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.

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 يمكننا أن نلاحظ 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 صمامات شوتكي الثنائية لغرض أو لآخر. في مكان ما يعمل الصمام الثنائي شوتكي كمقوم منخفض الطاقة لدائرة التغذية المرتدة، وفي مكان ما يعمل كمثبت للجهد عند مستوى 0.3 - 0.4 فولت، وفي مكان ما يكون كاشفًا.

في الجدول أدناه يمكنك رؤية معلمات الثنائيات شوتكي منخفضة الطاقة الأكثر شيوعًا اليوم.

الصفحة 1 من 3

كما تظهر الإحصائيات الحالية حول فشل إمدادات الطاقة للنظام الحديث، فإن أكبر عدد من الأعطال يحدث في الدوائر الثانوية لإمدادات الطاقة. يعد فشل مفاتيح ترانزستور الطاقة (الخلل الأكثر شيوعًا في إمدادات الطاقة للأجيال السابقة) نادرًا للغاية اليوم، وهو مؤشر على النجاحات التي حققتها الشركات المصنعة لإلكترونيات أشباه موصلات الطاقة على مدى السنوات الخمس الماضية. أحد أكثر مكونات مصادر الطاقة الحديثة إشكالية هي المقومات الثانوية المعتمدة على ثنائيات شوتكي، وذلك بسبب تيارات الخرج الكبيرة لمصدر الطاقة. لقد كان معدل الفشل المرتفع لثنائيات شوتكي هو الأساس لظهور هذا المنشور على صفحات مجلتنا.

صمام ثنائي شوتكي (سمي على اسم الفيزيائي الألماني والتر شوتكي) هو صمام ثنائي أشباه الموصلات مع انخفاض الجهد المنخفض عند توصيله مباشرة. تستخدم ثنائيات شوتكي تقاطعًا معدنيًا لأشباه الموصلات كحاجز شوتكي (بدلاً من تقاطع pn مثل الثنائيات التقليدية). يقتصر الجهد العكسي المسموح به لثنائيات شوتكي المنتجة صناعيًا على 250 فولت (MBR40250 ونظائرها)؛ في الممارسة العملية، يتم استخدام معظم ثنائيات شوتكي في دوائر الجهد المنخفض مع جهد عكسي يصل إلى بضع عشرات من الفولتات.

مزايا الثنائيات شوتكي

في حين أن ثنائيات السيليكون التقليدية لديها انخفاض في الجهد الأمامي يبلغ حوالي 0.6 - 0.7 فولت، فإن استخدام صمامات شوتكي الثنائية يسمح بتخفيض هذه القيمة إلى 0.2 - 0.4 فولت. وهذا الانخفاض المنخفض في الجهد الأمامي هو سمة فقط لثنائيات شوتكي ذات الجهد العكسي الأقصى من أجل عشرات فولت. عند الفولتية العكسية العالية، يصبح الانخفاض الأمامي مشابهًا لذلك الموجود في ثنائيات السيليكون، مما يحد من استخدام ثنائيات شوتكي في دوائر الجهد المنخفض. على سبيل المثال، بالنسبة لثنائي طاقة شوتكي 30Q150 مع أقصى جهد عكسي ممكن (150 فولت) عند تيار أمامي قدره 15 أمبير، يتم تسوية انخفاض الجهد عند مستوى من 0.75 فولت (T = 125 درجة مئوية) إلى 1.07 فولت (T = -55 درجة مئوية).

يحتوي حاجز شوتكي أيضًا على سعة كهربائية أقل للوصلة، مما يجعل من الممكن زيادة تردد تشغيل الصمام الثنائي بشكل كبير. تُستخدم هذه الخاصية في الدوائر المتكاملة، حيث تعمل صمامات شوتكي الثنائية على تحويل التحولات في ترانزستورات العناصر المنطقية. في إلكترونيات الطاقة، تسمح سعة الوصلات المنخفضة (أي وقت الاسترداد القصير) ببناء مقومات تعمل بترددات تصل إلى مئات كيلو هرتز أو أعلى. على سبيل المثال، تم تصنيف الصمام الثنائي MBR4015 (15 فولت، 40 أمبير)، المُحسّن لتصحيح التردد العالي، للعمل عند dV/dt حتى 1000 فولت/ثانية.

