悉数数字集成电路都是由晶体二极管、晶体三极管和场效应管构成的。它们大大都工作在导通和截止状况，恰当于开关的“接通”和“断开”，因而被称为电子开关。电子开关较机械开关具有速度高、牢靠程度高、无颤动、功耗低、体积小等很多长处。本节将议论双极型晶体管的开关特性。

一、晶体二极管的开关特性

1． 二极管静态开关特性

（1）二极管正导游通时的特色及导通条件

以硅二极管为例，当外加正向电压使二极管接受必定的正向偏置时，二极管正导游通，其电压、电流正方向如图1所示。

图2为二极管的伏—安特性曲线，它是二极管电流与两头电压的联络曲线。

图1 二极管开关电路 图2 二极管伏—安特性曲线（未按份额画出）

当二极管外加正向电压 ≥ 时，二极管导通，尔后，跟着外加电压增大，电流按指数规矩改动。VON是二极管的门槛（阈值、敞开）电压，硅管约为0.5V，锗管约为0.1V。 ≥ 时，特性趋于直线，VD底子不随电流改动。VD称为二极管的导通压降，硅管约为0.7V，锗管约为0.3V。在数字电路的剖析核算中，常将VD=0.7V视为硅二极管的导通条件。

图3 二极管正导游通时的等效电路 图4 二极管截止时的等效电路

图3为二极管正导游通时的等效电路。当外加正向电压VIH（输入信号高电平）使硅二极管导通后，可近似以为 坚持0.7V不变。因而，在数字信号效果下二极管正导游通时，它恰当于一个具有0.7V压降的闭合的开关。

（2）二极管截止时的特色及截止条件

由图2所示的二极管伏—安特性曲线可见，当 ＜ ＜ 时二极管截止，只需很小的反向漏电流 流过二极管。硅管的反向漏电流 ＜1 ，，锗管的 ＜20 ，

≤ 时，二极管反向击穿。 是二极管的反向击穿电压。

＜ 视为硅二极管的截止条件。实习电路中，外加压常使 ≤０，以确保二极管牢靠截止。

图4为二极管截止时的等效电路，当外加数字信号为 （输入信号低电平，小于 ）时，二极管截止。此刻，能够为 为０，二极管好像断开的开关。

2. 二极管动态开管特性

工作在开关状况的二极管除了有导通和截止两种安稳状况外，还要在导通和截止之间改换，这个改换的进程称为二极管动态进程（或过渡进程）。当输入电压波形如图5（a）时，抱负开关的输出电流波形如图5（b）所示。实习的输出波形如图5（c）所示。

图5 二极管开关的过渡进程

输入电压波形；（b）抱负过渡进程；（c）实习过渡进程。

由图5可见，在 时刻，二极管从正向偏置骤变为反向偏置，由于二极管存在结电容且在导通后充电，因而二极管在由导通改动到截止的进程中，在二极管内发作了很大的反向电流 ，二极管才进入截止状况。 是二极管从导通到截止所需的时刻，称为反向康复时刻。小功率开关管的 通常为纳秒数量级。反向康复时刻 对二极管开关动态特性有很大影响。若二极管两头输入电压的频率过高，致使输入负电压的继续时刻小于它的反向康复时刻时，二极管将失掉其单导游电性。当然，二极管从截止到导通也是需求时刻的，这段时刻称为注册时刻 ，这段时刻较短，通常能够疏忽不计。所以二极管作为开关运用时与抱负开关在静特性和动特性方面都是有必定不一样的，但通常能够近似将其视为抱负开关。

3. 二极管的开关参数

（1）反向康复时刻 ：指在规矩负载、正向电流及最大反向瞬态电流下测出的反向康复时刻。例如，硅开关管2CK15，当负载电阻为50 时，由正向电流 =十 变为最大反向电流 =十 的十%时， =5ns。

（2）零偏压电容：指二极管两头电压为零时，涣散电容和结电容的容量之和。例如2CK15的零偏压电容小于5Pf。

4. 二极管开关的运用

（1）脉冲极性挑选电路

数字电路中，常常需求单一方向改动的脉冲信号。这能够用图6(a)所示的开关电路完毕，当电路的输入信号为图6(b)上图所示的沟通脉冲波时，运用开关二极管的单导游电性，在输出端即可得到正极性脉冲如图6(b)下图所示。若要挑选负极性脉冲，则把图6(a)中的二极管反接即可完毕。

图6 脉冲极性挑选电路及波形

（a）电路；（b）输入信号、输出正极性脉冲。

（2）限幅电路

数字电路所能处理的信号起伏有必定的恳求，例如为+5V。若输入信号起伏过大，能够运用图7(a)所示电路将其改换为所需的起伏。设VD1和VD2为抱负二极管，当电路输入如图7(b)所示的电压信号 V时，其输出信号电压 的波形如图7(b)所示。剖析：当 时，VD1导通恰当于短路，VD2截止，输出被束缚为 =5V。当 ＜﹣V2时，VD2导通恰当于短路，VD1截止，输出 被束缚为 V。当 ＜ ＜ 时， 和 均截止，输出 = 。

限幅器又称为削波器，假定用一只二极管则为单限限幅器，分为上限幅（只用 ）和下限幅（只用 ）；若不加限幅电压V1（或V2）则为零电平限幅器，行将横坐标轴以上（或以下）的波形削去。调理直流电压V1和V2，即能够改动输出电压起伏。

（3）钳位电路

图8(a)电路为顶部钳位器，输入信号电压 及其对应输出信号电压 的波形如 图8(b)所示。钳位器的构成特色是RC ＞＞T，即RC耦合电路的时刻常数远远大于信号周期T。

图7 二极管限幅器 图8二极管钳位器

在 时刻：假定电容C未充电，输入信号 的正跳变使二极管VD正导游通，电容端电压不能骤变，输出即为二极管的正向压降（约0.7V，由于二极管的正导游通电阻很小，别的电压降低在信号源内阻上）。然后电容C充电，由于充电回路电阻较小，输出电压 很快按指数规矩降低至零，电容C左正右负充溢电；

在 时刻：输入电压 由+1V下跳至﹣1V，电容端电压不能骤变，输出电压 则由零下跳一样起伏至﹣2V，二极管VD反偏而截止。然后电容C经过电阻R放电，由于R比二极管VD导通时电阻大得多，输出电压改动较缓慢， ~ 时期内 的必定值略有降低；

在 时刻：输入电压 有﹣1V上跳至+1V，电容端电压不能骤变，输出电压则由约-2V上跳一样起伏，二极管VD又正偏导通，重复 时刻的进程， ~ 时期内电容放电丢掉的电荷得到抵偿，输出电压略有上升；

在 时刻重复 时刻的进程。

假定将图8（a）电路中二极管VD反方向，则构成底部钳位电路，对应输入信号，输出波形的底部被钳在横坐标上；假定在二极管的下方接人一个直流电压源（可所以正电源，也可所以负电源），则输出波形的底部（或顶部）被钳在钳位电压上，共有四种不一样状况。

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