وصف شوتكي ديود. ما هو صمام ثنائي شوتكي - وصف تفصيلي لأشباه الموصلات

ثنائيات شوتكي، أو بشكل أكثر دقة صمامات حاجز شوتكي، هي أجهزة أشباه الموصلات مصنوعة على أساس اتصال المعدن بأشباه الموصلات، في حين تستخدم الثنائيات التقليدية تقاطع أشباه الموصلات p-n.

يدين صمام ثنائي شوتكي باسمه ومظهره في مجال الإلكترونيات إلى الفيزيائي والمخترع الألماني والتر شوتكي، الذي أكد في عام 1938، أثناء دراسته لتأثير الحاجز المكتشف حديثًا، النظرية التي تم طرحها سابقًا، والتي بموجبها على الرغم من أن انبعاث الإلكترونات من المعدن هو أمر يمنعها حاجز محتمل، ولكن مع تطبيق المجال الكهربائي الخارجي، فإن هذا الحاجز سوف ينخفض. اكتشف والتر شوتكي هذا التأثير، والذي سمي آنذاك بتأثير شوتكي تكريما للعالم.

عند فحص الاتصال بين المعدن وأشباه الموصلات، يمكن للمرء أن يرى أنه إذا كانت هناك بالقرب من سطح شبه الموصل منطقة مستنفدة من حاملات الشحنة الرئيسية، ففي منطقة اتصال شبه الموصل هذا بالمعدن الموجود على جانب شبه الموصل، يتم تشكيل منطقة شحنة فضائية للمستقبلات والجهات المانحة المتأينة، ويتحقق اتصال مانع - نفس حاجز شوتكي . تحت أي ظروف ينشأ هذا الحاجز؟ يتم تحديد تيار الانبعاث الحراري من سطح الجسم الصلب بواسطة معادلة ريتشاردسون:

دعونا نخلق الظروف عندما يتلامس شبه موصل، على سبيل المثال من النوع n، مع معدن، فإن وظيفة الشغل الديناميكي الحراري للإلكترونات من المعدن ستكون أكبر من وظيفة الشغل الديناميكي الحراري للإلكترونات من شبه الموصل. في ظل هذه الظروف، ووفقًا لمعادلة ريتشاردسون، سيكون تيار الانبعاث الحراري من سطح شبه الموصل أكبر من تيار الانبعاث الحراري من سطح المعدن:

في اللحظة الأولى من الزمن، عند ملامسة المواد المذكورة، سيتجاوز التيار من أشباه الموصلات إلى المعدن التيار العكسي (من المعدن إلى شبه الموصل)، ونتيجة لذلك ستبدأ الشحنات الفضائية في التراكم في القريب - المناطق السطحية لكل من شبه الموصل والمعدن - موجبة في شبه الموصل وسالبة في شبه الموصل. سينشأ مجال كهربائي يتكون من هذه الشحنات في منطقة التلامس، وسوف تنحني مناطق الطاقة.

تحت تأثير المجال، ستزداد وظيفة العمل الديناميكي الحراري لأشباه الموصلات، وستحدث الزيادة حتى تتساوى وظائف العمل الديناميكي الحراري وتيارات الانبعاث الحراري المقابلة فيما يتعلق بالسطح في منطقة التلامس.

إن صورة الانتقال إلى حالة التوازن مع تكوين حاجز محتمل لأشباه الموصلات من النوع p والمعدن تشبه المثال المدروس مع أشباه الموصلات من النوع n والمعدن. يتمثل دور الجهد الخارجي في تنظيم ارتفاع الحاجز المحتمل وقوة المجال الكهربائي في منطقة الشحنة الفضائية لأشباه الموصلات.

يوضح الشكل أعلاه مخططات شريطية لمراحل مختلفة لتشكيل حاجز شوتكي. في ظل ظروف التوازن في منطقة التلامس، استقرت تيارات الانبعاث الحراري، ونتيجة لتأثير المجال، نشأ حاجز محتمل، ارتفاعه يساوي الفرق في وظائف العمل الديناميكية الحرارية: φк = ФМе - Фп /ص.

أثناء تجميع مصادر الطاقة ومحولات الجهد لمكبرات الصوت في السيارة، غالبًا ما تنشأ مشكلة في تصحيح التيار من المحول. يعد الحصول على الثنائيات النبضية القوية مشكلة خطيرة للغاية، لذلك قررت نشر مقال يوفر قائمة كاملة ومعلمات لثنائيات شوتكي القوية. منذ بعض الوقت، واجهت شخصيا مشكلة مع مقوم المحول لمضخم صوت السيارة. المحول قوي جدًا (500-600 واط) ، وتردد جهد الخرج هو 60 كيلو هرتز ، وأي صمام ثنائي شائع يمكن العثور عليه في سلة المهملات القديمة سوف يحترق على الفور مثل المباراة. كان الخيار الوحيد المتاح في ذلك الوقت هو KD213A المحلي. الثنائيات جيدة جدًا ، فهي تحمل ما يصل إلى 10 أمبير ، وتردد التشغيل في حدود 100 كيلو هرتز ، ولكنها أيضًا ترتفع درجة حرارتها بشكل رهيب تحت الحمل.

في الواقع، يمكن العثور على الثنائيات القوية في الجميع تقريبًا. مصدر طاقة الكمبيوتر هو الذي يزود الكمبيوتر بأكمله بالطاقة. كقاعدة عامة، يتم تصنيعها بقوة من 200 واط إلى 1 كيلوواط أو أكثر، وبما أن الكمبيوتر يعمل بالطاقة، فهذا يعني أن مصدر الطاقة يجب أن يحتوي على مقوم. تستخدم مصادر الطاقة الحديثة مجموعات شوتكي ديود قوية لتصحيح الجهد - فهي تتمتع بحد أدنى من انخفاض الجهد عبر الانتقال والقدرة على العمل في دوائر نبضية، حيث يكون تردد التشغيل أعلى بكثير من الشبكة البالغة 50 هرتز. لقد أحضروا مؤخرًا العديد من مصادر الطاقة مجانًا، حيث تمت إزالة الثنائيات لهذه المراجعة القصيرة. في مصادر طاقة الكمبيوتر، يمكنك العثور على مجموعة متنوعة من مجموعات الصمام الثنائي، ولا يوجد تقريبًا أي ثنائيات فردية هنا - في إحدى الحالات، يوجد ثنائيان قويان، غالبًا (دائمًا تقريبًا) مع كاثود مشترك. وهنا بعض منها:

D83-004 (ESAD83-004)- تجميع قوي لثنائيات شوتكي، الجهد العكسي 40 فولت، التيار المسموح به 30 أمبير، في وضع النبض حتى 250 أمبير - ربما يكون أحد أقوى الثنائيات التي يمكن العثور عليها في مصادر طاقة الكمبيوتر.

STPS3045CW- ثنائي شوتكي ثنائي، تيار مصحح 15 أمبير، جهد أمامي 570 مللي فولت، تيار تسرب عكسي 200uA، جهد عكسي ثابت 45 فولت.