نظرًا لخصائص التوقيت الأفضل وسعات الوصلات الصغيرة، تختلف المقومات المعتمدة على ثنائيات شوتكي عن مقومات الصمام الثنائي التقليدية في مستوى الضوضاء المنخفض، مما يجعلها الأكثر تفضيلاً للاستخدام في تبديل مصادر الطاقة للمعدات التناظرية والرقمية.

عيوب الثنائيات شوتكي

أولاً، إذا تم تجاوز الحد الأقصى للجهد العكسي لفترة وجيزة، يفشل صمام ثنائي شوتكي بشكل لا رجعة فيه، على عكس ثنائيات السيليكون، التي تدخل في وضع الانهيار العكسي، وبشرط عدم تجاوز الحد الأقصى للطاقة المتبددة على الصمام الثنائي، بعد انخفاض الجهد، يستعيد الصمام الثنائي بالكامل خصائصه.

ثانيًا، تتميز ثنائيات شوتكي بزيادة التيارات العكسية (بالنسبة لثنائيات السيليكون التقليدية)، والتي تزداد مع زيادة درجة حرارة البلورة. بالنسبة لـ 30Q150 أعلاه، يختلف التيار العكسي عند الحد الأقصى للجهد العكسي من 0.12 مللي أمبير عند +25 درجة مئوية إلى 6.0 مللي أمبير عند +125 درجة مئوية. بالنسبة للثنائيات ذات الجهد المنخفض في عبوات TO-220، يمكن أن يتجاوز التيار العكسي مئات المللي أمبير (MBR4015 - ما يصل إلى 600 مللي أمبير عند +125 درجة مئوية). في ظل ظروف تبديد الحرارة غير المرضية، تؤدي التغذية المرتدة الحرارية الإيجابية في صمام ثنائي شوتكي إلى ارتفاع درجة حرارته بشكل كارثي.

تتميز خاصية الجهد الحالي لحاجز شوتكي (الشكل 1) بمظهر غير متماثل واضح. في منطقة الانحياز الأمامي، يزداد التيار بشكل كبير مع زيادة الجهد المطبق. في منطقة التحيز العكسي، لا يعتمد التيار على الجهد. في كلتا الحالتين، مع التحيز الأمامي والخلفي، فإن التيار في حاجز شوتكي يرجع إلى حاملات الشحنة الأغلبية - الإلكترونات.

لهذا السبب، تعتبر الثنائيات المعتمدة على حاجز شوتكي أجهزة سريعة المفعول، لأنها تفتقر إلى عمليات إعادة التركيب والانتشار. يعد عدم تناسق خاصية الجهد الحالي لحاجز شوتكي أمرًا نموذجيًا بالنسبة لهياكل الحاجز. يرجع اعتماد التيار على الجهد في مثل هذه الهياكل إلى التغير في عدد الموجات الحاملة المشاركة في عمليات نقل الشحنة. يتمثل دور الجهد الخارجي في تغيير عدد الإلكترونات المارة من جزء من بنية الحاجز إلى جزء آخر.

الثنائيات شوتكي في إمدادات الطاقة

في مزودات طاقة النظام تستخدم صمامات شوتكي لتصحيح تيار القنوات +3.3 فولت و +5 فولت، وكما هو معروف فإن التيارات الخارجة لهذه القنوات تصل إلى عشرات الأمبيرات، مما يؤدي إلى ضرورة أخذها على محمل الجد قضايا أداء المقوم وتقليل فقد الطاقة. يمكن أن يؤدي حل هذه المشكلات إلى زيادة كفاءة مصادر الطاقة بشكل كبير وزيادة موثوقية ترانزستورات الطاقة في الجزء الأساسي من مصدر الطاقة.

