電子開關

电子学中的電子開關是指可以在电路中當作開關使用的電子元件,可以中斷电流,或是讓兩個導體之間形成通路。電子開關一般也是使用電壓或電流來作為開關信號。電子開關也會稱為固態電子開關,以和機械式開關區別。

幾個不同大小的電晶體,電晶體就是一種電子開關

一般而言,電子開關會使用固态电子器件,像是晶体管,不過在高壓電的應用中,會使用真空管

歷史

許多裝置在概念上會將二個電子元件之間連接或是不連接,因此會將這些元件稱為開關,因為其概念類似機械式的開關。

傳統的繼電器機電開關,利用電磁鐵控制機械開關裝置。也有利用其他原理運作的開關。例如1971年發明的固態繼電器,是用像是矽控整流器或是双向晶闸管半導體裝置,可以在沒有可動件的情形下控制電路。

早期的電話系統使用利用電磁原理的Strowger switch來連結打電話的發話方及受話方。後來的电信交换包括了一個或多個交叉开关(Crossbar switch)。因此「開關」一詞用在电信网络中。

「開關」一詞用在許多數位主動元件(例如電晶體)或是邏輯閘上,這些電路的功用是改變其輸出狀態的逻辑电平,或日是連接不同的数字信号電路。

上述用法的共同特點是這些裝置控制的輸出都是二元狀態,例如「開」或「關」、「導通」或「開路」、「連接」或「不連接」、「導通」或「不導通」、「低阻抗」或「高阻抗」等。

類型

二極體可以視為開關,順向偏壓時可以導通,逆向偏壓時不導通(高阻抗)。有些特別的二極體(像是肖特基二极管及1N4148)可以快速切換,會稱為「開關二極體」。

真空管可以用在高壓的應用。

電晶體可以以類似開關的方式來使用。雙極性電晶體(BJT)的飽和區及截止區可以視為是開關的開及關。

數字電路中最常使用的電子開關是金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)[1]

類比開關用二個MOSFET電晶體以传输门的方式排列,運作類似繼電器,相較於繼電器,有一些優點,也有不少的限制。

電源供應器中的功率半導體元件可以讓電力通過,也可以讓切換電力,類似開關的作用。

類比的霍尔效应传感器再接一個阈值检测器,就是以用磁力運作的開關。

光耦合器利用用電流驅勳LED的光,以及接收光的光電晶體,是有電氣隔離的開關。

絕緣柵雙極晶體管(IGBT)結合了雙極性電晶體功率MOSFET的優點。

矽控整流器(SCR)可以用在功率電子控制應用中的高速開關。

大部份電子開關會要求開關二端的電壓,某一端需大於另一端,這是單向導通的開關元件。TRIAC類似二個背對背的SCR,是雙向導通的開關元件。

DIAC代表二極體交流(DIode AC)開關。

可關斷晶閘管(GTO)是雙極性切換裝置。

電子開關也可以包括用實體接觸輔助的複雜組態,例如電容式感應觸控式螢幕

相關條目

  • 繼電器:利用電磁及機械原理的電子開關。

參考資料

  1. Bapat, Y. N. . Tata McGraw-Hill Education. 1992: 119 [2020-01-16]. ISBN 978-0-07-460040-5. (原始内容存档于2021-04-28).
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