توجد ثنائيات شوتكي الأساسية في مصادر الطاقة

شوتكي TO-220 SBL2040CT 10A x 2 = 20A 40V Vf=0.6V عند 10A
شوتكي TO-247 S30D40 15A x 2 = 30A 40V Vf=0.55V عند 15A
فائق السرعة TO-220 SF1004G 5A x 2 = 10A 200V Vf=0.97V عند 5A
فائق السرعة TO-220 F16C20C 8A x 2 = 16A 200V Vf=1.3V عند 8A
فائق السرعة SR504 5A 40V Vf=0.57
شوتكي TO-247 40CPQ060 20A × 2 = 40A 60V Vf=0.49V عند 20A
شوتكي TO-247 STPS40L45C 20 أمبير × 2 = 40 أمبير 45 فولت فولت = 0.49 فولت
فائق السرعة TO-247 SBL4040PT 20A x 2 = 40A 45V Vf=0.58V عند 20A
شوتكي TO-220 63CTQ100 30A x 2 = 60A 100 Vf=0.69V عند 30A
شوتكي TO-220 MBR2545CT 15A x 2 = 30A 45V Vf=0.65V عند 15A
شوتكي TO-247 S60D40 30A x 2 = 60A 40-60V Vf=0.65V عند 30A
شوتكي TO-247 30CPQ150 15 أمبير × 2 = 30 أمبير 150 فولت Vf = 1 فولت عند 15 أمبير
شوتكي TO-220 MBRP3045N 15A x 2 = 30A 45V Vf=0.65V عند 15A
شوتكي TO-220 S20C60 10A x 2 = 20A 30-60V Vf=0.55V عند 10A
شوتكي TO-247 SBL3040PT 15A x 2 = 30A 30-40V Vf=0.55V عند 15A
شوتكي TO-247 SBL4040PT 20A x 2 = 40A 30-40V Vf=0.58V عند 20A
فائق السرعة TO-220 U20C20C 10A x 2 = 20A 50-200V Vf=0.97V عند 10A

هناك أيضًا مجموعات ديود محلية حديثة للتيار العالي. فيما يلي علاماتهم ومخططهم الداخلي:

أنتجت أيضا ، والتي يمكن استخدامها، على سبيل المثال، في مصادر الطاقة لمكبرات الصوت الأنبوبية وغيرها من المعدات ذات مصدر الطاقة المتزايد. القائمة موضحة أدناه:

ثنائيات طاقة شوتكي عالية الجهد بجهد يصل إلى 1200 فولت

على الرغم من أنه من الأفضل استخدام الثنائيات شوتكي في مقومات قوية ذات جهد منخفض مع جهد خرج يصل إلى بضع عشرات من الفولتات عند ترددات تحويل عالية.

صمام ثنائي شوتكي هو نوع آخر من الصمام الثنائي أشباه الموصلات النموذجي، وميزته المميزة هي انخفاض الجهد المنخفض عند توصيله مباشرة. حصلت على اسمها تكريما للفيزيائي والمخترع الألماني والتر شوتكي. تستخدم هذه الثنائيات تقاطعًا معدنيًا لأشباه الموصلات كحاجز محتمل، بدلاً من تقاطع p-n. عادة ما يكون الجهد العكسي المسموح به لثنائيات شوتكي حوالي 1200 فولت، على سبيل المثال CSD05120 ونظائرها؛ في الممارسة العملية، يتم استخدامها في دوائر الجهد المنخفض مع الفولتية العكسية التي تصل إلى عدة عشرات من الفولتات.

في مخططات الدوائر يتم تعيينها تقريبًا مثل الصمام الثنائي، انظر الشكل أعلاه، ولكن مع اختلافات رسومية طفيفة؛ بالإضافة إلى ذلك، تعد صمامات شوتكي الثنائية شائعة جدًا.

ثنائي شوتكي الثنائي عبارة عن عنصرين منفصلين يتم تجميعهما في غلاف مشترك واحد ويتم دمج أطراف الكاثودات أو الأنودات الخاصة بهذه المكونات. ولذلك، فإن الصمام الثنائي المزدوج، عادة ثلاثة محطات. في التبديل وإمدادات الطاقة للكمبيوتر، يمكنك غالبًا رؤية ثنائيات شوتكي المزدوجة مع كاثود مشترك.

نظرًا لأنه تم وضع كلا الثنائيات في غلاف واحد وتم تجميعهما باستخدام نفس العملية التكنولوجية، فإن المعلمات التقنية الخاصة بهما متطابقة تقريبًا. مع مثل هذا الموضع في حالة واحدة، أثناء التشغيل، سيكونون في نفس نظام درجة الحرارة، وهذا هو أحد العوامل الرئيسية في زيادة موثوقية الجهاز ككل.

مزايا

يبلغ انخفاض الجهد عبر الصمام الثنائي عند توصيله مباشرة 0.2-0.4 فولت فقط، بينما تبلغ هذه المعلمة في ثنائيات السيليكون النموذجية 0.6-0.7 فولت. مثل هذا الانخفاض في الجهد المنخفض عبر أشباه الموصلات، عند توصيله مباشرة، هو سمة مميزة فقط لثنائيات شوتكي ذات جهد عكسي بحد أقصى عشرات الفولتات، ولكن إذا زاد مستوى الجهد المطبق، فإن انخفاض الجهد عبر صمام ثنائي شوتكي يكون مشابهًا بالفعل لـ صمام ثنائي السيليكون، والذي يحد بشدة من استخدام الثنائيات شوتكي في الإلكترونيات الحديثة.
من الناحية النظرية، يمكن لأي صمام ثنائي شوتكي أن يكون له سعة حاجز منخفضة. يسمح غياب تقاطع p-n الكلاسيكي الصريح بزيادة تردد تشغيل الجهاز بشكل ملحوظ. لقد وجدت هذه المعلمة تطبيقًا واسعًا في إنتاج الدوائر المتكاملة، حيث تتجاوز صمامات شوتكي التحولات في الترانزستورات المستخدمة كعناصر منطقية. في إلكترونيات الطاقة، تعد المعلمة الأخرى لثنائيات شوتكي مهمة، وهي أن وقت الاسترداد المنخفض يجعل من الممكن استخدام مقومات الطاقة بترددات مئات كيلو هرتز وأعلى. على سبيل المثال، يتم استخدام مكون الراديو MBR4015 (15 فولت و40 أمبير) لتصحيح جهد التردد اللاسلكي، ويبلغ وقت استعادته 10 كيلو فولت/ميكروثانية فقط.
بسبب الخصائص الإيجابية المذكورة أعلاه، تختلف المقومات المبنية على ثنائيات شوتكي عن المقومات الموجودة على الثنائيات القياسية بمستوى أقل من التداخل، لذلك يتم استخدامها في مصادر الطاقة الثانوية التناظرية.

السلبيات

في حالة وجود زيادة قصيرة المدى في مستوى الجهد العكسي المسموح به، يفشل الصمام الثنائي شوتكي، على عكس ثنائيات السيليكون النموذجية، والتي ستنتقل ببساطة إلى وضع الانهيار القابل للعكس، بشرط ألا يكون تبديد طاقة البلورة أعلى من المسموح به القيم، وبعد تقليل الجهد، يستعيد الصمام الثنائي خصائصه بالكامل.
تتميز ثنائيات شوتكي بقيم أعلى للتيارات العكسية، والتي تزداد مع زيادة درجة حرارة البلورة، وفي حالة ظروف التشغيل غير المرضية للمشتت الحراري عند العمل بتيارات عالية، تؤدي إلى الانهيار الحراري للمكون الراديوي.

تستخدم الثنائيات شوتكي، كما أشرت أعلاه، بنشاط في إمدادات الطاقة للكمبيوتر وتبديل منظمات الجهد. يتم استخدامها في الأجزاء ذات الجهد المنخفض والتيار العالي لدائرة UPS للكمبيوتر عند + 3.3 فولت و + 5.0 فولت. الأكثر استخدامًا هي الثنائيات المزدوجة ذات الكاثود المشترك. يعتبر استخدام الثنائيات المزدوجة علامة على الجودة العالية.

يعد صمام ثنائي شوتكي المحترق أحد أكثر الأخطاء شيوعًا. يمكن أن يحتوي الصمام الثنائي على حالتين غير عاملتين: الانهيار الكهربائي والتسرب إلى الجسم. في أي من هذه الظروف، يتم حظر UPS بسبب دائرة الحماية المدمجة.

