简单地讲就是需要能（电）源的器件叫有源器件，无需能（电）源的器件就是无源器件。有源器件一般用来信号放大、变换等，无源器件用来进行信号传输，或者通过方向性进行“信号放大”。电容、电阻、电感都是无源器件，IC、模块等都是有源器件。（通俗的说就是需要电源才能显示其特性的就是有源元件，如三极管。而不用电源就能显示其特性的就叫无源元件）。 1. 无源器件: 如果电子元器件工作时，其内部没有任何形式的电源，则这种器件叫做无源器件。 从电路性质上看，无源器件有两个基本特点： （1） 自身或消耗电能，或把电能转变为不同形式的其他能量。 （2） 只需输入信号，不需要外加电源就能正常工作。 2. 有源器件: 如果电子元器件工作时，其内部有电源存在，则这种器件叫做有源器件。 从电路性质上看，有源器件有两个基本特点： （1） 自身也消耗电能。 （2） 除了输入信号外，还必须要有外加电源才可以正常工作。 由此可知，有源器件和无源器件对电路的工作条件要求、工作方式完全不同，这在电子技术的学习过程中必须十分注意。 一、常见的无源电子器件 电子系统中的无源器件可以按照所担当的电路功能分为电路类器件、连接类器件。 1. 电路类器件 （1） 二极管（diode） （2） 电阻器（resistor） （3） 电阻排（resistor network） （4） 电容器（capacitor） （5） 电感（inductor） （6） 变压器（transformer） （7） 继电器（relay） （8） 按键（key） （9） 蜂鸣器、喇叭（speaker） （10） 开关（switch） 2. 连接类器件 （1） 连接器（connector） （2） 插座（shoket） （3） 连接电缆（line） （4） 印刷电路板（pcb） 无源元件主要是电阻类、电感类和电容类元件，它的共同特点是在电路中无需加电源即可在有信号时工作。 1.电阻 电流通过导体时，导体内阻阻碍电流的性质称为电阻。在电路中起阻流作用的元器件称为电阻器，简称电阻。电阻器的主要用途是降压、分压或分流，在一些特殊电路中用作负载、反馈、耦合、隔离等。 电阻在电路图中的符号为字母R。电阻的标准单位为欧姆，记作R。常用的还有千欧KΩ，兆欧MΩ。1KΩ=1000Ω 1MΩ=1000KΩ 2.电容 电容器也是电子线路中最常见的元器件之一，它是一种存储电能的元器件。电容器由两块同大同质的导体中间夹一层绝缘介质构成。当在其两端加上电压时，电容器上就会存储电荷。一旦没有电压，只要有闭合回路，它又会放出电能。电容器在电路中阻止直流通过，而允许交流通过，交流的频率越高，通过的能力越强。因此，电容在电路中常用耦合，旁路滤波、反馈、定时及振荡等作用。 电容器的字母代号为C。电容量的单位为法拉（记作F），常用有μF（微法）、PF（即μμF、微微法）。1F=1000000μF 1μF=1000000PF 电容在电路中表现的特性是非线性的。对电流的阻抗称为容抗。容抗与电容量和信号的频率反比。 3.电感 电感与电容一样，也是一种储能元器件。电感器一般由线圈做成，当线圈两端加上交流电压时，在线圈中产生感应电动势，阻碍通过线圈的电流发生变化。这种阻碍称作感抗。感抗与电感量和信号的频率成正比。它对直流电不起阻碍作用（不计线圈的直流电阻）。所以电感在电子线路中的作用是：阻流、变压、耦合及与电容配合用作调谐、滤波、选频、分频等。 电感在电路中的代号为L。电感量的单位是亨利（记作H），常用的有毫亨（mH），微亨（μH）。1H=1000mH 1mH=1000μH 电感是典型的电磁感应和电磁转换的元器件，最常见的应用是变压器。 