لذلك، لتقليل خسائر التبديل الديناميكي والقضاء على وضع الدائرة القصيرة أثناء التبديل، في أعلى القنوات الحالية (+3.3V و+5V)، حيث تكون هذه الخسائر أكثر أهمية، يتم استخدام صمامات شوتكي الثنائية كعناصر مقوم. ويعود استخدام ثنائيات شوتكي في هذه القنوات إلى الاعتبارات التالية:

1) الصمام الثنائي شوتكي هو جهاز خالٍ من القصور الذاتي تقريبًا مع وقت استرداد قصير جدًا للمقاومة العكسية، مما يؤدي إلى انخفاض في التيار الثانوي العكسي وإلى انخفاض في تيار التدفق من خلال مجمعات ترانزستورات الطاقة الأولية جزء في لحظة تبديل الصمام الثنائي. وهذا يقلل بشكل كبير من الحمل على ترانزستورات الطاقة، ونتيجة لذلك، يزيد من موثوقية مصدر الطاقة.

2) إن انخفاض الجهد الأمامي عبر الصمام الثنائي Shockey صغير جدًا أيضًا، والذي عند القيمة الحالية البالغة 15-30 أمبير يوفر مكاسب كبيرة في الكفاءة.

نظرًا لأن قناة الجهد +12 فولت في مصادر الطاقة الحديثة تصبح أيضًا قوية جدًا، فإن استخدام صمامات شوتكي الثنائية في هذه القناة من شأنه أيضًا أن يعطي تأثيرًا كبيرًا على الطاقة، لكن استخدامها في قناة +12 فولت غير عملي. ويرجع ذلك إلى حقيقة أنه عندما يتجاوز الجهد العكسي 50 فولت (وفي قناة +12 فولت يمكن أن يصل الجهد العكسي إلى 60 فولت)، تبدأ صمامات شوتكي الثنائية في التبديل بشكل سيئ (طويلة جدًا وفي نفس الوقت تنشأ تيارات تسرب عكسية كبيرة)، والتي يؤدي إلى فقدان جميع مزايا تطبيقاتها. ولذلك، يتم استخدام الثنائيات النبضية السيليكونية عالية السرعة في قناة +12 فولت. على الرغم من أن الصناعة تنتج الآن صمامات شوتكي ذات الجهد العكسي العالي، إلا أن استخدامها في إمدادات الطاقة يعتبر غير مناسب لأسباب مختلفة، بما في ذلك الأسباب الاقتصادية. ولكن هناك استثناءات لأي قاعدة، لذلك في مصادر الطاقة الفردية يمكنك العثور على مجموعات صمام ثنائي شوتكي في قنوات +12 فولت.

في النظام الحديث لإمدادات الطاقة لأجهزة الكمبيوتر، تكون الثنائيات شوتكي، كقاعدة عامة، عبارة عن مجموعات صمام ثنائي من ثنائيات (نصف جسور الصمام الثنائي)، مما يزيد بشكل واضح من قابلية التصنيع والاكتناز لمصادر الطاقة، ويحسن أيضًا ظروف تبريد الثنائيات. أصبح استخدام الثنائيات الفردية (الشكل 2)، بدلاً من مجموعات الصمام الثنائي، مؤشراً على ضعف جودة مصدر الطاقة.

يتم إنتاج مجموعات الصمام الثنائي بشكل رئيسي في ثلاثة أنواع من الحزم (الشكل 3):

TO-220 (وحدات أقل قوة بتيارات تشغيل تصل إلى 20 أمبير، وأحيانًا تصل إلى 25-30 أمبير)؛

TO-247 (مجموعات أكثر قوة بتيارات تشغيل 30-40 أ) ؛

TO-3P (تجميعات قوية).

تظهر الدائرة الكهربائية وpinout لمجموعة الصمام الثنائي شوتكي في (الشكل 4).

يتم عرض الخصائص الكهربائية لمجموعات الصمام الثنائي الأكثر استخدامًا في مصادر طاقة النظام الحديثة في الجدول. 1.

