所有數(shù)字集成電路都是由晶體二極管、晶體三極管和場效應(yīng)管組成的。它們大部分工作在導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)，相當(dāng)于開關(guān)的“接通”和“斷開”，因此被稱為電子開關(guān)。電子開關(guān)較機械開關(guān)具有速度高、可靠程度高、無抖動、功耗低、體積小等諸多優(yōu)點。本節(jié)將討論雙極型晶體管的開關(guān)特性。
一、晶體二極管的開關(guān)特性
在數(shù)字電路中，晶體二極管（以下簡稱二極管）常工作于開關(guān)狀態(tài)，在數(shù)字信號作用下，它時而導(dǎo)通，時而截止，相當(dāng)于開關(guān)的“閉合”與“斷開”。研究二極管的開關(guān)特性，就是要分析它在什幺條件下導(dǎo)通，什幺條件下截止，既要分析其靜態(tài)開關(guān)特性，也要分析它在導(dǎo)通與截止兩種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換過程，即分析其動態(tài)開關(guān)特性。
1． 二極管靜態(tài)開關(guān)特性
（1）二極管正向?qū)〞r的特點及導(dǎo)通條件
以硅二極管為例，當(dāng)外加正向電壓使二極管承受一定的正向偏置時，二極管正向?qū)?，其電壓、電流正方向如圖2-2所示。
圖2-3為二極管的伏—安特性曲線，它是二極管電流與兩端電壓的關(guān)系曲線。
圖2-2 二極管開關(guān)電路 圖2-3 二極管伏—安特性曲線（未按比例畫出）
當(dāng)二極管外加正向電壓 
≥ 
時，二極管導(dǎo)通，此后，隨著外加電壓增大，電流按指數(shù)規(guī)律變化。VON是二極管的門檻（閾值、開啟）電壓，硅管約為0.5V，鍺管約為0.1V。 
≥ 
時，特性趨于直線，VD基本不隨電流變化。VD稱為二極管的導(dǎo)通壓降，硅管約為0.7V，鍺管約為0.3V。在數(shù)字電路的分析估算中，常將VD=0.7V視為硅二極管的導(dǎo)通條件。
圖2-4二極管正向?qū)〞r的等效電路 圖2-5二極管截止時的等效電路
圖2-4為二極管正向?qū)〞r的等效電路。當(dāng)外加正向電壓VIH（輸入信號高電平）使硅二極管導(dǎo)通后，可近似認(rèn)為 
保持0.7V不變。因此，在數(shù)字信號作用下二極管正向?qū)〞r，它相當(dāng)于一個具有0.7V壓降的閉合的開關(guān)。
（2）二極管截止時的特點及截止條件
當(dāng)外加電壓較小或者承受反向偏置時，二極管截止。
由圖2-3所示的二極管伏—安特性曲線可見，當(dāng) 
＜ 
＜ 
時二極管截止，只有很小的反向漏電流 
流過二極管。硅管的反向漏電流 
＜1 
，，鍺管的 
＜20 
，
≤ 
時，二極管反向擊穿。 
是二極管的反向擊穿電壓。
在數(shù)字電路的分析計算中，常將 
＜ 
視為硅二極管的截止條件。實際電路中，外加壓常使 
≤０，以保證二極管可靠截止。
圖２-５為二極管截止時的等效電路，當(dāng)外加數(shù)字信號為 
（輸入信號低電平，小于 
）時，二極管截止。此時，可認(rèn)為 
為０，二極管如同斷開的開關(guān)。
2. 二極管動態(tài)開管特性
工作在開關(guān)狀態(tài)的二極管除了有導(dǎo)通和截止兩種穩(wěn)定狀態(tài)外，還要在導(dǎo)通和截止之間轉(zhuǎn)換，這個轉(zhuǎn)換的過程稱為二極管動態(tài)過程（或過渡過程）。當(dāng)輸入電壓波形如圖2-6（a）時，理想開關(guān)的輸出電流波形如圖2-6（b）所示。實際的輸出波形如圖2-6（c）所示。
圖2-6 二極管開關(guān)的過渡過程
（a） 輸入電壓波形；（b）理想過渡過程；（c）實際過渡過程。
由圖2-6可見，在 
時刻，二極管從正向偏置突變?yōu)榉聪蚱茫捎诙O管存在結(jié)電容且在導(dǎo)通后充電，因此二極管在由導(dǎo)通轉(zhuǎn)變到截止的過程中，在二極管內(nèi)產(chǎn)生了很大的反向電流 
，二極管才進入截止?fàn)顟B(tài)。 
是二極管從導(dǎo)通到截止所需的時間，稱為反向恢復(fù)時間。小功率開關(guān)管的 
一般為納秒數(shù)量級。反向恢復(fù)時間 
對二極管開關(guān)動態(tài)特性有很大影響。若二極管兩端輸入電壓的頻率過高，以至輸入負(fù)電壓的持續(xù)時間小于它的反向恢復(fù)時間時，二極管將失去其單向?qū)щ娦?。?dāng)然，二極管從截止到導(dǎo)通也是需要時間的，這段時間稱為開通時間 