في حالة حدوث عطل كهربائي، تكون جميع الفولتية الثانوية في مصدر الطاقة غائبة. في حالة حدوث تسرب، قد "ترتعش" مروحة مصدر الطاقة بالكمبيوتر وقد تظهر نبضات جهد الخرج عند الخرج وتختفي بشكل دوري. أي أن وحدة الحماية تنشط بشكل دوري، ولكن لا يحدث الحظر الكامل. تحترق ثنائيات شوتكي بنسبة 100٪ إذا كان المبرد المتصل بها دافئًا جدًا أو كانت له رائحة محترقة قوية منها.

يجب أن يقال بضع كلمات أنه عند إصلاح UPS بعد استبدال الثنائيات، خاصة في حالة التسرب المشتبه به في العلبة، يجب عليك رنين جميع ترانزستورات الطاقة التي تعمل في وضع التبديل. وأيضًا في حالة استبدال الترانزستورات الرئيسية، يعد فحص الثنائيات أمرًا إلزاميًا وضروريًا تمامًا.

تقنية اختبار الصمام الثنائي شوتكي هي نفسها المستخدمة في الصمام الثنائي القياسي القياسي. ولكن هناك اختلافات صغيرة هنا أيضًا. من الصعب جدًا اختبار صمام ثنائي من هذا النوع ملحوم بالفعل في الدائرة. لذلك، يجب أولاً إزالة المجموعة أو العنصر الفردي من الدائرة لفحصها. من السهل جدًا تحديد العنصر المثقوب تمامًا. في جميع حدود قياس المقاومة، سيعرض المقياس المتعدد مقاومة منخفضة بشكل لا نهائي أو دائرة قصر في كلا الاتجاهين.

من الصعب التحقق من وجود تسرب مشتبه به. إذا تحققنا باستخدام مقياس متعدد نموذجي، على سبيل المثال DT-830 في وضع "الصمام الثنائي"، فسنرى مكونًا صالحًا للخدمة. ومع ذلك، إذا قمت بإجراء قياس في وضع الأومتر، فسيتم تحديد المقاومة العكسية عند حد "20 كيلو أوم" على أنها ضخمة بلا حدود (1). إذا أظهر العنصر بعض المقاومة، على سبيل المثال 5 كيلو أوم، فمن الأفضل اعتبار هذا الصمام الثنائي مشبوهًا واستبداله بواحد يعمل بالتأكيد. في بعض الأحيان يكون من الأفضل استبدال الثنائيات Schottky على الفور على حافلات +3.3V و +5.0V في UPS للكمبيوتر.

يتم استخدامها أحيانًا في مستقبلات إشعاع ألفا وبيتا (مقاييس الجرعات)، وكاشفات الإشعاع النيوتروني، وبالإضافة إلى ذلك، يتم تجميع الألواح الشمسية عند انتقالات حاجز شوتكي التي تزود الكهرباء للمركبات الفضائية التي تحرث مساحات كوننا الشاسع.

يتطلب تطوير الإلكترونيات معايير أعلى بشكل متزايد من المكونات الراديوية. للعمل بترددات عالية، يتم استخدام صمام ثنائي شوتكي، وهو متفوق في معلماته على نظائرها من السيليكون. في بعض الأحيان يمكنك أن تجد اسم صمام ثنائي حاجز شوتكي، والذي يعني في الأساس نفس الشيء.

تصميم
التصغير
استخدم في الممارسة العملية

تصميم

يختلف صمام ثنائي شوتكي عن الثنائيات العادية في تصميمه، والذي يستخدم شبه موصل معدني بدلاً من وصلة p-n. ومن الواضح أن الخصائص هنا مختلفة، مما يعني أن الخصائص يجب أن تكون مختلفة أيضًا.

في الواقع، يحتوي المعدن شبه الموصل على المعلمات التالية:

تيار التسرب له أهمية كبيرة.
انخفاض الجهد المنخفض عبر الوصلة عند توصيلها مباشرة؛
يستعيد الشحن بسرعة كبيرة، حيث أن قيمته منخفضة.

يتكون الصمام الثنائي شوتكي من مواد مثل زرنيخيد الغاليوم والسيليكون. أقل شيوعًا، ولكن يمكن استخدامه أيضًا، هو الجرمانيوم. يعتمد اختيار المادة على الخصائص التي يجب الحصول عليها، ومع ذلك، على أي حال، فإن الحد الأقصى للجهد العكسي الذي يمكن تصنيع أشباه الموصلات من أجله لا يزيد عن 1200 فولت - وهذه هي أعلى مقومات الجهد. في الممارسة العملية، يتم استخدامها في كثير من الأحيان في الفولتية المنخفضة - 3، 5، 10 فولت.

في مخطط الدائرة، تم تعيين صمام ثنائي شوتكي على النحو التالي:

لكن في بعض الأحيان يمكنك رؤية هذا التصنيف:

وهذا يعني وجود عنصر مزدوج: ثنائيان في مبيت واحد مع أنود أو كاثود مشترك، وبالتالي فإن العنصر له ثلاث أطراف. تستخدم مصادر الطاقة مثل هذه التصميمات مع كاثود مشترك، وهي ملائمة للاستخدام في دوائر المقوم. في كثير من الأحيان تظهر المخططات علامات الصمام الثنائي العادي، ولكن الوصف يشير إلى أن هذا هو صمام ثنائي شوتكي، لذلك عليك أن تكون حذرا.

تتوفر مجموعات الصمام الثنائي مع حاجز شوتكي في ثلاثة أنواع:

النوع 1 - مع الكاثود المشترك؛

النوع 2 - مع أنود مشترك؛

النوع 3 - حسب مخطط المضاعفة.

لتوفير فواتير الكهرباء، يوصي قراؤنا بصندوق توفير الكهرباء. ستكون الدفعات الشهرية أقل بنسبة 30-50% عما كانت عليه قبل استخدام المدخر. فهو يزيل المكون التفاعلي من الشبكة، مما يؤدي إلى تقليل الحمل، وبالتالي الاستهلاك الحالي. الأجهزة الكهربائية تستهلك كهرباء أقل ويتم تقليل التكاليف.

يساعد هذا الاتصال على زيادة موثوقية العنصر: بعد كل شيء، في نفس السكن، لديهم نفس نظام درجة الحرارة، وهو أمر مهم إذا كانت هناك حاجة إلى مقومات قوية، على سبيل المثال، 10 أمبير.

ولكن هناك أيضا عيوب. الشيء هو أن انخفاض الجهد المنخفض (0.2-0.4 فولت) لهذه الثنائيات يظهر عند الفولتية المنخفضة، عادة 50-60 فولت. عند القيم الأعلى تتصرف مثل الثنائيات العادية. لكن من حيث التيار، تظهر هذه الدائرة نتائج جيدة جدًا، لأنه غالبًا ما يكون من الضروري - خاصة في دوائر الطاقة ووحدات الطاقة - أن يكون تيار التشغيل لأشباه الموصلات 10 أمبير على الأقل.

عيب رئيسي آخر: بالنسبة لهذه الأجهزة، لا يمكن تجاوز التيار العكسي ولو للحظة واحدة. إنها تفشل على الفور، في حين أن ثنائيات السيليكون، إذا لم يتم تجاوز درجة حرارتها، تستعيد خصائصها.