يتم تحديد قابلية التبادل لمجموعات الصمام الثنائي بناءً على خصائصها. بطبيعة الحال، إذا كان من المستحيل استخدام مجموعة الصمام الثنائي بنفس الخصائص تمامًا، فمن الأفضل استبدالها بجهاز ذي قيم تيار وجهد أعلى. خلاف ذلك، سيكون من المستحيل ضمان التشغيل المستقر لمصدر الطاقة. هناك حالات يستخدم فيها المصنعون مجموعات الصمام الثنائي في مصادر الطاقة الخاصة بهم مع احتياطي طاقة كبير (على الرغم من أننا نلاحظ في كثير من الأحيان الوضع المعاكس)، ومن الممكن أثناء الإصلاحات تثبيت جهاز بقيم تيار أو جهد أقل. ومع ذلك، مع مثل هذا الاستبدال، من الضروري تحليل خصائص مصدر الطاقة وحمله بعناية، وكل المسؤولية عن عواقب هذا التعديل، بطبيعة الحال، تقع على عاتق المتخصص الذي يقوم بالإصلاح.

مظاهر العيوب في الثنائيات شوتكي

كما لوحظ بالفعل، يعد فشل الثنائيات شوتكي واحدة من المشاكل الرئيسية لإمدادات الطاقة الحديثة. إذن ما هي العلامات الأولية التي يمكن استخدامها لتحديد عطلها؟ هناك العديد من هذه العلامات.

أولاً، في حالة حدوث أعطال وتسريبات في الثنائيات المعدلة الثانوية، كقاعدة عامة، يتم تشغيل الحماية ولا يبدأ مصدر الطاقة. يمكن أن يعبر هذا عن نفسه بطرق مختلفة:

1) عند تشغيل مصدر الطاقة، "ترتعش" المروحة، أي أنها تقوم بعدة دورات وتتوقف؛ بعد ذلك، تكون الفولتية الناتجة غائبة تمامًا، أي يتم حظر مصدر الطاقة.

2) بعد تشغيل مصدر الطاقة، "ترتعش" المروحة باستمرار، ويمكن ملاحظة تموجات الجهد عند مخرجات مصدر الطاقة، أي يتم تشغيل الحماية بشكل دوري، لكن مصدر الطاقة لا يتم حظره بالكامل.

3) علامة وجود خلل في الثنائيات شوتكي هي التسخين القوي للغاية للمبرد الثانوي الذي تم تركيبها عليه.

4) قد تكون علامة تسرب الثنائيات شوتكي هي الإغلاق التلقائي لمصدر الطاقة، وبالتالي الكمبيوتر، عند زيادة الحمل (على سبيل المثال، عند تشغيل البرامج التي تضمن تحميل المعالج بنسبة 100٪)، وكذلك عدم القدرة على بدء التشغيل الكمبيوتر بعد "الترقية"، على الرغم من أن قوة مصدر الطاقة كافية.

بالإضافة إلى ذلك، من الضروري أن ندرك أنه في مصادر الطاقة ذات تصميم الدوائر السيئ وغير المدروس، يؤدي تسرب الثنائيات المعدلة إلى زيادة التحميل على الدائرة الأولية وزيادة التيار عبر ترانزستورات الطاقة، مما قد يؤدي إلى فشلها. وبالتالي، فإن النهج المهني لإصلاح مصادر الطاقة يفرض فحصًا إلزاميًا لثنائيات المقوم الثانوي في كل مرة يتم فيها استبدال مفاتيح ترانزستورات الطاقة للجزء الأساسي من مصدر الطاقة.

