二极管是两个端子的PN结，可用于各种应用。这样的应用之一是电气开关。 PN结在正向偏置时起闭合作用，而反向偏置起开路作用。因此，正向和反向偏置状态的变化使二极管作为开关工作，正向处于导通状态，反向处于截止状态。

机械开关上的电气开关

由于以下原因，与机械开关相比，电气开关是首选选择：

• 机械开关容易被金属氧化，而电气开关则不会。
• 机械开关具有活动触点。
• 它们比电气开关更容易受到压力和拉伤。
• 机械开关的磨损和破损通常会影响其工作。

因此，电气开关比机械开关更有用。

二极管作为开关的工作

每当超过指定电压时，二极管电阻就会增加，从而使二极管反向偏置，并充当开路开关。每当施加的电压低于参考电压时，二极管电阻就会减小，从而使二极管正向偏置，并充当闭合开关。

以下电路说明了用作开关的二极管。

开关二极管具有一个PN结，其中P区域轻掺杂而N区域重掺杂。上面的电路象征着，当正向正向偏置二极管时，二极管导通；当负向反向偏置二极管时，二极管关断。

铃声

在此之前，由于正向电流流动，突然产生反向电压，因此反向电流有时会流动，而不是立即关闭。漏电流越大，损耗越大。当二极管突然反向偏置时，反向电流的流动有时可能会产生很少的振荡，称为振铃。

这种振铃情况是一种损失，因此应尽量减少。为此，应了解二极管的开关时间。

二极管开关时间

在改变偏置条件时，二极管会经历瞬态响应。系统对从平衡位置突然变化的响应称为瞬态响应。

从正向到反向以及从反向到正向偏置的突然变化会影响电路。响应这种突然变化所花费的时间是定义电气开关有效性的重要标准。

• 二极管恢复稳态之前所花费的时间称为恢复时间。

• 二极管从反向偏置状态切换到正向偏置状态所花费的时间间隔称为正向恢复时间。($ t_ {fr} $)

• 二极管从正向偏置状态切换到反向偏置状态所花费的时间间隔称为反向恢复时间。 ($ t_ {fr} $)

为了更清楚地理解这一点，让我们尝试分析将电压施加到开关PN二极管后发生的情况。

载流子浓度

从交界处看，少数载流子浓度呈指数下降。施加电压时，由于正向偏置条件，一侧的多数载流子移向另一侧。他们成为另一方的少数族裔。此浓度将在交界处更多。

例如，如果考虑使用N型，则在施加正向偏压后进入N型的多余空穴会增加已经存在的N型材料的少数载流子。

让我们考虑一些符号。

• P型(孔)中的多数载流子= $ P_ {po} $
• N型(电子)的多数载流子= $ N_ {no} $
• P型(电子)的少数载流子= $ N_ {po} $
• N型(孔)中的多数载流子= $ P_ {no} $

在正向偏置条件下-少数载流子更靠近结，而离结的距离较小。下图对此进行了说明。

P型多余的少数运营商费= $ P_n-P_ {no} $和$ p_ {no} $(稳态值)

N型多余的少数运营商费= $ N_p-N_ {po} $和$ N_ {po} $(稳态值)

在反向偏置条件下-大多数载流子不通过结传导电流，因此不参与电流条件。开关二极管在反向情况下表现为短路。

少数载流子将穿过结并传导电流，这称为反向饱和电流。下图表示反向偏置期间的状态。

在上图中，虚线表示平衡值，实线表示实际值。由于少数载流子产生的电流足够大，因此可以导通，直到多余的电荷被清除。

二极管从正向偏置变为反向偏置所需的时间称为反向恢复时间($ t_ {rr} $) 。下图详细说明了二极管的开关时间。

从上图，让我们考虑二极管电流图。

在$ t_ {1} $处，二极管突然从导通状态进入截止状态。它被称为存储时间。储存时间是去除多余的少数载流子电荷所需的时间。在存储时间中，从N流向P型材料的负电流相当大。这个负电流是

$$-I_R = \ frac {-V_ {R}} {R} $$

下一个时间段是过渡时间“(从$ t_2 $到$ t_3 $)

过渡时间是二极管完全进入开路状态所需的时间。 $ t_3 $之后，二极管将处于稳态反向偏置状态。在$ t_1 $二极管处于稳态正向偏置条件之前。

因此，完全断路所需的时间为

$$ Reverse \：\：recovery \：\：time \ left(t_ {rr} \ right)=存储\：\：time \ left(T_ {s} \ right)+ Transition \：\：time \ left( T_ {t} \ right)$$

而从OFF到ON则需要更少的时间，称为正向恢复时间。反向恢复时间大于正向恢复时间。如果使此反向恢复时间更短，则二极管可作为更好的开关。

定义

让我们只讨论所讨论的时间段的定义。

• 存储时间-二极管即使在反向偏置状态下也保持导通状态的时间称为存储时间。

• 过渡时间-返回非导通状态(即稳态反向偏置)所花费的时间称为过渡时间。

• 反向恢复时间-二极管从正向偏置变为反向偏置所需的时间称为反向恢复时间。

• 正向恢复时间-二极管从反向偏置变为正向偏置所需的时间称为正向恢复时间。

影响二极管开关时间的因素

影响二极管开关时间的因素很少，例如

• 二极管电容-PN结电容根据偏置条件而变化。

• 二极管电阻–二极管提供的用于更改其状态的电阻。

• 掺杂浓度-二极管的掺杂水平会影响二极管的开关时间。

• 耗尽层宽度-耗尽层的宽度越窄，切换速度越快。齐纳二极管的耗尽区比雪崩二极管窄，这使得前者成为更好的开关。

应用领域

使用二极管开关电路的应用有很多，例如-

• 高速整流电路
• 高速开关电路
• 射频接收器
• 通用应用
• 消费者应用
• 汽车应用
• 电信应用等