ولكن لا تزال هناك أشياء أكثر إيجابية. بالإضافة إلى انخفاض الجهد المنخفض، فإن صمام ثنائي شوتكي لديه قيمة منخفضة لسعة الوصلة. كما تعلم: سعة أقل - تردد أعلى. لقد وجد هذا الصمام الثنائي تطبيقًا في تبديل مصادر الطاقة والمقومات والدوائر الأخرى بترددات تصل إلى عدة مئات من الكيلو هرتز.

إن خاصية الجهد الحالي لمثل هذا الصمام الثنائي لها مظهر غير متماثل. عند تطبيق جهد أمامي، فمن الواضح أن التيار يزداد بشكل كبير، وعندما يتم تطبيق جهد عكسي، فإن التيار لا يعتمد على الجهد.

كل هذا يمكن تفسيره إذا كنت تعلم أن مبدأ تشغيل أشباه الموصلات هذا يعتمد على حركة الناقلات الرئيسية - الإلكترونات. لنفس السبب، فإن هذه الأجهزة سريعة جدًا: فهي لا تحتوي على عمليات إعادة التركيب المميزة للأجهزة ذات وصلات p-n. تتميز جميع الأجهزة ذات الهيكل الحاجز بعدم تناسق خصائص الجهد الحالي، لأن عدد ناقلات الشحنة الكهربائية هو الذي يحدد اعتماد التيار على الجهد.

التصغير

مع تطور الإلكترونيات الدقيقة، بدأ استخدام الدوائر الدقيقة الخاصة والمعالجات الدقيقة أحادية الشريحة على نطاق واسع. كل هذا لا يستبعد استخدام العناصر المعلقة. ومع ذلك، إذا تم استخدام العناصر المشعة ذات الأحجام التقليدية لهذا الغرض، فإن هذا سوف ينفي فكرة التصغير ككل. لذلك، تم تطوير عناصر الإطار المفتوح - مكونات SMD، والتي تكون أصغر بـ 10 مرات أو أكثر من الأجزاء التقليدية. لا تختلف خصائص الجهد الحالي لهذه المكونات عن خصائص الجهد الحالي للأجهزة التقليدية، وأبعادها المنخفضة تجعل من الممكن استخدام قطع الغيار هذه في مختلف التجميعات الدقيقة.

مكونات SMD تأتي في عدة أحجام. مقاس SMD 1206 مناسب للحام اليدوي، ويبلغ حجمها 3.2 × 1.6 مم، مما يسمح لك بلحامها بنفسك. عناصر SMD الأخرى أصغر حجمًا، ويتم تجميعها في المصنع باستخدام معدات خاصة، ومن المستحيل لحامها بنفسك في المنزل.

لا يختلف مبدأ تشغيل مكون SMD أيضًا عن نظيره الكبير، وإذا أخذنا في الاعتبار، على سبيل المثال، خاصية الجهد الحالي للصمام الثنائي، فسيكون مناسبًا أيضًا لأشباه الموصلات من أي حجم. النطاق الحالي هو من 1 إلى 10 أمبير. غالبًا ما تتكون العلامات الموجودة على العلبة من رمز رقمي، يتم فك تشفيره في جداول خاصة. ويمكن اختبار مدى ملاءمتها باستخدام جهاز اختبار، تمامًا مثل نظيراتها الأكبر حجمًا.

استخدم في الممارسة العملية

تستخدم مقومات شوتكي في تبديل مصادر الطاقة ومثبتات الجهد وتبديل المقومات. التيار الأكثر تطلبًا - 10 أمبير أو أكثر - هو الفولتية 3.3 و 5 فولت. في دوائر الطاقة الثانوية هذه يتم استخدام أجهزة شوتكي في أغلب الأحيان. لتضخيم القيم الحالية، يتم توصيلها معًا في دائرة باستخدام أنود أو كاثود مشترك. إذا تم تصنيف كل من الثنائيات الثنائية بـ 10 أمبير، فستحصل على هامش أمان كبير.

أحد أكثر الأعطال شيوعًا في تبديل وحدات الطاقة هو فشل هذه الثنائيات نفسها. كقاعدة عامة، فهي إما تخترق بالكامل أو تتسرب. في كلتا الحالتين، يجب استبدال الصمام الثنائي المعيب، ثم يجب فحص ترانزستورات الطاقة بمقياس متعدد، ويجب أيضًا قياس جهد الإمداد.

الاختبار وقابلية التبادل

يمكن اختبار مقومات شوتكي بنفس طريقة اختبار أشباه الموصلات التقليدية، حيث أن لها خصائص مماثلة. تحتاج إلى رنينه في كلا الاتجاهين بمقياس متعدد - يجب أن يظهر نفسه بنفس طريقة ظهور الصمام الثنائي العادي: كاثود الأنود، ويجب ألا يكون هناك أي تسرب. إذا أظهرت مقاومة طفيفة على الأقل - 2-10 كيلو أوم، فهذا بالفعل سبب للشك.

يمكن اختبار الصمام الثنائي الذي يحتوي على أنود أو كاثود مشترك مثل اثنين من أشباه الموصلات العادية المتصلة ببعضها البعض. على سبيل المثال، إذا كان الأنود شائعًا، فسيكون ساقًا واحدة من أصل ثلاثة. نضع مسبار اختبار واحدًا على الأنود، والأرجل الأخرى عبارة عن صمامات ثنائية مختلفة، ويتم وضع مسبار آخر عليها.

وهل يمكن استبداله بنوع آخر؟ في بعض الحالات، يتم استبدال ثنائيات شوتكي بثنائيات الجرمانيوم العادية. على سبيل المثال، أعطى D305 عند تيار 10 أمبير انخفاضًا قدره 0.3 فولت فقط، وعند تيارات 2-3 أمبير، يمكن تركيبه بشكل عام بدون مشعات. لكن الغرض الرئيسي من تركيب شوتكي ليس قطرة صغيرة، بل سعة منخفضة، لذلك لن يكون الاستبدال ممكنًا دائمًا.

كما نرى، فإن الإلكترونيات لا تقف ساكنة، وستزداد التطبيقات الإضافية للأجهزة عالية السرعة، مما يجعل من الممكن تطوير أنظمة جديدة أكثر تعقيدًا.

إلى العائلة الكبيرة من الثنائيات شبه الموصلة التي سميت بأسماء العلماء الذين اكتشفوا التأثير غير العادي، يمكننا إضافة واحد آخر. هذا هو صمام ثنائي شوتكي.

اكتشف الفيزيائي الألماني والتر شوتكا ودرس ما يسمى بتأثير الحاجز الذي يحدث مع تقنية معينة لإنشاء انتقال من أشباه الموصلات المعدنية.

السمة الرئيسية لثنائي شوتكي هو أنه، على عكس الثنائيات التقليدية القائمة على وصلة pn، فإنه يستخدم وصلة معدنية لأشباه الموصلات، والتي تسمى أيضًا حاجز شوتكي. يتمتع هذا الحاجز، تمامًا مثل تقاطع أشباه الموصلات، بخاصية التوصيل الكهربائي أحادي الاتجاه وعدد من الخصائص المميزة.

المواد المستخدمة في صنع صمامات حاجز شوتكي هي في الغالب السيليكون (Si) وزرنيخيد الغاليوم (GaAs)، بالإضافة إلى معادن مثل الذهب والفضة والبلاتين والبلاديوم والتنغستن.

في مخططات الدوائر الكهربائية، يتم تصوير صمام ثنائي شوتكي على هذا النحو.

كما ترون، فإن صورتها تختلف إلى حد ما عن تسمية الصمام الثنائي التقليدي لأشباه الموصلات.

بالإضافة إلى هذا التعيين، في المخططات، يمكنك أيضا العثور على صورة لصمام ثنائي شوتكي المزدوج (التجميع).

