二极管7种应用电路详解之五

9.4.5 二极管开关电路及故障处理         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．开关二极管开关特性说明        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。        当给开关二极管加上正向电压时，二极管处于导通状态，相当于开关的通态；当给开关二极管加上反向电压时，二极管处于截止状态，相当于开关的断态。二极管的导通和截止状态完成开与关功能。        开关二极管就是利用这种特性，且通过制造工艺，开关特性更好，即开关速度更快，PN结的结电容更小，导通时的内阻更小，截止时的电阻很大。        如表9-41所示是开关时间概念说明。  

表6.19 开关时间概念说明

名词

说明

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

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

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．典型二极管开关电路工作原理        二极管构成的电子开关电路形式多种多样，如图9-46所示是一种常见的二极管开关电路。

图9-46 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：（1）了解这个单元电路功能是第一步。从图8-14所示电路中可以看出，电感L1和电容C1并联，这显然是一个LC并联谐振电路，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C1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C1并联后的总容量大小，这样判断的理由是：C2和VD1支路与C1上并联后总电容量改变了，与L1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思路说明如下几点：（1）电路中，C2和VD1串联，根据串联电路特性可知，C2和VD1要么同时接入电路，要么同时断开。如果只是需要C2并联在C1上，可以直接将C2并联在C1上，可是串入二极管VD1，说明VD1控制着C2的接入与断开。（2）根据二极管的导通与截止特性可知，当需要C2接入电路时让VD1导通，当不需要C2接入电路时让VD1截止，二极管的这种工作方式称为开关方式，这样的电路称为二极管开关电路。（3）二极管的导通与截止要有电压控制，电路中VD1正极通过电阻R1、开关S1与直流电压+V端相连，这一电压就是二极管的控制电压。（4）电路中的开关S1用来控制工作电压+V是否接入电路。根据S1开关电路更容易确认二极管VD1工作在开关状态下，因为S1的开、关控制了二极管的导通与截止。        如表9-42所示是二极管电子开关电路工作原理说明。

 表9-42 二极管电子开关电路工作原理说明

名称

说明

开关S1断开

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，L1只是与C1并联构成LC并联谐振电路。

开关S1接通

直流电压+V通过S1和R1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C1并联，L1与C1、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C1，另一种情况是C1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。关于二极管电子开关电路分析细节说明下列二点：（1）当电路中有开关件时，电路的分析就以该开关接通和断开两种情况为例，分别进行电路工作状态的分析。所以，电路中出现开关件时能为电路分析提供思路。（2）LC并联谐振电路中的信号通过C2加到VD1正极上，但是由于谐振电路中的信号幅度比较小，所以加到VD1正极上的正半周信号幅度很小，不会使VD1导通。3．故障检测方法和电路故障分析        如图9-47所示是检测电路中开关二极管时接线示意图，在开关接通时测量二极管VD1两端直流电压降，应该为0.6V，如果远小于这个电压值说明VD1短路，如果远大小于这个电压值说明VD1开路。另外，如果没有明显发现VD1出现短路或开路故障时，可以用万用表欧姆档测量它的正向电阻，要很小，否则正向电阻大也不好。

图9-47 检测电路中开关二极管时接线示意图

        如果这一电路中开关二极管开路或短路，都不能进行振荡频率的调整。开关二极管开路时，电容C2不能接入电路，此时振荡频率升高；开关二极管短路时，电容C2始终接入电路，此时振荡频率降低。4．同类电路工作原理分析

如图所示，电路中的VD1为开关二极管，控制电压通过R1加到VD1正极，控制电压是一个矩形脉冲电压，波形见图中所示。当控制电压为0V时，VD1不能导通，相当于开路，这时对L1和C1、L2和C2电路没有影响；当控制电压为高电平时，控制电压使开关二极管VD1导通，VD1相当于通路，电路中A点的交流信号通过导通的VD1和电容C3接地，等于将电路中的A点交流接地，使L2和C2电路不起作用。从上述分析可知，电路中的二极管VD1相当于一只开关，控制电路中的A点交流信号是否接地。