在數(shù)字電路中，通常用半導(dǎo)體二極管和三極管來模擬開關(guān)的導(dǎo)通和斷開的狀態(tài)，即利用了半導(dǎo)體二極管和三極管的開關(guān)作用。
1、半導(dǎo)體二級管的開關(guān)作用
由于半導(dǎo)體二極管具有單向?qū)щ娦裕赐饧诱妷簳r導(dǎo)通，外加反向電壓時截止，所以半導(dǎo)體二極管相當(dāng)于一個受外加電壓控制的開關(guān)。
如圖1所示，當(dāng)二極管兩端加正向電壓（見圖1(a)），二級管導(dǎo)通，相當(dāng)于開關(guān)閉合（見圖1(b)）；當(dāng)二極管加反向電壓（見圖1(c)），二極管截止，相當(dāng)于開關(guān)斷開（見圖1(d)）。
因此，二極管在電路中表現(xiàn)為一個受外加電壓ui控制的開關(guān)。當(dāng)外加電壓ui為一脈沖信號時，二極管將隨著脈沖電壓的變化在“開”態(tài)與“關(guān)”態(tài)之間轉(zhuǎn)換。這個轉(zhuǎn)換過程就是二極管開關(guān)的動態(tài)特性。
用二極管取代圖1的開關(guān)ｓ，就可以得到圖2所示的二極管開關(guān)電路。
圖1 半導(dǎo)體二極管的開關(guān)特性
圖2 半導(dǎo)體二極管開關(guān)電路
2、半導(dǎo)體三極管的開關(guān)作用
模擬電子技術(shù)中已經(jīng)詳細(xì)介紹了半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)、特性及電路分析，這里介紹的是半導(dǎo)體三極管在數(shù)字電路中的工作狀態(tài)和工作特點。
用npn型三極管取代圖1中的開關(guān)ｓ，就得到了圖3所示的三極管開關(guān)電路。前面已經(jīng)講過雙極性三極管有３種工作狀態(tài)：截止?fàn)顟B(tài)、放大狀態(tài)和飽和狀態(tài)。在模擬電路中，主要利用三極管的放大狀態(tài)工作，而在數(shù)字電路中，則是利用三極管的截止?fàn)顟B(tài)和飽和狀態(tài)交替工作，實現(xiàn)輸出端高、低電平的轉(zhuǎn)換。
圖3 晶體管的基本開關(guān)電路
下面介紹如圖3所示三極管開關(guān)電路中三極管實現(xiàn)開關(guān)作用的工作過程。在共射級放大電路中，三極管的輸入特性曲線和輸出特性曲線如圖4所示。
圖4(a) 輸入特性曲線
圖4(b) 輸出特性曲線
當(dāng)輸入電壓ui=0時，三極管的基極-發(fā)射極電壓ube=0。由圖4(a)所示的輸入特性曲線可知，此時ib=0。由圖5-1-6（b）所示的輸出特性曲線可知，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，近似認(rèn)為ic=0，故uo=vcc，輸出高電平，相當(dāng)于開關(guān)斷開，如圖3所示。
同樣的道理，當(dāng)ui>uon時，ib>0，三極管的工作狀態(tài)開始進(jìn)入放大區(qū)。隨著ui的增大，ib也跟著增大，三極管工作點q沿著交流負(fù)載線上移，當(dāng)基極的電流ib增大到一定程度，三極管的工作點q進(jìn)入飽和區(qū)，三極管工作在飽和狀態(tài)。此時ic≈vcc /rc，uce≈0，即輸出電壓uo≈0，輸出低電平，相當(dāng)于開關(guān)閉合。
根據(jù)以前學(xué)過的知識可知，三極管處于飽和狀態(tài)時三極管的基極電流為，故為使三極管處于飽和狀態(tài)，開關(guān)電路輸出低電平，必須保證ib≥ibs。
綜上所述，只要合理的選擇電路參數(shù)，保證當(dāng)ui為低電平時，ube<uon，三極管工作在截止?fàn)顟B(tài)，三極管的集電極和發(fā)射極之間相當(dāng)于開關(guān)斷開，輸出高電平；當(dāng)ui為高電平時，ib≥ibs，三極管工作在飽和狀態(tài)，三極管的集電極和發(fā)射極之間相當(dāng)于開關(guān)閉合，輸出低電平。
3、mos管的開關(guān)特性
用mos管代替圖中的開關(guān)s，就得到了圖5所示的mos管開關(guān)電路（以n溝道增強型mos為例）。
當(dāng)ui=ugs<ugs(th)(ugs(th)為mos管的開啟電壓)時，mos管工作在截止區(qū)。只要負(fù)載電阻rd遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于mos管的截止內(nèi)阻roff，輸出電壓即為高電平uo≈vcc。此時mos管的d-s間相當(dāng)于一個開關(guān)處于斷開狀態(tài)。
當(dāng)ui=ugs>ugs(th)并且在uds較高的情況下，mos管工作在恒流區(qū)，隨著ui的升高id增加，而uo下降。此時mos管工作在放大狀態(tài)。
當(dāng)ui繼續(xù)升高時，mos管的導(dǎo)通內(nèi)阻ron變得很小（通常在1kω以內(nèi)），只要rd>>ron，則開關(guān)電路的輸出端將為低電平uo≈0.此時mos管的d-s間相當(dāng)于一個開關(guān)處于閉合狀態(tài)。
圖5 mos管基本開關(guān)電路
綜上所述，只要電路參數(shù)選擇得當(dāng)，就可以做到輸入為低電平時mos管截止，開關(guān)電路輸出高電平；輸入高電平時mos管導(dǎo)通，開關(guān)電路輸出低電平。