الصمام الثنائي المزدوج عبارة عن ثنائيات ثنائية مثبتة في غلاف مشترك واحد. يتم الجمع بين أطراف الكاثودات أو الأنودات الخاصة بها. ولذلك، فإن مثل هذا التجمع، كقاعدة عامة، لديه ثلاثة مخرجات. عادةً ما يستخدم تبديل مصادر الطاقة مجموعات الكاثود المشتركة.

نظرًا لوجود صمامين ثنائيين في نفس الغلاف وتم تصنيعهما في عملية تكنولوجية واحدة، فإن معلماتهما متقاربة جدًا. نظرًا لوضعهم في مسكن واحد، فإن ظروف درجة الحرارة الخاصة بهم هي نفسها. وهذا يزيد من موثوقية وعمر الخدمة للعنصر.

تتميز ثنائيات شوتكي بصفتين إيجابيتين: انخفاض الجهد الأمامي المنخفض جدًا (0.2-0.4 فولت) عبر الوصلة والأداء العالي جدًا.

لسوء الحظ، يحدث هذا الانخفاض الصغير في الجهد عندما لا يزيد الجهد المطبق عن 50-60 فولت. ومع زيادته أكثر، يتصرف صمام ثنائي شوتكي مثل صمام ثنائي مقوم السيليكون العادي. لا يتجاوز الحد الأقصى للجهد العكسي لشوتكي عادةً 250 فولت، على الرغم من أنه يمكنك العثور على عينات مصنفة عند 1.2 كيلو فولت (VS-10ETS12-M3) للبيع.

لذلك، ثنائي شوتكي ثنائي (مقوم شوتكي) 60CPQ150مصممة لجهد عكسي أقصى يبلغ 150 فولت، وكل من الثنائيات الخاصة بالتجمع قادرة على تمرير 30 أمبير في اتصال مباشر!

يمكنك أيضًا العثور على عينات يمكن أن يصل تيارها المصحح نصف الدورة إلى 400 أمبير كحد أقصى! ومن الأمثلة على ذلك نموذج VS-400CNQ045.

في كثير من الأحيان، في مخططات الدوائر، يتم ببساطة حذف التمثيل الرسومي المعقد للكاثود ويتم تصوير صمام ثنائي شوتكي على أنه صمام ثنائي عادي. ونوع العنصر المستخدم موضح في المواصفات.

تشمل عيوب الثنائيات ذات حاجز شوتكي حقيقة أنه حتى لو تم تجاوز الجهد العكسي لفترة وجيزة، فإنها تفشل على الفور، والأهم من ذلك، بشكل لا رجعة فيه. في حين أن صمامات الطاقة السيليكونية، بعد توقف الجهد الزائد، تلتئم ذاتيًا تمامًا وتستمر في العمل. بالإضافة إلى ذلك، يعتمد التيار العكسي للثنائيات إلى حد كبير على درجة حرارة الوصلة. مع تيار عكسي كبير، يحدث الانهيار الحراري.

بالإضافة إلى السرعة العالية، وبالتالي وقت الاسترداد القصير، تشمل الصفات الإيجابية لثنائيات شوتكي سعة صغيرة (حاجز) مما يسمح لك بزيادة تردد التشغيل. وهذا يسمح باستخدامها في مقومات النبض بترددات تصل إلى مئات الكيلو هرتز. تجد الكثير من ثنائيات شوتكي تطبيقاتها في الإلكترونيات الدقيقة المتكاملة. يتم تضمين ثنائيات شوتكي المصنوعة باستخدام تقنية النانو في الدوائر المتكاملة، حيث تتجاوز تقاطعات الترانزستور لتحسين الأداء.

لقد ترسخت الثنائيات شوتكي من سلسلة 1N581x (1N5817، 1N5818، 1N5819) في ممارسة راديو الهواة. تم تصميمها جميعًا لتحقيق أقصى تيار أمامي ( أنا واو (أف)) – 1 أمبير والجهد العكسي ( الخامس آر آر إم) من 20 إلى 40 فولت. انخفاض الجهد ( في ف) عند التقاطع من 0.45 إلى 0.55 فولت. كما ذكرنا سابقًا، فإن انخفاض الجهد الأمامي ( انخفاض الجهد إلى الأمام) بالنسبة للثنائيات ذات حاجز شوتكي صغير جدًا.

عنصر آخر معروف إلى حد ما هو 1N5822. إنه مصمم لتيار أمامي يبلغ 3 أمبير ويوجد في مبيت DO-201AD.

يمكنك أيضًا العثور على لوحات الدوائر المطبوعة من سلسلة الثنائيات SK12 - SK16 للتركيب على السطح. إنها صغيرة الحجم جدًا. على الرغم من ذلك، يمكن لـ SK12-SK16 أن يتحمل تيارًا أماميًا يصل إلى 1 أمبير عند جهد عكسي يتراوح بين 20 إلى 60 فولت. انخفاض الجهد الأمامي هو 0.55 فولت (لـ SK12، SK13، SK14) و 0.7 فولت (لـ SK15، SK16). ومن الناحية العملية أيضًا، يمكنك العثور على الثنائيات من سلسلة SK32 - SK310، على سبيل المثال، SK36، وهو مصمم لتيار مباشر قدره 3 أمبير.

تطبيقات الثنائيات شوتكي في إمدادات الطاقة.

تستخدم الثنائيات شوتكي بنشاط في إمدادات الطاقة للكمبيوتر وتبديل مثبتات الجهد. من بين الفولتية ذات الجهد المنخفض، أعلى تيار (عشرات الأمبيرات) هو +3.3 فولت و+5.0 فولت. في مصادر الطاقة الثانوية هذه يتم استخدام صمامات حاجز شوتكي. في أغلب الأحيان، يتم استخدام تجميعات ثلاثية الأطراف مع كاثود مشترك. إن استخدام التجميعات هو الذي يمكن اعتباره علامة على مصدر طاقة عالي الجودة ومتقدم تقنيًا.

يعد فشل ثنائيات شوتكي أحد أكثر الأخطاء شيوعًا في تبديل مصادر الطاقة. يمكن أن يكون لها حالتان "ميتتان": الانهيار الكهربائي النقي والتسرب. في حالة وجود أحد هذه الحالات، يتم حظر مصدر الطاقة للكمبيوتر أثناء تشغيل الحماية. ولكن هذا يمكن أن يحدث بطرق مختلفة.

في الحالة الأولى، جميع الضغوط الثانوية غائبة. لقد منعت الحماية مصدر الطاقة. في الحالة الثانية، تظهر "تشنجات" المروحة وتموجات الجهد بشكل دوري ثم تختفي عند إخراج مصادر الطاقة.

أي أنه يتم تشغيل دائرة الحماية بشكل دوري، ولكن مصدر الطاقة غير مسدود تمامًا. نضمن فشل صمامات شوتكي الثنائية إذا كان المبرد الذي تم تركيبها عليه ساخنًا جدًا حتى تظهر رائحة كريهة. ويرتبط خيار التشخيص الأخير بالتسرب: عندما يزيد الحمل على المعالج المركزي في وضع البرامج المتعددة، ينطفئ مصدر الطاقة تلقائيًا.

يجب أن يؤخذ في الاعتبار أنه عند إصلاح مصدر الطاقة بشكل احترافي، بعد استبدال الثنائيات الثانوية، خاصة في حالة وجود تسرب مشتبه به، يجب عليك التحقق من جميع ترانزستورات الطاقة التي تؤدي وظيفة المفاتيح والعكس صحيح: بعد استبدال الترانزستورات الرئيسية، يتم فحص الثنائيات الثانوية إجراء إلزامي. من الضروري دائمًا الاسترشاد بالمبدأ: المشكلة لا تأتي بمفردها.