تشخيص الثنائيات شوتكي

يعد الاختبار والتشخيص الدقيق لثنائيات شوتكي، في الممارسة العملية، مهمة صعبة للغاية، حيث يتم تحديد الكثير هنا حسب نوع أداة القياس المستخدمة وتجربة هذه القياسات، على الرغم من تحديد الانهيار المعتاد لواحد أو اثنين من الثنائيات من صمام ثنائي شوتكي التجميع ليس صعبًا بشكل خاص. للقيام بذلك، تحتاج إلى فك مجموعة الصمام الثنائي والتحقق من كلا الثنائيات باستخدام جهاز اختبار وفقًا للمخطط الموجود في الشكل. 5. لمثل هذه التشخيصات، يجب ضبط جهاز الاختبار على وضع اختبار الصمام الثنائي. سيُظهر الصمام الثنائي المعيب نفس المقاومة في كلا الاتجاهين (عادةً ما تكون صغيرة جدًا، أي ستظهر دائرة كهربائية قصيرة)، مما يشير إلى عدم ملاءمته لمزيد من الاستخدام. ومع ذلك، فإن الأعطال الواضحة لمجموعات الصمام الثنائي نادرة جدًا في الممارسة العملية.

أرز. 5

في الأساس، يتعين عليك التعامل مع التسريبات (وغالبًا التسريبات الحرارية) في صمامات شوتكي الثنائية. لكن لا يمكن اكتشاف التسريبات بهذه الطريقة. عند اختباره باستخدام جهاز اختبار في وضع "الصمام الثنائي"، يكون الصمام الثنائي "المتسرب" في الغالبية العظمى من الحالات يعمل بكامل طاقته. في رأينا، لا يمكن تحقيق دقة التشخيص المضمونة إلا عن طريق استبدال الصمام الثنائي بجهاز مماثل معروف جيدًا.

ولكن لا يزال بإمكانك محاولة تحديد الصمام الثنائي "المشبوه" باستخدام تقنية تتضمن قياس مقاومة الوصلة العكسية. للقيام بذلك، لن نستخدم وضع اختبار الصمام الثنائي، ولكن مقياس الأومتر العادي.

انتباه! عند استخدام هذه التقنية، يجب أن نتذكر أن المختبرين المختلفين قد يعطون قراءات مختلفة، وهو ما يفسره الاختلافات في المختبرين أنفسهم.

لذلك، قمنا بتعيين حد القياس على قيمة وقياس المقاومة العكسية للصمام الثنائي (الشكل 6). كما تبين الممارسة، يجب أن تظهر الثنائيات الصالحة للخدمة عند حد القياس هذا مقاومة عالية بلا حدود.

إذا كشف القياس عن بعض المقاومة، عادة ما تكون صغيرة (2-10 كيلو أوم)، فيمكن اعتبار هذا الصمام الثنائي "مشبوهًا للغاية" ومن الأفضل استبداله، أو على الأقل التحقق منه باستخدام طريقة الاستبدال. إذا قمت بالتحقق من حد القياس، فحتى الثنائيات القابلة للخدمة يمكن أن تظهر مقاومة قليلة جدًا في الاتجاه المعاكس (وحدات وعشرات كيلو أوم)، ولهذا السبب يوصى باستخدام الحد. بطبيعة الحال، في نطاقات القياس الكبيرة (2 MΩ، 20 MΩ، وما إلى ذلك)، حتى الصمام الثنائي القابل للخدمة تمامًا يكون مفتوحًا تمامًا، حيث يتم تطبيق تقاطع p-n الخاص به بجهد عكسي مرتفع جدًا (بالنسبة لثنائيات شوتكي). عند الحد الأقصى، يمكنك التحقق باستخدام الطريقة المقارنة، أي أخذ صمام ثنائي مضمون الأداء، وقياس مقاومته العكسية ومقارنتها بمقاومة الصمام الثنائي الذي يتم اختباره. ستشير الاختلافات الكبيرة في هذه القياسات إلى الحاجة إلى استبدال مجموعة الصمام الثنائي.

في بعض الأحيان تكون هناك مواقف يفشل فيها واحد فقط من الثنائيات الموجودة في التجميع. في هذه الحالة، يمكن أيضًا تحديد الخطأ بسهولة من خلال مقارنة المقاومة العكسية لاثنين من الثنائيات من نفس التجميع. الثنائيات من نفس المجموعة يجب أن يكون لها نفس المقاومة.

