Описание на диода на Шотки. Какво е диод на Шотки - подробно описание на полупроводника

Диодите на Шотки или по-точно бариерните диоди на Шотки са полупроводникови устройства, направени на базата на контакт метал-полупроводник, докато конвенционалните диоди използват полупроводников p-n преход.

Диодът на Шотки дължи името и появата си в електрониката на немския физик и изобретател Валтер Шотки, който през 1938 г., изучавайки новооткрития бариерен ефект, потвърди изложената по-рано теория, според която въпреки че излъчването на електрони от метал е предотвратено от потенциална бариера, но с приложеното външно електрическо поле тази бариера ще намалее. Уолтър Шотки открива този ефект, който тогава е наречен ефект на Шотки, в чест на учения.

Изследвайки контакта между метал и полупроводник, може да се види, че ако близо до повърхността на полупроводника има област, изчерпана от основни носители на заряд, тогава в областта на контакт на този полупроводник с метала от страната на полупроводника, образува се област на пространствен заряд от йонизирани акцептори и донори и се реализира блокиращ контакт - същата бариера на Шотки. При какви условия възниква тази бариера? Термичният емисионен ток от повърхността на твърдо тяло се определя от уравнението на Ричардсън:

Нека създадем условия, при които, когато полупроводник, например n-тип, влезе в контакт с метал, термодинамичната работа на електроните от метала ще бъде по-голяма от термодинамичната работа на електроните от полупроводника. При такива условия, в съответствие с уравнението на Ричардсън, токът на термични емисии от повърхността на полупроводника ще бъде по-голям от тока на термични емисии от металната повърхност:

В началния момент от време, при контакт на посочените материали, токът от полупроводника към метала ще превиши обратния ток (от метала към полупроводника), в резултат на което пространствените заряди ще започнат да се натрупват в близката - повърхностни области както на полупроводника, така и на метала - положителни в полупроводника и отрицателни в полупроводника. метал В зоната на контакт ще възникне електрическо поле, образувано от тези заряди, и енергийните зони ще се огънат.

Под въздействието на полето, термодинамичната работа на полупроводника ще се увеличи и нарастването ще настъпи, докато термодинамичните работни функции и съответните термоемисионни токове по отношение на повърхността се изравнят в контактната област.

Картината на прехода към равновесно състояние с образуването на потенциална бариера за p-тип полупроводник и метал е подобна на разглеждания пример с n-тип полупроводник и метал. Ролята на външното напрежение е да регулира височината на потенциалната бариера и напрегнатостта на електрическото поле в областта на пространствения заряд на полупроводника.

Фигурата по-горе показва лентови диаграми на различни етапи от образуването на бариерата на Шотки. При равновесни условия в зоната на контакт термоемисионните токове са се изравнили и в резултат на ефекта на полето е възникнала потенциална бариера, чиято височина е равна на разликата в термодинамичните работни функции: φк = ФМе - Фп /п.

По време на сглобяването на захранвания и преобразуватели на напрежение за автомобилни усилватели често възниква проблем с коригирането на тока от трансформатора. Придобиването на мощни импулсни диоди е доста сериозен проблем, затова реших да публикувам статия, която предоставя пълен списък и параметри на мощни диоди на Шотки. Преди време аз лично имах проблем с преобразувателния токоизправител за автомобилен усилвател. Преобразувателят е доста мощен (500-600 вата), честотата на изходното напрежение е 60 kHz, всеки обикновен диод, който може да се намери в стария боклук, веднага ще изгори като кибрит. Единствената налична опция по това време беше домашният KD213A. Диодите са доста добри, държат до 10 ампера, работната честота е в рамките на 100 kHz, но и прегряваха ужасно под товар.

Всъщност мощни диоди могат да бъдат намерени в почти всички. Компютърното захранване е такова, което захранва цял компютър. По правило те се произвеждат с мощност от 200 вата до 1 kW или повече и тъй като компютърът се захранва от, това означава, че захранването трябва да има токоизправител. Съвременните захранвания използват мощни диодни възли на Шотки за коригиране на напрежението - те имат минимален спад на напрежението през прехода и възможност за работа в импулсни вериги, където работната честота е много по-висока от мрежовата 50 Hz. Наскоро донесоха няколко захранвания безплатно, откъдето бяха премахнати диодите за този кратък преглед. В компютърните захранвания можете да намерите различни диодни възли, тук почти няма единични диоди - в един случай има два мощни диода, често (почти винаги) с общ катод. Ето някои от тях:

D83-004 (ESAD83-004)- Мощен комплект диоди на Шотки, обратно напрежение 40 волта, допустим ток 30А, в импулсен режим до 250А - може би едни от най-мощните диоди, които могат да бъдат намерени в компютърните захранвания.