فحص ثنائيات شوتكي بمقياس متعدد.

يمكنك التحقق من الصمام الثنائي شوتكي باستخدام مقياس تجاري متعدد. هذه التقنية هي نفسها عند فحص الصمام الثنائي التقليدي لأشباه الموصلات باستخدام تقاطع p-n. ولكن هناك مطبات هنا أيضا. من الصعب بشكل خاص اختبار الصمام الثنائي المتسرب. بادئ ذي بدء، يجب إزالة العنصر من الدائرة لإجراء فحص أكثر دقة. من السهل جدًا تحديد الصمام الثنائي المكسور تمامًا. في جميع حدود قياس المقاومة، سيكون للعنصر المعيب مقاومة متناهية الصغر، سواء في الاتصال الأمامي أو العكسي. وهذا يعادل ماس كهربائى.

من الصعب التحقق من الصمام الثنائي مع وجود "تسرب" مشتبه به. إذا تحققنا من جهاز القياس المتعدد DT-830 في وضع "الصمام الثنائي"، فسنرى عنصرًا صالحًا للخدمة تمامًا. يمكنك محاولة قياس مقاومتها العكسية باستخدام مقياس الأومتر. عند حد "20 كيلو أوم"، يتم تعريف المقاومة العكسية بأنها كبيرة بلا حدود. إذا أظهر الجهاز بعض المقاومة على الأقل، على سبيل المثال 3 كيلو أوم، فيجب اعتبار هذا الصمام الثنائي مشبوهًا واستبداله بآخر جيد معروف. يمكن أن يوفر الاستبدال الكامل لثنائيات شوتكي على حافلات الطاقة +3.3 فولت و+5.0 فولت ضمانًا بنسبة 100%.

في أي مكان آخر يتم استخدام ثنائيات شوتكي في الإلكترونيات؟ يمكن العثور عليها في أجهزة غريبة إلى حد ما، مثل أجهزة استقبال إشعاع ألفا وبيتا، وكاشفات الإشعاع النيوتروني، ومؤخرًا، تم تجميع الألواح الشمسية عند تقاطعات حاجز شوتكي. لذلك، فهي توفر أيضًا الكهرباء للمركبات الفضائية.

ويحمل الصمام الثنائي شبه الموصل، الذي يستخدم التأثير الحاجز كمبدأ عمله، اسم العالم الألماني الذي وصفه والتر شوتكي.

مهم!تأثير الحاجز هو تأثير خطير لإجمالي الشحنة الفضائية على تطور التفريغ في فجوة ذات مجال غير مستوي بشكل حاد.

معلومات إضافية.ما هو الصمام الثنائي - عنصر إلكتروني له قدرة غير متساوية على توصيل التيار الكهربائي حسب اتجاهه.

صمام ثنائي شوتكي: مبدأ التشغيل

يختلف صمام شوتكي عن النوع الكلاسيكي من حيث أن أساس تشغيله هو زوج من أشباه الموصلات والمعدن. وغالبا ما يشار إلى هذا الزوج باسم حاجز شوتكي. يتمتع هذا الحاجز، بالإضافة إلى قدرته على توصيل الكهرباء في اتجاه واحد، على غرار الوصلة pn، بالعديد من الميزات المفيدة.

يعد زرنيخيد الغاليوم والسيليكون الموردين الرئيسيين للمواد اللازمة لإنتاج العناصر الإلكترونية في الظروف الصناعية. وفي حالات أكثر ندرة، يتم استخدام العناصر الكيميائية الثمينة: البلاتين والبلاديوم وما شابه ذلك.

لا يتطابق تعبيرها الشرطي الرسومي على الدوائر الكهربائية مع الثنائيات الكلاسيكية. علامات المكونات الإلكترونية متشابهة. هناك أيضًا ثنائيات مزدوجة على شكل مجموعة.

مهم!الصمام الثنائي المزدوج هو زوج من الثنائيات مجتمعة في حجم مشترك.

ثنائي حاجز شوتكي الثنائي

بالنسبة للصمامات المزدوجة، يتم دمج مخرجات الكاثودات أو الأنودات. ويترتب على ذلك أن مثل هذا المنتج له ثلاثة نهايات. على سبيل المثال، تعمل مجموعات الكاثود المشتركة في الأماكن التي تتطلب تبديل مصادر الطاقة. يتم استخدام ثنائيات شوتكي ذات الأنود المشترك بشكل أقل تكرارًا.

توجد الثنائيات في مبيت واحد وتستخدم نفس تكنولوجيا الإنتاج لتصنيعها، لذا فهي تشبه الأخوين التوأم من حيث مجموعة المعلمات الخاصة بها. درجة حرارة التشغيل هي نفسها أيضًا، لأن... هم في مساحة مشتركة. تقلل هذه الخاصية بشكل كبير من الحاجة إلى استبدالها بسبب فقدان الأداء.

أهم الخصائص المميزة للصمامات قيد النظر هي انخفاض طفيف في الجهد الأمامي (يصل إلى 0.4 فولت) في لحظة الانتقال وزمن الاستجابة العالي.

ومع ذلك، فإن انخفاض الجهد المذكور له نطاق ضيق من الجهد المطبق - لا يزيد عن 60 فولت. وهذه القيمة بحد ذاتها صغيرة، مما يحدد نطاقًا ضيقًا إلى حد ما من التطبيقات لهذه الثنائيات. إذا تجاوز الجهد القيمة المحددة، يختفي تأثير الحاجز ويبدأ الصمام الثنائي في العمل في وضع الصمام الثنائي المعدل التقليدي. لا يتجاوز الجهد العكسي لمعظمها 250 فولت، ومع ذلك، هناك عينات ذات جهد عكسي يبلغ 1.2 كيلو فولت.

عند تصميم الدوائر الكهربائية، لا يقوم المصممون في كثير من الأحيان بتسليط الضوء على صمام ثنائي شوتكي بيانياً على مخططات الدوائر، ولكن في المواصفات الخاصة بالترتيب يشيرون إلى استخدامه، مع تحديده في النوع. لذلك، عند طلب المعدات، عليك أن تولي اهتماما وثيقا لهذا.

من بين المضايقات في العمل مع الصمامات ذات حاجز شوتكي، من الضروري ملاحظة "الحنان" الشديد وعدم تحملها لأدنى حد، حتى على المدى القصير جدًا، من معدل الجهد العكسي. في هذه الحالة، فإنها تفشل ببساطة ولم تعد يتم استعادتها، والتي، بالمقارنة مع الثنائيات السيليكون، ليست في صالحهم، لأن هذا الأخير لديه خاصية الشفاء الذاتي، وبعد ذلك يمكنهم الاستمرار في العمل كالمعتاد دون الحاجة إلى استبدال. يجب ألا ننسى أيضًا أن التيار العكسي فيها يعتمد بشكل حاسم على درجة التحول. إذا ظهر تيار عكسي كبير، فلا يمكن تجنب الانهيار.

تعد زيادة تردد التشغيل بسبب انخفاض السعة العابرة وفترة الاسترداد القصيرة بسبب الأداء العالي من الخصائص الإيجابية التي تسمح باستخدام هذه الثنائيات، على سبيل المثال، من قبل هواة الراديو. كما أنها تستخدم عند ترددات تصل إلى عدة مئات كيلوهرتز، على سبيل المثال، في المقومات النبضية. يتم استخدام عدد كبير من الثنائيات المنتجة في الإلكترونيات الدقيقة. يسمح المستوى الحالي لتطور العلوم والصناعة باستخدام تكنولوجيا النانو في عملية تصنيع الصمامات ذات حاجز شوتكي. تُستخدم الصمامات التي تم إنشاؤها بهذه الطريقة لتحويل الترانزستورات. هذا الحل يزيد بشكل كبير من استجابة هذا الأخير.

