二極管開(kāi)關(guān)電路及故障處理

開(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)，各種民用電器中的電源開(kāi)關(guān)等。

在開(kāi)關(guān)電路中有兩大類(lèi)的開(kāi)關(guān)：

1）機(jī)械式的開(kāi)關(guān)，采用機(jī)械式的開(kāi)關(guān)件作為開(kāi)關(guān)電路中的元器件。

2）電子開(kāi)關(guān)，所謂的電子開(kāi)關(guān)，不用機(jī)械式的開(kāi)關(guān)件，而是采用二極管、三極管這類(lèi)器件構(gòu)成開(kāi)關(guān)電路。

1．開(kāi)關(guān)二極管開(kāi)關(guān)特性說(shuō)明

開(kāi)關(guān)二極管同普通的二極管一樣，也是一個(gè)PN結(jié)的結(jié)構(gòu)，不同之處是要求這種二極管的開(kāi)關(guān)特性要好。

當(dāng)給開(kāi)關(guān)二極管加上正向電壓時(shí)，二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)的通態(tài)；當(dāng)給開(kāi)關(guān)二極管加上反向電壓時(shí)，二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)的斷態(tài)。二極管的導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)完成開(kāi)與關(guān)功能。

開(kāi)關(guān)二極管就是利用這種特性，且通過(guò)制造工藝，開(kāi)關(guān)特性更好，即開(kāi)關(guān)速度更快，PN結(jié)的結(jié)電容更小，導(dǎo)通時(shí)的內(nèi)阻更小，截止時(shí)的電阻很大。

如表9-41所示是開(kāi)關(guān)時(shí)間概念說(shuō)明。

表6.19 開(kāi)關(guān)時(shí)間概念說(shuō)明

2．典型二極管開(kāi)關(guān)電路工作原理

二極管構(gòu)成的電子開(kāi)關(guān)電路形式多種多樣，如圖9-46所示是一種常見(jiàn)的二極管開(kāi)關(guān)電路。

圖9-46 二極管開(kāi)關(guān)電路

通過(guò)觀察這一電路，可以熟悉下列幾個(gè)方面的問(wèn)題，以利于對(duì)電路工作原理的分析：

1）了解這個(gè)單元電路功能是第一步。從圖8-14所示電路中可以看出，電感L1和電容C1并聯(lián)，這顯然是一個(gè)LC并聯(lián)諧振電路，是這個(gè)單元電路的基本功能，明確這一點(diǎn)后可以知道，電路中的其他元器件應(yīng)該是圍繞這個(gè)基本功能的輔助元器件，是對(duì)電路基本功能的擴(kuò)展或補(bǔ)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(gòu)成串聯(lián)電路，然后再與C1并聯(lián)，從這種電路結(jié)構(gòu)可以得出一個(gè)判斷結(jié)果：C2和VD1這個(gè)支路的作用是通過(guò)該支路來(lái)改變與電容C1并聯(lián)后的總?cè)萘看笮。@樣判斷的理由是：C2和VD1支路與C1上并聯(lián)后總電容量改變了，與L1構(gòu)成的LC并聯(lián)諧振電路其振蕩頻率改變了。所以，這是一個(gè)改變LC并聯(lián)諧振電路頻率的電路。

關(guān)于二極管電子開(kāi)關(guān)電路分析思路說(shuō)明如下幾點(diǎn)：

1）電路中，C2和VD1串聯(lián)，根據(jù)串聯(lián)電路特性可知，C2和VD1要么同時(shí)接入電路，要么同時(shí)斷開(kāi)。如果只是需要C2并聯(lián)在C1上，可以直接將C2并聯(lián)在C1上，可是串入二極管VD1，說(shuō)明VD1控制著C2的接入與斷開(kāi)。

2）根據(jù)二極管的導(dǎo)通與截止特性可知，當(dāng)需要C2接入電路時(shí)讓VD1導(dǎo)通，當(dāng)不需要C2接入電路時(shí)讓VD1截止，二極管的這種工作方式稱(chēng)為開(kāi)關(guān)方式，這樣的電路稱(chēng)為二極管開(kāi)關(guān)電路。