STPS3045CW- Двоен диод на Шотки, изправен ток 15A, право напрежение 570mV, обратен ток на утечка 200uA, обратно напрежение постоянно 45 волта.

Основни диоди на Шотки, намиращи се в захранващи устройства

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

Има и модерни домашни диодни възли за висок ток. Ето техните маркировки и вътрешна схема:

Също така произведени , които могат да се използват например в захранвания за лампови усилватели и друга техника с повишена мощност. Списъкът е даден по-долу:

Силови диоди на Шотки с високо напрежение с напрежение до 1200 V

Въпреки че е по-предпочитано да се използват диоди на Шотки в мощни токоизправители с ниско напрежение с изходни напрежения от няколко десетки волта при високи честоти на превключване.

Диодът на Шотки е друг тип типичен полупроводников диод, неговата отличителна черта е ниското му напрежение при директно свързване. Той получи името си в чест на немския физик и изобретател Валтер Шотки. Тези диоди използват преход метал-полупроводник като потенциална бариера, а не p-n преход. Допустимото обратно напрежение на диодите на Шотки обикновено е около 1200 волта, например CSD05120 и неговите аналози; на практика те се използват във вериги с ниско напрежение с обратни напрежения до няколко десетки волта.

На електрическите схеми те са обозначени почти като диод, вижте фигурата по-горе, но с леки графични разлики; в допълнение, двойните диоди на Шотки са доста често срещани.

Двойният диод на Шотки е два отделни елемента, събрани в един общ корпус и клемите на катодите или анодите на тези компоненти са комбинирани. Следователно, двоен диод, обикновено три терминала. В импулсните и компютърните захранвания често можете да видите двойни диоди на Шотки с общ катод.

Тъй като и двата диода са поставени в един корпус и са сглобени по един и същ технологичен процес, техническите им параметри са почти идентични. При такова поставяне в един корпус по време на работа те ще бъдат в един и същи температурен режим, а това е един от основните фактори за повишаване на надеждността на устройството като цяло.

Предимства

Падането на напрежението на диода при директно свързване е само 0,2-0,4 волта, докато при типичните силициеви диоди този параметър е 0,6-0,7 волта. Такъв нисък спад на напрежението в полупроводник, когато е свързан директно, е характерен само за диоди на Шотки с обратно напрежение от максимум десетки волта, но ако нивото на приложеното напрежение се увеличи, спадът на напрежението в диода на Шотки вече е сравним с силициев диод, което доста силно ограничава използването на диодите на Шотки в съвременната електроника.
Теоретично всеки диод на Шотки може да има нисък бариерен капацитет. Липсата на явен класически p-n преход позволява значително да се увеличи работната честота на устройството. Този параметър намери широко приложение в производството на интегрални схеми, където диодите на Шотки заобикалят преходите на транзисторите, използвани като логически елементи. В силовата електроника е важен друг параметър на диодите на Шотки, а именно ниското време за възстановяване позволява използването на токоизправители на мощност при честоти от стотици kHz и по-високи. Например, радиокомпонентът MBR4015 (15 V и 40 A) се използва за коригиране на RF напрежение и времето за възстановяване е само 10 kV/μs.
Поради гореспоменатите положителни свойства, токоизправителите, изградени върху диоди на Шотки, се различават от токоизправителите на стандартните диоди с по-ниско ниво на смущения, така че те се използват в аналогови вторични източници на захранване.

минуси

В случай на краткосрочно превишаване на допустимото ниво на обратното напрежение, диодът на Шотки се проваля, за разлика от типичните силициеви диоди, които просто ще преминат в режим на обратимо разрушаване, при условие че разсейването на мощността на кристала не е по-високо от допустимото стойности, а след намаляване на напрежението диодът напълно възстановява характеристиките си .
Диодите на Шотки се характеризират с по-високи стойности на обратните токове, които се увеличават с повишаване на температурата на кристала и в случай на незадоволителни работни условия на радиатора при работа с големи токове водят до термично разрушаване на радиокомпонента.