二、常见的有源电子器件 有源器件是电子电路的主要器件，从物理结构、电路功能和工程参数上，有源器件可以分为分立器件和集成电路两大类。 1. 分立器件 （1） 双极型晶体三极管（bipolar transistor），一般简称三极管，bjt （2） 场效应晶体管（field effective transistor） （3） 晶闸管（thyristor），也叫可控硅 （4） 半导体电阻与电容——用技术制造的电阻和电容，用于集成电路中。 2. 模拟集成电路器件 模拟集成电路器件是用来处理随时间连续变化的模拟电压或电流信号的集成电路器件。 基本模拟集成电路器件一般包括： （1） 集成运算放大器（operation amplifier），简称集成运放 （2） 比较器（comparator） （3） 对数和指数放大器 （4） 模拟乘/除法器（multiplier/divider） （5） 模拟开关电路（analog switch） （6） pll电路（phase lock loop），即锁相环电路 （7） 集成稳压器（voltage regulator） （8） 参考电源（reference source） （9） 波形发生器（wave-form generator） （10） 功率放大器（power amplifier） 3. 数字集成电路器件 （1） 基本逻辑门（logic gate circuit） （2） 触发器（flip-flop） （3） 寄存器（register） （4） 译码器（decoder） （5） 数据比较器（comparator） （6） 驱动器（driver） （7） 计数器（counter） （8） 整形电路 （9） 可编程逻辑器件（pld） （10） 微处理器（microprocessor，mpu） （11） 单片机（microcontroller，mcu） （12） dsp器件（digital signal processor，dsp） 有源元器件是电子线路的核心，一切振荡、放大、调制、解调，以及电流变换都离不开有源元器件。 不依靠外加电源（直流或交流）的存在就能独立表现出其外特性的器件就是无源器件。之外就是有源器件。 所谓“外特性”就是描述器件的某种关系量，尽管是使用了电压或电流，电场或磁场压力或速度等等量来描述其关系。 无源器件的外特性却与他们是否作为策动源而存在没有关系。无源与有源的概念不仅仅在电学元件中有，在机械，流体，热力，声学等领域均有这种概念。
在设计MOS管开关电路时，就要充分了解MOS管的工作原理。下面咱们来详细说明。 MOS管的工作区域 MOS管有三个工作区域： 截止区域 线性（欧姆）区域 饱和区域 当 VGS < VTH时，MOS管工作在截止区域。在该区域中，MOS管处于关断状态，因为在漏极和源极之间没有感应沟道。 对于要感应的沟道和MOS管在线性或饱和区工作，VGS > VTH。 栅极 - 漏极偏置电压 VGD将决定MOS管是处于线性区还是饱和区。在这两个区域中，MOS管处于导通状态，但差异在线性区域，沟道是连续的，漏极电流与沟道电阻成正比。进入饱和区，当 VDS > VGS – VTH时，通道夹断，即它变宽导致恒定的漏极电流。 电子开关 半导体开关是电子电路中的重要方面之一。像 BJT 或MOS管 之类的半导体器件通常作为开关操作，即它们要么处于 ON 状态，要么处于 OFF 状态。 理想的开关特性 对于像MOS管这样的半导体器件，要充当理想的开关，它必须具有以下特性： 在 ON 状态下，它可以承载的电流量不应有任何限制。 在关闭状态下，阻断电压不应有任何限制。 当器件处于 ON 状态时，应有零压降。 