，這段時間較短，一般可以忽略不計。所以二極管作為開關(guān)使用時與理想開關(guān)在靜特性和動特性方面都是有一定差別的，但一般可以近似將其視為理想開關(guān)。
3. 二極管的開關(guān)參數(shù)
這里僅介紹二極管作為開關(guān)應(yīng)用時的一些參數(shù)。
（1）反向恢復(fù)時間 
：指在規(guī)定負(fù)載、正向電流及最大反向瞬態(tài)電流下測出的反向恢復(fù)時間。例如，硅開關(guān)管2CK15，當(dāng)負(fù)載電阻為50 
時，由正向電流 
=10 
變?yōu)樽畲蠓聪螂娏?nbsp;
=10 
的10%時， 
=5ns。
（2）零偏壓電容：指二極管兩端電壓為零時，擴散電容和結(jié)電容的容量之和。例如2CK15的零偏壓電容小于5Pf。
4. 二極管開關(guān)的應(yīng)用
二極管開關(guān)的應(yīng)用范圍很廣，可以組成脈沖極性選擇電路、限幅電路和鉗位電路等，分析電路是將其視為理想開關(guān)，即正向?qū)〞r忽略其正向壓降，相當(dāng)于開關(guān)短路接通，電阻為零；反向截止時忽略其反向漏電流，相當(dāng)開關(guān)斷開，電阻無窮大。
下面簡要介紹開關(guān)二極管的應(yīng)用。
（1）脈沖極性選擇電路
數(shù)字電路中，經(jīng)常需要單一方向變化的脈沖信號。這可以用圖2-7(a)所示的開關(guān)電路實現(xiàn)，當(dāng)電路的輸入信號為圖2-7(b)上圖所示的交流脈沖波時，利用開關(guān)二極管的單向?qū)щ娦?，在輸出端即可得到正極性脈沖如圖2-7(b)下圖所示。若要選擇負(fù)極性脈沖，則把圖2-7(a)中的二極管反接即可實現(xiàn)。
圖2-7脈沖極性選擇電路及波形
（a）電路；（b）輸入信號、輸出正極性脈沖。
（2）限幅電路
數(shù)字電路所能處理的信號幅度有一定的要求，例如為+5V。若輸入信號幅度過大，可以利用圖2-8(a)所示電路將其變換為所需的幅度。設(shè)VD1和VD2為理想二極管，當(dāng)電路輸入如圖2-8(b)所示的電壓信號 
V時，其輸出信號電壓 
的波形如圖2-8(b)所示。分析：當(dāng) 
時，VD1導(dǎo)通相當(dāng)于短路，VD2截止，輸出被限定為 
=5V。當(dāng) 
＜﹣V2時，VD2導(dǎo)通相當(dāng)于短路，VD1截止，輸出 
被限定為 
V。當(dāng) 
＜ 
＜ 
時， 
和 
均截止，輸出 
= 
。
限幅器又稱為削波器，如果用一只二極管則為單限限幅器，分為上限幅（只用 
）和下限幅（只用 
）；若不加限幅電壓V1（或V2）則為零電平限幅器，即將橫坐標(biāo)軸以上（或以下）的波形削去。調(diào)節(jié)直流電壓V1和V2，即可以改變輸出電壓幅度。
（3）鉗位電路
圖2-9(a)電路為頂部鉗位器，輸入信號電壓 
及其對應(yīng)輸出信號電壓 
的波形如 圖2-9(b)所示。鉗位器的組成特點是RC ＞＞T，即RC耦合電路的時間常數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信號周期T。
圖2－8 二極管限幅器 圖2-9二極管鉗位器
在 
時刻：假定電容C未充電，輸入信號 
的正跳變使二極管VD正向?qū)ǎ娙荻穗妷翰荒芡蛔?，輸出即為二極管的正向壓降（約0.7V，由于二極管的正向?qū)娮韬苄?，其余電壓降落在信號源?nèi)阻上）。而后電容C充電，由于充電回路電阻較小，輸出電壓 
很快按指數(shù)規(guī)律下降至零，電容C左正右負(fù)充滿電；
在 
時刻：輸入電壓 
由+1V下跳至﹣1V，電容端電壓不能突變，輸出電壓 
則由零下跳同樣幅度至﹣2V，二極管VD反偏而截止。而后電容C通過電阻R放電，由于R比二極管VD導(dǎo)通時電阻大得多，輸出電壓變化較緩慢， 
~ 
期間內(nèi) 
的絕對值略有下降；
在 
時刻：輸入電壓 
有﹣1V上跳至+1V，電容端電壓不能突變，輸出電壓則由約-2V上跳同樣幅度，二極管VD又正偏導(dǎo)通，重復(fù) 
時刻的過程， 
~ 
期間內(nèi)電容放電損失的電荷得到補充，輸出電壓略有上升；
在 
時刻重復(fù) 
時刻的過程。
如果將圖2-9（a）電路中二極管VD反方向，則組成底部鉗位電路，對應(yīng)輸入信號，輸出波形的底部被鉗在橫坐標(biāo)上；如果在二極管的下方接人一個直流電壓源（可以是正電源，也可以是負(fù)電源），則輸出波形的底部（或頂部）被鉗在鉗位電壓上，共有四種不同情況。