ويمكن أيضًا استكمال الطريقة المقترحة باختبار الثبات الحراري. جوهر هذا الاختيار هو كما يلي. في الوقت الحالي، عندما يتم فحص مقاومة الوصلة العكسية عند حد القياس (انظر الفقرة السابقة)، من الضروري لمس جهات اتصال مجموعة الصمام الثنائي بمكواة لحام ساخنة، وبالتالي تسخين بلورتها. تبدأ مجموعة الصمام الثنائي المعيبة على الفور تقريبًا في "التعويم"، أي أن مقاومتها العكسية تبدأ في الانخفاض بسرعة كبيرة، بينما تحافظ مجموعة الصمام الثنائي الصالحة للخدمة على المقاومة العكسية عند قيمة كبيرة بلا حدود لفترة طويلة. يعد هذا الفحص مهمًا للغاية، لأنه أثناء التشغيل، تصبح مجموعة الصمام الثنائي ساخنة جدًا (ليس من قبيل الصدفة أن يتم وضعها على المبرد) وتغير خصائصها بسبب التسخين. توفر التقنية المدروسة اختبارًا لثبات خصائص ثنائيات شوتكي لتقلبات درجات الحرارة، لأن زيادة درجة حرارة السكن إلى 100 أو 125 درجة مئوية يزيد من قيمة تيار التسرب العكسي بمقدار مائة مرة (انظر البيانات في الجدول 1).

هذه هي الطريقة التي يمكنك من خلالها محاولة التحقق من الصمام الثنائي شوتكي، ولكن لا ينبغي إساءة استخدام الأساليب المقترحة، أي لا ينبغي إجراء اختبارات عند حد قياس مقاومة مرتفع جدًا وتسخين الصمام الثنائي كثيرًا، لأنه من الناحية النظرية، كل هذا يمكن أن يؤدي إلى الأضرار التي لحقت الصمام الثنائي.

بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لاحتمال فشل ثنائيات شوتكي تحت تأثير درجة الحرارة، فمن الضروري الالتزام الصارم بجميع شروط اللحام الموصى بها (ظروف درجة الحرارة ووقت اللحام). على الرغم من أننا يجب أن نشيد بمصنعي الصمام الثنائي، حيث أن الكثير منهم قد حققوا أن تركيب التجميعات يمكن أن يتم عند درجة حرارة عالية تصل إلى 250 درجة مئوية لمدة 10 ثواني.

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 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.

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.

الهندسة الكهربائية والإلكترونيات الراديوية مليئة بالعديد من المفاهيم، أحدها هو صمام ثنائي شوتكي، المستخدم في العديد من الدوائر الكهربائية. يطرح العديد من الأشخاص أسئلة حول ماهية صمام ثنائي شوتكي، وكيف يتم الإشارة إليه في المخططات، وكذلك ما هو مبدأ تشغيل صمام ثنائي شوتكي.

معلومات عامة ومبدأ التشغيل

صمام ثنائي شوتكي هو منتج من أشباه الموصلات من الصمام الثنائي والذي، عند توصيله مباشرة بدائرة، ينتج عنه انخفاض صغير في الجهد. يتكون هذا العنصر من المعدن وأشباه الموصلات. تمت تسمية الصمام الثنائي على اسم عالم فيزياء الاختبار الألماني الشهير دبليو شوتكي الذي اخترعه عام 1938 في القرن العشرين.

في الصناعة، يتم استخدام مثل هذا الصمام الثنائي ذو الجهد العكسي المحدود - ما يصل إلى 250 فولت، ولكن في الممارسة العملية، للأغراض المنزلية، لمنع تدفق التيار في الاتجاه المعاكس، يتم استخدام خيارات الجهد المنخفض بشكل أساسي - 3-10 فولت.

يمكن تقسيم ثنائيات شوتكي إلى ثلاث فئات وفقًا لخصائص الطاقة:

• قوة عالية؛
• قوة متوسطة
• طاقة منخفضة.

يتكون الصمام الثنائي لحاجز شوتكي (اسم أكثر دقة للمنتج) من موصل بمعدن يستخدم للتلامس، وحلقة حماية وتخميل زجاجي.