关态电阻应该是无限大的。 设备的运行速度没有限制。 理想的开关特性图 实用开关特性 但半导体开关并不是我们想的那么理想。在实际情况中，像MOS管这样的半导体器件具有以下特性。 在开启状态期间，功率处理能力是有限的，即有限的传导电流。关断状态期间的阻断电压也受到限制。 有限的开启和关闭时间，这限制了开关速度。最大工作频率也受到限制。 当器件开启时，将存在一个有限的导通状态电阻，从而导致正向压降。还会有一个有限的关闭状态电阻，这会导致反向漏电流。 实际的开关在开启状态、关闭状态以及过渡状态（从开启到关闭或从关闭到开启）期间都会经历断电。 实用开关特性图 MOS开关电路实例1 在下图所示的电路中，增强型 N 沟道MOS管用于切换简单的灯“ON”和“OFF”（也可以是 LED）。 栅极输入电压VGS被带到适当的正电压电平以打开器件，因此灯负载要么“打开”，（VGS= +ve），要么处于将器件“关闭”的零电压电平，（VGS = 0V）。 如果灯的电阻负载要由电感负载（如线圈、螺线管或继电器）代替，则需要与负载并联一个“续流二极管”，以保护MOS管免受任何自生反电动势的影响。 MOS开关电路 上面显示了一个非常简单的电路，用于切换电阻负载，例如灯或 LED。但是，当使用功率MOS管切换感性或容性负载时，需要某种形式的保护来防止MOS管器件受损。驱动感性负载与驱动容性负载的效果相反。 例如，没有电荷的电容是短路的，导致高“涌入”电流，当我们从感性负载上移除电压时，随着磁场崩溃，我们会产生很大的反向电压，从而导致感应绕组中的感应反电动势。 MOS开关电路功耗计算 我们假设灯的额定电压为 6v、24W 并且完全“开启”，标准MOS管的通道导通电阻 ( RDS(on) ) 值为 0.1ohms。计算MOS管开关器件的功耗。 流过灯的电流计算如下： MOS开关电路电流计算公式 那么MOS管中消耗的功率将为： MOS管开关电路功耗计算公式 P沟道MOS管开关电路实例 在上图我们将 N 沟道 MOS管视为开关，MOS管放置在负载和地之间。这也允许 MOS管的栅极驱动或开关信号以地为参考（低侧开关）。但在某些应用中，如果负载直接接地，我们需要使用 P 沟道增强型 MOS管。如下图所示。 P沟道MOS管开关电路 在这种情况下，MOS管开关连接在负载和正电源轨（高端开关）之间，就像我们使用 PNP 晶体管一样。 在 P 沟道器件中，漏极电流的常规流动方向为负方向，因此施加负栅源电压以将晶体管“导通”。 这是因为 P 沟道MOS管是“倒置”的，其源极端子连接到正电源+VDD。然后，当开关变为低电平时，MOS管变为“ON”，当开关变为高电平时，MOS管变为“OFF”。 P 沟道增强型MOS管开关的这种倒置连接允许我们将其与 N 沟道增强型 MOS管串联连接，以产生互补或 CMOS 开关器件，如上图所示为跨双电源。 MOS开关电路实例2 了解了MOS管的工作原理及其工作区域，就很容易知道MOS管是如何作为开关工作的。通过考虑一个简单的示例电路，将了解 MOS管作为开关的操作。 MOS开关电路图 这是一个简单的电路，其中 N 沟道增强模式MOS管将打开或关闭灯。为了将MOS管用作开关，它必须工作在截止和线性（或三极管）区域。 假设设备最初是关闭的。栅极和源极之间的电压，即 VGS适当地设为正值（从技术上讲，VGS > VTH），MOSFET 进入线性区域并且开关导通。这使灯打开。 如果输入栅极电压为 0V（或技术上 < VTH），则MOS管进入截止状态并关闭。这反过来会使灯关闭。 MOS开关电路实例3 考虑一种情况，如果你想使用微控制器对 12W LED (12V @ 1A) 进行数字控制。