الثنائيات شوتكي في إمدادات الطاقة

غالبًا ما توجد صمامات شوتكي في مصادر طاقة الكمبيوتر. يوفر الجهد خمسة فولت تيارًا خطيرًا يبلغ عشرات الأمبيرات، وهو رقم قياسي لأنظمة الطاقة ذات الجهد المنخفض. تُستخدم صمامات شوتكي لمصادر الطاقة هذه. في الأساس، يتم استخدام الثنائيات المزدوجة مع كاثود واحد. لا يمكن لوحدة تزويد طاقة كمبيوتر حديثة عالية الجودة الاستغناء عن مثل هذا التجميع.

تشخبص.غالبًا ما تعني وحدة إمداد الطاقة "المحترقة" لجهاز إلكتروني الحاجة إلى استبدال مجموعة شوتكي المحترقة. هناك سببان فقط للخلل: زيادة تسرب التيار والانهيار الكهربائي. عند حدوث الظروف الموصوفة، لن يتم إمداد الكمبيوتر بالطاقة الكهربائية. عملت آليات الدفاع. دعونا ننظر في كيف يحدث هذا.

لا يوجد جهد عند مدخل الكمبيوتر بشكل مستمر. يتم حظر مصدر الطاقة بالكامل بواسطة الحماية المضمنة في الكمبيوتر.

هناك موقف "غير مفهوم": تبدأ مروحة التبريد في العمل، ثم تختفي الضوضاء المميزة مرة أخرى. وهذا يعني أن الجهد عند مدخل الكمبيوتر (خرج مصدر الطاقة) يظهر ويختفي. أولئك. تتعامل الحماية مع الأخطاء الدورية، ولكنها ليست في عجلة من أمرها لحظر المصدر تمامًا. هل لديك رائحة كريهة قادمة من الكتلة الساخنة؟ كتلة الصمام الثنائي تحتاج بالتأكيد إلى الاستبدال. طريقة أخرى لتشخيص المنزل: عندما يكون حمل وحدة المعالجة المركزية ثقيلًا، يتم إيقاف تشغيل مصدر الطاقة من تلقاء نفسه. هذه علامة على وجود تسرب.

بعد إصلاح مصدر الطاقة المرتبط باستبدال صمامات شوتكي الثنائية، من الضروري "رنين" الترانزستورات. في الإجراء العكسي، تتطلب الثنائيات أيضًا التحقق. هذه القاعدة صحيحة بشكل خاص إذا كان سبب الإصلاح هو التسرب.

فحص الثنائيات شوتكي

يقوم المقياس المتعدد المنزلي بعمل جيد في اختبار أي نوع من صمامات حاجز شوتكي. طريقة الاختبار مشابهة جدًا لفحص الصمام الثنائي العادي. ومع ذلك، هناك بعض الأسرار. من الصعب بشكل خاص فحص المكونات الإلكترونية التي بها تسرب بشكل صحيح. أولاً، يجب إزالة مجموعة الصمام الثنائي من الدائرة. لهذا سوف تحتاج إلى مكواة لحام. إذا تم كسر الصمام الثنائي، فإن المقاومة القريبة من الصفر في جميع أوضاع التشغيل الممكنة ستشير إلى عدم قابليته للتشغيل. ومن حيث العمليات الفيزيائية، فإن هذا يشبه الإغلاق.

يصعب تشخيص "التسرب". المقياس المتعدد الأكثر شيوعًا بين عامة الناس هو dt-830؛ في معظم الحالات، لن تكتشف القياسات في موضع "الصمام الثنائي" مشكلة. عندما يتم نقل المنظم إلى وضع "الأوميتر"، فإن المقاومة الأومية سوف تصل إلى ما لا نهاية. كما يجب ألا يشير الجهاز إلى وجود مقاومة أومية. خلاف ذلك، مطلوب استبدال.

تعتبر ثنائيات شوتكي شائعة في الإلكترونيات الكهربائية والراديو. نطاق استخدامها واسع، بما في ذلك أجهزة استقبال إشعاع ألفا والمركبات الفضائية المختلفة.

فيديو

في مخططات الدوائر الكهربائية، يتم تصوير صمام ثنائي شوتكي على هذا النحو.

كما ترون، فإن صورتها تختلف إلى حد ما عن تسمية الصمام الثنائي التقليدي لأشباه الموصلات.

بالإضافة إلى هذا التعيين، في المخططات، يمكنك أيضا العثور على صورة لصمام ثنائي شوتكي المزدوج (التجميع).

عنصر آخر معروف إلى حد ما هو 1N5822. إنه مصمم لتيار أمامي يبلغ 3 أمبير ويوجد في مبيت DO-201AD.

تطبيقات الثنائيات شوتكي في إمدادات الطاقة.

فحص ثنائيات شوتكي بمقياس متعدد.

يمكنك التحقق من الصمام الثنائي شوتكي باستخدام مقياس تجاري متعدد. هذه التقنية هي نفسها عند اختبار الصمام الثنائي التقليدي لأشباه الموصلات مع تقاطع p-n. ولكن هناك مطبات هنا أيضا. من الصعب بشكل خاص اختبار الصمام الثنائي المتسرب. بادئ ذي بدء، يجب إزالة العنصر من الدائرة لإجراء فحص أكثر دقة. من السهل جدًا تحديد الصمام الثنائي المكسور تمامًا. في جميع حدود قياس المقاومة، سيكون للعنصر المعيب مقاومة متناهية الصغر، سواء في الاتصال الأمامي أو العكسي. وهذا يعادل ماس كهربائى.

لقد درس العديد من العلماء العظماء خصائص الوصلة p-n. كما كنت قد خمنت، هذا هو الصمام الثنائي العادي الذي يمكن رؤيته في أي دائرة إلكترونية. وكان وقت اختراعه عنصرًا أحدث ثورة حقيقية وغيرت كل الأفكار حول مستقبل الإلكترونيات. كما أن تكنولوجيا إنتاجها لم تمر مرور الكرام. ظهر الصمام الثنائي Zenner و Gunn. كما تم اختراع صمام ثنائي شوتكي

لها خصائص مثيرة للاهتمام. لم يكن استخدامه في الإلكترونيات مثيرًا مثل "إخوانه" المشهورين. تم استخدام الخصائص الخاصة لهذا العنصر سابقًا في دوائر متخصصة للغاية ولم تجد تطبيقًا واسعًا. والأمر الأكثر إثارة للاهتمام هو أنه بدأ مؤخرًا استخدام صمام شوتكي الثنائي كعنصر رئيسي في تبديل مصادر الطاقة. يعمل في جميع الأجهزة المنزلية الإلكترونية تقريبًا: أجهزة التلفاز، وأجهزة التسجيل، وأجهزة الكمبيوتر الشخصية، وأجهزة الكمبيوتر المحمولة، وما إلى ذلك.

تتجلى الخصائص الخاصة للجهاز في انخفاض الجهد المنخفض عبر تقاطع p-n. لا يتجاوز 0.4 فولت. أي أنه من حيث هذه المعلمة فهو أقرب ما يكون إلى العنصر المثالي المستخدم في الحسابات. صحيح، عند جهد أكثر من 50 فولت، تختفي هذه الخصائص. ولكن مع ذلك، بدأ استخدام صمام ثنائي شوتكي على نطاق واسع في الدوائر التي لا يتجاوز مصدر الطاقة لمثل هذه الدوائر 15 فولت من الجهد المباشر، مما جعل من الممكن الاستفادة الكاملة من خصائص هذا الجهاز. يمكن أن يقف في دائرة التغذية المرتدة كعنصر مقيد أو يشارك في عمل المنظمين.