3）二極管的導(dǎo)通與截止要有電壓控制，電路中VD1正極通過(guò)電阻R1、開(kāi)關(guān)S1與直流電壓+V端相連，這一電壓就是二極管的控制電壓。

4）電路中的開(kāi)關(guān)S1用來(lái)控制工作電壓+V是否接入電路。根據(jù)S1開(kāi)關(guān)電路更容易確認(rèn)二極管VD1工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)下，因?yàn)镾1的開(kāi)、關(guān)控制了二極管的導(dǎo)通與截止。

如表9-42所示是二極管電子開(kāi)關(guān)電路工作原理說(shuō)明。

表9-42 二極管電子開(kāi)關(guān)電路工作原理說(shuō)明

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，一種情況只有C1，另一種情況是C1與C2并聯(lián)，在電容量不同的情況下LC并聯(lián)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(lián)諧振電路的諧振頻率。

關(guān)于二極管電子開(kāi)關(guān)電路分析細(xì)節(jié)說(shuō)明下列二點(diǎn)：

1）當(dāng)電路中有開(kāi)關(guān)件時(shí)，電路的分析就以該開(kāi)關(guān)接通和斷開(kāi)兩種情況為例，分別進(jìn)行電路工作狀態(tài)的分析。所以，電路中出現(xiàn)開(kāi)關(guān)件時(shí)能為電路分析提供思路。

2）LC并聯(lián)諧振電路中的信號(hào)通過(guò)C2加到VD1正極上，但是由于諧振電路中的信號(hào)幅度比較小，所以加到VD1正極上的正半周信號(hào)幅度很小，不會(huì)使VD1導(dǎo)通。

3．故障檢測(cè)方法和電路故障分析

如圖9-47所示是檢測(cè)電路中開(kāi)關(guān)二極管時(shí)接線(xiàn)示意圖，在開(kāi)關(guān)接通時(shí)測(cè)量二極管VD1兩端直流電壓降，應(yīng)該為0.6V，如果遠(yuǎn)小于這個(gè)電壓值說(shuō)明VD1短路，如果遠(yuǎn)大小于這個(gè)電壓值說(shuō)明VD1開(kāi)路。另外，如果沒(méi)有明顯發(fā)現(xiàn)VD1出現(xiàn)短路或開(kāi)路故障時(shí)，可以用萬(wàn)用表歐姆檔測(cè)量它的正向電阻，要很小，否則正向電阻大也不好。

圖9-47 檢測(cè)電路中開(kāi)關(guān)二極管時(shí)接線(xiàn)示意圖

如果這一電路中開(kāi)關(guān)二極管開(kāi)路或短路，都不能進(jìn)行振蕩頻率的調(diào)整。開(kāi)關(guān)二極管開(kāi)路時(shí)，電容C2不能接入電路，此時(shí)振蕩頻率升高；開(kāi)關(guān)二極管短路時(shí)，電容C2始終接入電路，此時(shí)振蕩頻率降低。

4．同類(lèi)電路工作原理分析

如圖所示，電路中的VD1為開(kāi)關(guān)二極管，控制電壓通過(guò)R1加到VD1正極，控制電壓是一個(gè)矩形脈沖電壓，波形見(jiàn)圖中所示。

當(dāng)控制電壓為0V時(shí)，VD1不能導(dǎo)通，相當(dāng)于開(kāi)路，這時(shí)對(duì)L1和C1、L2和C2電路沒(méi)有影響；當(dāng)控制電壓為高電平時(shí)，控制電壓使開(kāi)關(guān)二極管VD1導(dǎo)通，VD1相當(dāng)于通路，電路中A點(diǎn)的交流信號(hào)通過(guò)導(dǎo)通的VD1和電容C3接地，等于將電路中的A點(diǎn)交流接地，使L2和C2電路不起作用。

從上述分析可知，電路中的二極管VD1相當(dāng)于一只開(kāi)關(guān)，控制電路中的A點(diǎn)交流信號(hào)是否接地。