当你按下连接到微控制器的按钮时，LED 应打开。当你再次按下相同的按钮时，LED 应熄灭。 很明显，你不能在微控制器的帮助下直接控制 LED。这个时候你就需要一种设备来弥合微控制器和 LED 之间的差距。 该设备应从微控制器接收控制信号（通常该信号的电压在微控制器的工作电压范围内，例如 5V）并为 LED 供电，在这种情况下来自 12V 电源。 而这个设备是MOS管，上述场景的设置如下电路所示。 MOS开关电路图 当逻辑 1（假设为 5V 微控制器，逻辑 1 为 5V，逻辑 0 为 0V）提供给MOS管的栅极时，它打开并允许漏极电流流动。结果，LED 亮起。 类似地，当 MOS管的栅极为逻辑 0 时，它会关闭，进而关闭 LED。 因此，你可以通过微控制器和MOS管的组合对大功率设备进行数字控制。 MOS管开关电路需要注意的因素---MOS管的功耗 需要考虑的一个重要因素是MOS管的功耗。考虑一个漏源电阻为 0.1Ω 的MOS管。在上述情况下，即由 12V 电源驱动的 12W LED 将导致 1A 的漏极电流。 因此，MOS管消耗的功率为 P = I 2 * R = 1 * 0.1 = 0.1W。 这看起来是一个比较低的值，但如果你使用相同的 MOS管驱动电机，情况会略有不同。电机的启动电流（也称为浪涌电流）会非常高。 MOS管驱动电路图 因此，即使 RDS 为 0.1Ω，电机启动期间消耗的功率仍会非常高，这可能会导致热过载。因此，RDS将是你的应用选择 MOS管的关键参数。 此外，在驱动电机时，反电动势是设计电路时必须考虑的重要因素。 使用MOS管驱动电机的主要优点之一是输入 PWM 信号可用于平滑控制电机的速度。 MOS开关电路实例4 下图显示了一个使用 n 沟道增强型MOS管作为开关的简单电路。此处，MOS管的漏极端子 (D)通过漏极电阻RD连接到电源电压 VS ，而其源极端子 (S) 接地。此外，它在其栅极端子 (G) 处施加输入电压Vi ，而输出 Vo从其漏极汲取。 MOS开关电路图 现在考虑施加的Vi为 0V 的情况，这意味着MOS管的栅极端子未偏置。因此，MOS管将关闭并在其截止区域中工作，在该区域中，它为电流提供了一个高阻抗路径，这使得 IDS几乎等于零。 结果，即使RD上的电压降也将变为零，因此输出电压Vo将变得几乎等于VS。接下来，考虑施加的输入电压Vi大于器件的阈值电压VT的情况。在这种情况下，MOS管将开始导通. 如果 V提供的S大于器件的夹断电压 VP（通常会如此），则MOS管开始在其饱和区工作。这进一步意味着该器件将为恒定 IDS的流动提供低电阻路径，几乎就像短路一样。结果，输出电压将被拉向低电压电平，理想情况下为零。 从上面的分析可以看出，输出电压在 VS和零之间变化，这取决于所提供的输入分别是小于还是大于 VT。因此，可以得出结论，当使MOS管s在截止和饱和工作区域之间工作时，可以使MOS管起电子开关的作用。 n 沟道耗尽型 MOS管开关电路 与 n 沟道增强型MOS管的情况类似，n 沟道耗尽型 MOS管也可用于执行开关动作，如下图所示。这种电路的行为与上面的解释几乎相同，除了事实上，对于截止，栅极电压 VG需要设为负值，并且应小于 -V。 n 沟道耗尽型 MOS管开关电路图 p 沟道增强型MOS管开关电路 下图显示了将 p 沟道增强型MOS管用作开关的情况。这里可以看出，电源电压 VS施加在其源极端子 (S) 上，栅极端子提供输入电压 Vi，而漏极端子通过电阻RD接地。 p 沟道增强型MOS管开关电路图 此外，从MOS管的漏极端子通过RD获得电路Vo的输出。