بالإضافة إلى هذه الخاصية المهمة كما هو الحال عند تقاطع p-n، فإن صمام ثنائي شوتكي لديه سعة صغيرة. هذا يسمح لها بالعمل في دوائر عالية التردد. الخصائص "المثالية" تقريبًا لهذا العنصر لا تشوه الإشارة عالية التردد. ولهذا السبب بدأوا في تثبيته عند تبديل مصادر الطاقة وأجهزة الاتصالات والمنظمين.

ولكن بالإضافة إلى الصفات الإيجابية، فمن الضروري أن نلاحظ العيوب. تعتبر ثنائيات شوتكي حساسة للغاية حتى للزيادة قصيرة المدى في الجهد العكسي عن القيمة المسموح بها. هذا يؤدي إلى فشل العنصر. على عكس "إخوانه" السيليكون، لم يتم استعادته. يؤدي الانهيار الحراري إما إلى ظهور تيارات تسرب أو إلى "تحويل" الجهاز إلى موصل.

سيؤدي العطل الأول إلى التشغيل غير المستقر للجهاز الإلكتروني بأكمله. من الصعب جدًا العثور عليه والقضاء عليه. أما بالنسبة للانهيار الحراري، على سبيل المثال، فسيؤدي ذلك إلى الحماية من بعد استبدال العنصر المعيب، سيعمل مصدر الطاقة بشكل طبيعي.

تنتج الصناعة الحديثة ثنائيات شوتكي قوية إلى حد ما. يمكن أن يصل تيار النبض في هذه الأجهزة إلى 1.2 كيلو أمبير. يصل تيار التشغيل الثابت في بعض الأنواع إلى 120 أمبير. تتمتع هذه الأجهزة بنطاق تيار واسع وخصائص أداء جيدة. يتم استخدامها بنجاح في الأجهزة المنزلية والإلكترونيات الصناعية.

من الواضح أن خاصية الجهد الحالي لحاجز شوتكي غير متماثلة. وفي الاتجاه الأمامي، يزداد التيار بشكل كبير مع زيادة الجهد المطبق. وفي الاتجاه المعاكس، لا يعتمد التيار على الجهد. في كلتا الحالتين، يرجع التيار إلى الإلكترونات باعتبارها حاملات الشحنة الأكبر.

ولذلك فإن ثنائيات شوتكي سريعة المفعول، لأنها تقضي على عمليات الانتشار وإعادة التركيب التي تتطلب وقتًا إضافيًا. يرتبط اعتماد التيار على الجهد بالتغير في عدد الناقلات، حيث تشارك هذه الناقلات في عملية نقل الشحنة. يغير الجهد الخارجي عدد الإلكترونات التي يمكنها الانتقال من أحد جانبي حاجز شوتكي إلى الجانب الآخر.

نظرًا لتكنولوجيا التصنيع واستنادًا إلى مبدأ التشغيل الموصوف، فإن ثنائيات شوتكي لديها انخفاض جهد منخفض في الاتجاه الأمامي، وهو أقل بكثير من الثنائيات التقليدية p-n.

هنا، حتى تيار أولي صغير من خلال منطقة الاتصال يؤدي إلى إطلاق الحرارة، مما يساهم بعد ذلك في ظهور حاملات تيار إضافية. في هذه الحالة، لا يوجد حقن لحاملات شحنة الأقلية.

وبالتالي فإن ثنائيات شوتكي ليس لها سعة منتشرة، نظرًا لعدم وجود ناقلات أقلية، ونتيجة لذلك، يكون الأداء مرتفعًا جدًا مقارنة بثنائيات أشباه الموصلات. والنتيجة هي شيء يشبه تقاطع p-n غير المتماثل الحاد.

وبالتالي، أولا وقبل كل شيء، الثنائيات شوتكي هي الثنائيات الميكروويف لأغراض مختلفة: كاشف، خلط، عبور الانهيار، بارامترية، نابض، مضاعفة. يمكن استخدام ثنائيات شوتكي كمستقبلات للإشعاع، ومقاييس للضغط، وكاشفات للإشعاع النووي، ومعدلات ضوئية، وأخيرًا، مقومات تيار عالية التردد.

تعيين شوتكي ديود على المخططات

الثنائيات شوتكي اليوم

اليوم، الثنائيات شوتكي منتشرة على نطاق واسع في الأجهزة الإلكترونية. تم تصويرها في المخططات بشكل مختلف عن الثنائيات التقليدية. يمكنك غالبًا العثور على ثنائيات مقوم شوتكي المزدوجة، المصنوعة في حزمة ثلاثية الأطراف نموذجية لمفاتيح الطاقة. تحتوي هذه التصميمات المزدوجة على ثنائيات شوتكي بالداخل، متصلة بواسطة كاثودات أو أنودات، وفي أغلب الأحيان بواسطة كاثودات.

تحتوي الثنائيات الموجودة في التجميع على معلمات متشابهة جدًا، حيث يتم تصنيع كل تجميع من هذا القبيل في دورة تكنولوجية واحدة، ونتيجة لذلك، تكون ظروف درجة حرارة التشغيل الخاصة بها هي نفسها، وتكون موثوقيتها أعلى في المقابل. يعد انخفاض الجهد الأمامي بمقدار 0.2 - 0.4 فولت مع السرعة العالية (عدة نانوثانية) من المزايا التي لا شك فيها لثنائيات شوتكي مقارنة بنظيراتها من p-n.

تتجلى ميزة انخفاض الجهد المنخفض لحاجز شوتكي في الثنائيات عند الفولتية المطبقة التي تصل إلى 60 فولت، على الرغم من أن الأداء يظل ثابتًا. اليوم، يمكن العثور على ثنائيات شوتكي من النوع 25CTQ045 (للجهود التي تصل إلى 45 فولت، للتيارات التي تصل إلى 30 أمبير لكل زوج من الثنائيات في التجميع) في العديد من مصادر تحويل الطاقة، حيث تعمل كمقومات طاقة للتيارات ذات ترددات تصل إلى عدة مئات من كيلو هرتز.

من المستحيل عدم التطرق إلى موضوع عيوب ثنائيات شوتكي، بالطبع فهي موجودة، وهناك اثنان منهم. أولاً، سيؤدي زيادة الجهد الحرج على المدى القصير إلى إتلاف الصمام الثنائي على الفور. ثانيا، تؤثر درجة الحرارة بشكل كبير على الحد الأقصى للتيار العكسي. عند درجة حرارة الوصلة العالية جدًا، سوف ينقطع الصمام الثنائي ببساطة حتى عند التشغيل عند الجهد المقنن.

لا يمكن لأي هاوٍ للراديو الاستغناء عن ثنائيات شوتكي في ممارسته. هنا يمكنك ملاحظة الثنائيات الأكثر شعبية: 1N5817، 1N5818، 1N5819، 1N5822، SK12، SK13، SK14. تتوفر هذه الثنائيات في كل من الإصدارات الرائدة وSMD. الشيء الرئيسي الذي يقدرهم هواة الراديو كثيرًا هو أدائهم العالي وانخفاض الجهد المنخفض عبر التقاطع - بحد أقصى 0.55 فولت - بالسعر المنخفض لهذه المكونات.

إنها لوحة دوائر مطبوعة نادرة لا تحتوي على ثنائيات شوتكي لغرض أو لآخر. في مكان ما، يعمل الصمام الثنائي شوتكي كمقوم منخفض الطاقة لدائرة التغذية المرتدة، وفي مكان ما يعمل بمثابة مثبت الجهد عند مستوى 0.3 - 0.4 فولت، وفي مكان ما هو كاشف.