Диодите на Шотки, както отбелязах по-горе, се използват активно в компютърни захранвания и превключващи регулатори на напрежение. Използват се в нисковолтовите и силнотокови части на компютърната UPS верига при + 3,3 волта и + 5,0 волта. Най-често се използват двойни диоди с общ катод. Използването на двойни диоди се счита за знак за високо качество.

Изгорял диод на Шотки е една от най-често срещаните повреди. Един диод може да има две неработещи състояния: електрическа повреда и изтичане към тялото. При някое от тези състояния UPS е блокиран поради вградената защитна верига.

В случай на електрическа повреда всички вторични напрежения в захранването отсъстват. В случай на изтичане, вентилаторът на компютърното захранване може да „потрепва“ и на изхода може да се появят вълни на изходното напрежение, които периодично изчезват. Тоест модулът за защита периодично се задейства, но не се случва пълно блокиране. Диодите на Шотки са 100% изгорели, ако радиаторът, на който са закрепени, е много топъл или има силна миризма на изгоряло от тях.

Трябва да се каже няколко думи, че при ремонт на UPS след смяна на диоди, особено при съмнение за изтичане в кутията, трябва да позвъните на всички силови транзистори, работещи в режим на превключване. И също така в случай на подмяна на ключови транзистори, проверката на диодите е задължителна и строго необходима.

Техниката за тестване на диод на Шотки е същата като за стандартен стандартен диод. Но и тук има малки разлики. Много е трудно да се тества диод от този тип, който вече е запоен във веригата. Следователно монтажът или отделният елемент трябва първо да бъдат извадени от веригата за проверка. Доста лесно е да се определи напълно пробит елемент. При всички граници на измерване на съпротивлението, мултиметърът ще покаже безкрайно ниско съпротивление или късо съединение в двете посоки.

По-трудно е да се провери със съмнение за теч. Ако проверим с типичен мултиметър, например DT-830 в режим "диод", ще видим обслужваем компонент. Въпреки това, ако направите измерване в режим на омметър, тогава обратното съпротивление при границата „20 kOhm“ се определя като безкрайно огромно (1). Ако елементът показва някакво съпротивление, например 5 kOhm, тогава е по-добре да считате този диод за съмнителен и да го замените с такъв, който определено работи. Понякога е по-добре незабавно да смените диодите на Шотки на шините +3,3V и +5,0V в компютърен UPS.

Те понякога се използват в приемници на алфа и бета лъчение (дозиметри), щипки за неутронно лъчение и в допълнение, слънчеви панели се сглобяват на преходи на бариерата на Шотки, които доставят електричество на космически кораби, които плуват в просторите на нашата огромна вселена.

Развитието на електрониката изисква все по-високи стандарти от радиокомпонентите. За работа при високи честоти се използва диод на Шотки, който по своите параметри превъзхожда силициевите аналози. Понякога можете да срещнете името бариерен диод на Шотки, което на практика означава същото.

Дизайн
Миниатюризация
Използвайте на практика

Дизайн

Диодът на Шотки се различава от обикновените диоди по своя дизайн, който използва метал-полупроводник, а не p-n преход. Ясно е, че свойствата тук са различни, което означава, че характеристиките също трябва да бъдат различни.

Всъщност полупроводниковият метал има следните параметри:

Токът на утечка е от голямо значение;
Нисък спад на напрежението през кръстовището, когато е свързан директно;
Възстановява заряда много бързо, тъй като има ниска стойност.

Диодът на Шотки е направен от материали като галиев арсенид, силиций; много по-рядко, но също може да се използва, е германият. Изборът на материал зависи от свойствата, които трябва да се получат, но във всеки случай максималното обратно напрежение, за което могат да бъдат произведени тези полупроводници, не е по-високо от 1200 волта - това са токоизправителите с най-високо напрежение. На практика много по-често се използват при по-ниски напрежения - 3, 5, 10 волта.

В електрическата схема диодът на Шотки е обозначен, както следва:

Но понякога можете да видите това обозначение:

Това означава двоен елемент: два диода в един корпус с общ анод или катод, така че елементът има три извода. Захранващите устройства използват такива конструкции с общ катод, те са удобни за използване в токоизправителни вериги. Често диаграмите показват маркировките на обикновен диод, но описанието показва, че това е диод на Шотки, така че трябва да внимавате.