在 p 型器件的情况下，传导电流将来自空穴，因此会从源极流向漏极 ISD，而不是从漏极流向源极（IDS) 与 n 型器件一样。 现在，让我们假设只有MOS管的栅极电压 VG的输入电压变低。这会导致MOS管开启并为电流提供低（几乎可以忽略不计）电阻路径。 结果，大电流流过器件，导致电阻 RD上的电压降很大。这反过来导致输出几乎等于电源电压VS 。接下来，考虑Vi变高的情况，即当Vi将大于器件的阈值电压（这些器件的 VT将为负值）。在这种情况下MOS管将关闭并为电流提供高阻抗路径。这导致几乎为零的电流导致输出端子处的电压几乎为零。 p 沟道耗尽型MOS管开关电路 与此类似， p 沟道耗尽型MOS管也可用于执行开关动作，如下图所示。该电路的工作原理与上述电路几乎相似，只是此处的截止区域为仅当 Vi = VG为正且超过器件的阈值电压时才会出现。 p 沟道耗尽型MOS管开关电路图
目录 1.什么是开关二极管 2.开关二极管的种类 3.开关二极管的工作原理 4.开关二极管的应用电路分析 5.开关二极管的常见问题 在查看电子元器件时，很容易忽略不起眼的二极管，它们没有隧道、Gunn、变容二极管、齐纳二极管和雪崩二极管，甚至LED中的任何特殊部件，相反，它们只是电流的单向阀。以一种方式将它们连接起来，电流就会流动。它们将交流电整流为直流电，电源充满了它们。当电流流动时，它们两端的电压非常恒定。但关闭二极管并没有那么快。他们还有一个隐藏的技能，他们也可以充当开关。这应该不会太令人震惊，毕竟快速浏览通用二极管的许多数据表应该会发现它们是开关二极管，那么二极管开关是如何工作的呢?关键在于之前提到过的那个单向阀。信号可以通过正向偏置的二极管打开，然后通过将二极管置于反向偏置来关闭。 1.什么是开关二极管 开关二极管是一种半导体二极管，它们是专门为电路上的“开”和“关”而设计和制造的，顾名思义，就是指具有开关功能的二极管。该二极管具有在正向施加电压时通过电流(ON)和在反向施加电压时停止(OFF)电流的性能。与其它二极管相比，反向恢复时间较短，即开关二极管从导通状态到完全关断状态所用的时间较短，常见的开关二极管有2AK、2DK等系列，它的特点是运行速度非常快(以纳秒为单位，而对于更高的电压则为微秒)，开关二极管具有极低的结电容，因此开关时间非常短。开关二极管主要应用于电子计算机，脉冲，开关电路。 图1 开关二极管 2.开关二极管的种类 开关二极管分为普通开关二极管、高速开关二极管、超高速开关二极管、低功耗开关二极管、高反压开关二极管、硅电压开关二极管等多种。 普通开关二极管：常用的国产普通开关二极管有2AK系列锗开关二极管，表4-8为2AK系开关二极管的主要参数。 高速开关二极管：高速开关二极管较普通开关二极管的反向恢复时间更短，开、关频率更快。常用的国产高速开关二极管有2CK系列。进口高速开关二极管有1N系列、1S系列、1SS系列(有引线塑封)和RLS系列(表面安装)。 超高速开关二极管：常用的超高速开关二极管有1SS系列(有引线塑封)和RLS系列(表面封装)。 低功耗开关二极管：低功耗开关二极管的功耗较低，但其零偏压电容和反向恢复时间值均较高速开关二极管低。常用的低功耗开关二极管有RLS系列(表面封装)和1SS系列(有引线塑封)。 高反压开关二极管：高反压开关二极管的反向击穿电压均在220V以上，但其零偏压电容和反向恢复时间值相对较大。常用的高反压开关二极管有RLS系列(表面封装)和1SS系列(有引线塑封)。 硅电压开关二极管：硅电压开关二极管是一种新型半导体器件，有单向电压开关二极管和双向电压开关二极管之分，主要应用于触发器、过压保护电路、脉冲发生器及高压输出、延时、电子开关等电路。