في اللحظة التي يتدفق فيها التيار عبر الدائرة الكهربائية، تتجمع الشحنات السالبة والموجبة في أجزاء مختلفة من الجسم في جميع أنحاء منطقة حاجز أشباه الموصلات وعلى الحلقة الواقية، مما يؤدي إلى ظهور مجال كهربائي وانطلاق الطاقة الحرارية - هذه إضافة كبيرة للصمام الثنائي للعديد من التجارب الفيزيائية.

يمكن إنتاج مجموعات الصمام الثنائي من هذا النوع بعدة أشكال:

• ثنائيات شوتكي ذات أنود مشترك؛
• منتجات الصمام الثنائي التي لها مخرج من كاثود مشترك؛
• يتم تجميع الثنائيات وفقا لدائرة مضاعفة.

الخصائص التقنية للتعديلات الشائعة لثنائيات شوتكي

اسم	عكس الحد الأقصى لجهد الذروة	الحد من تيار المعدل		ذروة التيار الكهربائي إلى الأمام	الحد من التيار العكسي	الحد من الجهد إلى الأمام
وحدة قياسات	في	أ	نظام التشغيل	أ	μA	في
1N5817	20	1	90	25	1	0,45
1N5818	30	1	90	25	1	0,55
1N5819	40	1	90	25	1	0,6
1N5821	30	3	95	80	2	0,5
1N5822	40	3	95	80	2	0.525

الاختلافات عن أشباه الموصلات الأخرى

تختلف ثنائيات شوتكي عن منتجات الصمام الثنائي الأخرى من حيث أنها تحتوي على حاجز على شكل انتقال - معدن أشباه الموصلات يتميز بالتوصيل الكهربائي في اتجاه واحد. يمكن أن يكون المعدن الموجود فيها عبارة عن السيليكون وزرنيخيد الغاليوم، ويمكن استخدام مركبات الجرمانيوم والتنغستن والذهب والبلاتين وغيرها بشكل أقل شيوعًا.

يعتمد أداء هذا المكون الإلكتروني كليًا على المعدن المختار. غالبًا ما يوجد السيليكون في مثل هذه التصميمات، لأنه أكثر موثوقية وله أداء ممتاز عند القوى العالية. ويمكن أيضًا استخدام مركبات الغاليوم والزرنيخ والجرمانيوم. تكنولوجيا إنتاج هذا المنتج الإلكتروني بسيطة، مما يؤدي إلى انخفاض تكلفته.

يتميز منتج شوتكي بتشغيل أكثر استقرارًا عند تطبيق التيار الكهربائي مقارنة بالأنواع الأخرى من الثنائيات شبه الموصلة. يتم تحقيق ذلك بسبب إدخال تكوينات بلورية خاصة في جسمه.

المميزات والعيوب

تتمتع الثنائيات الموصوفة أعلاه ببعض المزايا، وهي كما يلي:

• يتم احتواء التيار الكهربائي بشكل مثالي في الدائرة ؛
• القدرة الصغيرة لحاجز شوتكي تزيد من عمر خدمة المنتج؛
• انخفاض الجهد المنخفض.
• السرعة في الدائرة الكهربائية.

العيب الأكثر أهمية للمكون هو التيار العكسي الضخم، والذي حتى لو قفز هذا المؤشر بعدة وحدات يؤدي إلى فشل الصمام الثنائي.

ملحوظة!عند تشغيل عنصر كهربائي شوتكي في دوائر ذات تيار كهربائي قوي في ظل ظروف التبادل الحراري غير المواتية، يحدث انهيار حراري.

شوتكي ديود: التعيين ووضع العلامات

يتم تعيين صمام ثنائي شوتكي في الدوائر الكهربائية تقريبًا تمامًا مثل أشباه الموصلات التقليدية، ولكن مع بعض الميزات.