Диодните възли с бариера на Шотки се предлагат в три вида:

Тип 1 – с общ катод;

Тип 2 – с общ анод;

Тип 3 – по схемата на удвояване.

За да спестите сметки за електричество, нашите читатели препоръчват Electricity Saving Box. Месечните плащания ще бъдат с 30-50% по-малко, отколкото са били преди използването на спасителя. Той премахва реактивния компонент от мрежата, което води до намаляване на натоварването и, като следствие, потреблението на ток. Електрическите уреди консумират по-малко електроенергия и разходите са намалени.

Тази връзка помага да се увеличи надеждността на елемента: в края на краищата, намирайки се в един корпус, те имат еднакъв температурен режим, което е важно, ако са необходими мощни токоизправители, например 10 ампера.

Но има и недостатъци. Работата е там, че ниският спад на напрежението (0,2–0,4 V) на такива диоди се появява при ниски напрежения, обикновено 50–60 волта. При по-високи стойности те се държат като обикновени диоди. Но по отношение на тока тази схема показва много добри резултати, защото често е необходимо - особено в силови вериги и силови модули - работният ток на полупроводниците да бъде поне 10А.

Друг основен недостатък: за тези устройства обратният ток не може да бъде превишен дори за миг. Те незабавно се провалят, докато силициевите диоди, ако температурата им не е превишена, възстановяват свойствата си.

Но все пак има и по-положителни неща. В допълнение към ниския спад на напрежението, диодът на Шотки има ниска стойност на капацитета на прехода. Както знаете: по-малък капацитет - по-висока честота. Такъв диод е намерил приложение в импулсни захранвания, токоизправители и други вериги с честоти от няколкостотин килохерца.

Характеристиката на напрежението на такъв диод има асиметричен вид. При подаване на напрежение в права посока е ясно, че токът нараства експоненциално, а при подаване на обратно напрежение токът не зависи от напрежението.

Всичко това може да се обясни, ако знаете, че принципът на работа на този полупроводник се основава на движението на основните носители - електрони. По същата причина тези устройства са толкова бързи: те нямат процеси на рекомбинация, характерни за устройства с p-n преходи. Всички устройства с бариерна структура се характеризират с асиметрия на характеристиките на тока и напрежението, тъй като броят на носителите на електрически заряд определя зависимостта на тока от напрежението.

Миниатюризация

С развитието на микроелектрониката започнаха да се използват широко специални микросхеми и едночипови микропроцесори. Всичко това не изключва използването на висящи елементи. Въпреки това, ако за тази цел се използват радиоелементи с конвенционални размери, това ще отрече цялата идея за миниатюризация като цяло. Затова бяха разработени елементи с отворена рамка - SMD компоненти, които са 10 или повече пъти по-малки от конвенционалните части. Характеристиките на токовото напрежение на такива компоненти не се различават от характеристиките на токовото напрежение на конвенционалните устройства, а намалените им размери позволяват използването на такива резервни части в различни микровъзли.

SMD компонентите се предлагат в няколко размера. За ръчно запояване са подходящи SMD размер 1206. Те са с размер 3,2 на 1,6 мм, което ви позволява да ги запоявате сами. Други SMD елементи са по-миниатюрни, сглобени във фабриката със специално оборудване и е невъзможно да ги запоявате сами у дома.

Принципът на работа на smd компонент също не се различава от големия му колега и ако, например, вземем предвид характеристиката ток-напрежение на диод, тогава той ще бъде еднакво подходящ за полупроводници от всякакъв размер. Диапазонът на тока е от 1 до 10 ампера. Маркировките на кутията често се състоят от цифров код, чието декодиране е дадено в специални таблици. Те могат да бъдат тествани за годност с помощта на тестер, точно както техните по-големи колеги.

Използвайте на практика

Токоизправителите на Шотки се използват в импулсни захранвания, стабилизатори на напрежение, импулсни токоизправители. Най-взискателният ток - 10A или повече - са напрежения от 3,3 и 5 волта. Именно в такива вторични захранващи вериги най-често се използват устройства на Шотки. За да усилят стойностите на тока, те се свързват заедно във верига с общ анод или катод. Ако всеки от двойните диоди е оценен на 10 ампера, ще получите значителна граница на безопасност.

