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,採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,而是採用二極體、三極體這類器件構成開關電路。
1 .開關二極體開關特性說明
開關二極體同普通的二極體一樣,也是一個PN接面的結構,不同之處是要求這種二極體的開關特性要好。
當給開關二極體加上正向電壓時,二極體處於導通狀態,相當於開關的通態;當給開關二極體加上反向電壓時,二極體處於截止狀態,相當於開關的斷態。二極體的導通和截止狀態完成開與關功能。
開關二極體就是利用這種特性,且透過製造工藝,開關特性更好,即開關速度更快,PN接面的結電容更小,導通時的內阻更小,截止時的電阻很大。如表9-41所示是開關時間概念說明。
表6.19 開關時間概念說明
2.典型二極體開關電路工作原理
二極體構成的電子開關電路形式多種多樣,如圖9-46所示是一種常見的二極體開關電路。
透過觀察這一電路,可以熟悉下列幾個方面的問題,以利於對電路工作原理的分析:
(1)瞭解這個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並聯,這顯然是一個LC並聯諧振電路,是這個單元電路的基本功能,明確這一點後可以知道,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充套件或補充等,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,然後再與C1並聯,從這種電路結構可以得出一個判斷結果:C2和VD1這個支路的作用是透過該支路來改變與電容C1並聯後的總容量大小,這樣判斷的理由是:C2和VD1支路與C1上並聯後總電容量改變了,與L1構成的LC並聯諧振電路其振盪頻率改變了。所以,這是一個改變LC並聯諧振電路頻率的電路。
關於二極體電子開關電路分析思路說明如下幾點:
(1)電路中,C2和VD1串聯,根據串聯電路特性可知,C2和VD1要麼同時接入電路,要麼同時斷開。如果只是需要C2並聯在C1上,可以直接將C2並聯在C1上,可是串入二極體VD1,說明VD1控制著C2的接入與斷開。
(2)根據二極體的導通與截止特性可知,當需要C2接入電路時讓VD1導通,當不需要C2接入電路時讓VD1截止,二極體的這種工作方式稱為開關方式,這樣的電路稱為二極體開關電路。
(3)二極體的導通與截止要有電壓控制,電路中VD1正極透過電阻R1、開關S1與直流電壓 V端相連,這一電壓就是二極體的控制電壓。
(4)電路中的開關S1用來控制工作電壓 V是否接入電路。根據S1開關電路更容易確認二極體VD1工作在開關狀態下,因為S1的開、關控制了二極體的導通與截止。如表9-42所示是二極體電子開關電路工作原理說明。
表9-42 二極體電子開關電路工作原理說明
在上述兩種狀態下,由於LC並聯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並聯,在電容量不同的情況下LC並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並聯諧振電路的諧振頻率。
關於二極體電子開關電路分析細節說明下列二點:
(1)當電路中有開關件時,電路的分析就以該開關接通和斷開兩種情況為例,分別進行電路工作狀態的分析。所以,電路中出現開關件時能為電路分析提供思路。
(2)LC並聯諧振電路中的訊號透過C2加到VD1正極上,但是由於諧振電路中的訊號幅度比較小,所以加到VD1正極上的正半周訊號幅度很小,不會使VD1導通。
3.故障檢測方法和電路故障分析
如圖9-47所示是檢測電路中開關二極體時接線示意圖,在開關接通時測量二極體VD1兩端直流電壓降,應該為0.6V,如果遠小於這個電壓值說明VD1短路,如果遠大小於這個電壓值說明VD1開路。另外,如果沒有明顯發現VD1出現短路或開路故障時,可以用萬用表歐姆檔測量它的正向電阻,要很小,否則正向電阻大也不好。
如果這一電路中開關二極體開路或短路,都不能進行振盪頻率的調整。開關二極體開路時,電容C2不能接入電路,此時振盪頻率升高;開關二極體短路時,電容C2始終接入電路,此時振盪頻率降低。
4.同類電路工作原理分析
同類電路工作原理分析
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