獲得更高的正向電流額定值。由于不同的正向偏置特性，并聯(lián)的二極管不能均等地共享電流。