单向电压开关二极管也称转折二极管，邮PnPN四层结构的硅半导体材料组成，其正向为负阻开关特性(指当外加电压升高到正向转折电压值时，开关二极管由截止状态变为导通状态，即由高阻转为低阻)，反向为稳定特性。双向电压二极管由NPnPN五层结构的硅半导体材料组成，其正向和反向均具有相同的负阻开关特性。 3.开关二极管的工作原理 在半导体二极管通导时，相当于开关闭合(电路导通)，当它关断时，就相当于打开了开关(电路关闭)，由于半导体二极管的单向导通特性，PN在正偏压下导通，导通状态的电阻很小，大约几十到几百欧姆，在反向偏置下，它是关闭的，它的电阻很大，一般的硅二极管在10MΩ以上。利用这一特性，二极管将在电路中起到控制电流通断的作用，使其成为理想的电子开关。 图2 开关二极管的结构 4.开关二极管的应用电路分析 为了说明基本的二极管开关，我们准备了几个简化的电路图。第一个显示阳极通过R1接地，阴极连接到Vcc电源轨。二极管处于反向偏置，没有电流流过它。施加到C1的交流电压将出现在阳极，但不会出现在阴极和通过C2的输出。在这种情况下，开关是关闭的。 第二张图显示了一个非常相似的电路，但电阻连接到相反的电源线。阳极现在连接到Vcc轨，阴极接地。电流流过二极管，它是正向偏置的。因此，施加到C1的交流电压将出现在二极管的阳极和阴极，并将通过C2到达输出。开关已打开。这是一个简化的电路，但不是很多。实用的二极管开关通常通过将二极管的一侧保持在偏置点来工作，这样当逻辑电平施加到另一点时，它会将二极管从正向偏置切换到反向偏置，从而允许电子控制开关。换句话说，将二极管的一端放在中间，将另一端高低摆动。 图3 在正向偏置打开位置的简化二极管开关 图4 处于反向偏置关断位置的简化二极管开关 特别是对于RF电路，还可以在偏置线路中找到RF扼流圈，以阻止RF进入电源和逻辑电路。本质就在图中，二极管开关真的这么简单。甚至可以通过将单个二极管开关并联到单个偏置点来制作多路开关。但这并不是简单二极管在开关方面的能力限制，所以我们现在将考虑更多的应用。 5.开关二极管的常见问题 5.1哪个二极管用于快速开关? 肖特基二极管 5.2二极管和开关有什么区别? 二极管只允许一个方向的电流流动。在正向，它始终为ON。在反方向它总是关闭。一个开关允许在两个方向上打开，当关闭时，它不允许在任何方向上。 5.3开关二极管用在什么地方? 开关二极管具有开关速度快、体积小、寿命长、可靠性高等特点。广泛应用于电子设备的开关电路、检测电路、高频和脉冲整流电路、自动控制电路等。 5.4开关二极管有什么用? 开关二极管适用于开关高达100mA的小信号，用作整流器。相比之下，整流二极管用于交流线路整流(从交流电到直流电)。开关二极管设计用于处理低于几十伏的电压。 5.5开关二极管正负极怎么判断? 最简单的方法是使用万用表来测试极性，将万用表转到二极管设置(通常由二极管符号表示)，然后将每个探头接触到LED端子之一。如果LED亮起，则正极探针接触阳极，负极探针接触阴极。 结语 以上就是关于开关二极管工作原理及电路图的介绍了，二极管是非常有用的元件，广泛应用于现代技术中。尽管LED可能是普通人最广为人知的应用，但迄今为止最常见的应用是使用二极管将交流电源整流为直流电源。使用二极管，可以创建不同类型的整流器电路，其中最基本的是半波、全波中心抽头和全桥整流器。这些在电子电源中非常重要，例如笔记本电脑的充电器，来自主电源的交流电流必须转换为直流电流，然后才能存储。
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