تجدر الإشارة إلى أنه يمكن أيضًا العثور على إصدارات مزدوجة من صمام ثنائي شوتكي في المخططات. يتكون هذا التصميم من ثنائيين متصلين في غلاف مشترك، مع وجود كاثودات أو أنودات ملحومة، مما يؤدي إلى تكوين ثلاث أطراف.

يتم لصق علامات هذه العناصر على الجانب في شكل حروف ورموز. تقوم كل شركة مصنعة بتسمية منتجاتها بطريقتها الخاصة، ولكن وفقًا لمعايير دولية معينة.

مهم!إذا كان التعيين الأبجدي الرقمي على جسم الصمام الثنائي غير واضح، فمن المستحسن الاطلاع على الشرح في الكتاب المرجعي للهندسة الراديوية.

منطقة التطبيق

يمكن العثور على استخدام هياكل الصمام الثنائي مع حاجز شوتكي في العديد من الأجهزة والهياكل الكهربائية. يتم استخدامها غالبًا في الدوائر الكهربائية بالتقنيات التالية:

• الأجهزة الكهربائية للمنزل وأجهزة الكمبيوتر.
• إمدادات الطاقة من مختلف الأنواع ومثبتات الجهد.
• معدات التلفزيون والراديو؛
• الترانزستورات والبطاريات التي تعمل بالطاقة الشمسية؛
• الالكترونيات الأخرى.

يرجع هذا النطاق الواسع من التطبيقات إلى حقيقة أن هذا العنصر الكهربائي يزيد بشكل كبير من كفاءة وأداء المنتج النهائي، ويستعيد المقاومة العكسية للتيار الكهربائي، ويحفظه في الشبكة الكهربائية، ويقلل من عدد الخسائر في ديناميات الجهد الكهربائي، وتمتص أيضًا الكثير من أنواع الإشعاع المختلفة.

تشخيص الثنائيات شوتكي

التحقق من صلاحية عنصر شوتكي الكهربائي ليس بالأمر الصعب، لكن الأمر سيستغرق بعض الوقت. لتشخيص الأعطال يجب القيام بما يلي:

1. من الضروري في البداية إزالة العنصر المعني من الدائرة الكهربائية أو جسر الصمام الثنائي؛
2. إجراء فحص بصري بحثًا عن الأضرار الميكانيكية المحتملة وآثار التفاعلات الكيميائية والتفاعلات الأخرى؛
3. افحص الصمام الثنائي باستخدام جهاز اختبار أو جهاز متعدد؛
4. إذا تم إجراء الاختبار باستخدام مقياس متعدد، فبعد تشغيله، من الضروري إحضار المجسات إلى طرفي الكاثود والأنود، ونتيجة لذلك، سيعرض الجهاز الجهد الحقيقي لمجموعة الصمام الثنائي.

مهم!عند إجراء الاختبار بمقياس متعدد، يجب أن تأخذ في الاعتبار التيار الكهربائي، والذي يشار إليه عادةً على جانب المنتج.

ستكون نتيجة هذه الخطوات البسيطة هي تحديد الحالة الفنية لأشباه الموصلات. يمكن أن يصبح الصمام الثنائي معيبًا للأسباب التالية:

1. عند حدوث ثقوب، يتوقف عنصر شوتكي عن الاحتفاظ بالتيار الكهربائي، وبالتالي يتحول من شبه موصل إلى موصل؛
2. عند حدوث انقطاع في جسر الدايود أو عنصر الدايود نفسه، يتوقف تدفق التيار الكهربائي تمامًا.

تجدر الإشارة إلى أنه في مثل هذه الحوادث لن يكون هناك دخان أو رائحة احتراق مرئية، لذلك يجب فحص جميع الثنائيات، ومن الأفضل الاتصال بالورش المتخصصة.

يعد الصمام الثنائي شوتكي عنصرًا بسيطًا ومتواضعًا، ولكنه في نفس الوقت عنصر ضروري للغاية في الإلكترونيات الحديثة، لأنه بفضله من الممكن ضمان التشغيل دون انقطاع للعديد من الأجهزة والمنتجات التقنية.

فيديو

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