Една от най-честите неизправности на превключващите силови модули е повредата на същите тези диоди. По правило те или напълно се пробиват, или изтичат. И в двата случая трябва да се смени неизправният диод, след това да се проверят с мултицет силовите транзистори и да се измери захранващото напрежение.

Тестване и взаимозаменяемост

Токоизправителите на Шотки могат да бъдат тествани по същия начин като конвенционалните полупроводници, тъй като имат подобни характеристики. Трябва да го прозвъните в двете посоки с мултицет - трябва да се показва по същия начин като обикновен диод: анод-катод и не трябва да има течове. Ако покаже дори леко съпротивление - 2-10 килоома, това вече е повод за съмнение.

Диод с общ анод или катод може да бъде тестван като два обикновени полупроводника, свързани заедно. Например, ако анодът е общ, тогава той ще бъде един крак от три. Поставяме една сонда на тестер върху анода, другите крака са различни диоди и върху тях се поставя друга сонда.

Може ли да се замени с друг вид? В някои случаи диодите на Шотки се заменят с обикновени германиеви диоди. Например D305 при ток от 10 ампера даде спад от само 0,3 волта, а при токове от 2–3 ампера те обикновено могат да бъдат инсталирани без радиатори. Но основната цел на инсталацията на Шотки не е малък спад, а малък капацитет, така че замяната не винаги ще бъде възможна.

Както виждаме, електрониката не стои неподвижна и по-нататъшните приложения на високоскоростни устройства ще се увеличават, което ще направи възможно разработването на нови, по-сложни системи.

Към голямото семейство полупроводникови диоди, кръстени на имената на учените, открили необичайния ефект, можем да добавим още един. Това е диод на Шотки.

Германският физик Валтер Шотка откри и изследва т. нар. бариерен ефект, който възниква при определена технология за създаване на преход метал-полупроводник.

Основната характеристика на диода на Шотки е, че за разлика от конвенционалните диоди, базирани на pn преход, той използва преход метал-полупроводник, който също се нарича бариера на Шотки. Тази бариера, подобно на полупроводниковия pn преход, има свойството на еднопосочна електрическа проводимост и редица отличителни свойства.

Материалите, използвани за производството на бариерни диоди на Шотки, са предимно силиций (Si) и галиев арсенид (GaAs), както и метали като злато, сребро, платина, паладий и волфрам.

В електрическите схеми диодът на Шотки е изобразен така.

Както можете да видите, изображението му е малко по-различно от обозначението на конвенционален полупроводников диод.

В допълнение към това обозначение, в диаграмите можете да намерите и изображение на двоен диод на Шотки (монтаж).

Двойният диод е два диода, монтирани в един общ корпус. Изводите на техните катоди или аноди са комбинирани. Следователно такъв монтаж, като правило, има три изхода. Импулсните захранвания обикновено използват общи катодни модули.

Тъй като два диода са поставени в един корпус и са направени в един технологичен процес, техните параметри са много близки. Тъй като са поставени в един корпус, температурните им условия са еднакви. Това увеличава надеждността и експлоатационния живот на елемента.

Диодите на Шотки имат две положителни качества: много нисък спад на напрежението (0,2-0,4 волта) през кръстовището и много висока производителност.

За съжаление такъв малък спад на напрежението се получава, когато приложеното напрежение е не повече от 50-60 волта. Докато се увеличава допълнително, диодът на Шотки се държи като обикновен силициев изправителен диод. Максималното обратно напрежение за Шотки обикновено не надвишава 250 волта, въпреки че в продажба могат да се намерят проби с номинално напрежение 1,2 киловолта (VS-10ETS12-M3).

И така, двоен диод на Шотки (изправител на Шотки) 60CPQ150проектиран за максимално обратно напрежение от 150V, като всеки от диодите на модула може да прекара 30 ампера при директно свързване!

Можете също така да намерите образци, чийто полупериоден изправен ток може да достигне максимум 400A! Пример е моделът VS-400CNQ045.

Много често в електрическите схеми сложното графично представяне на катода просто се пропуска и диодът на Шотки се изобразява като обикновен диод. И типът на използвания елемент е посочен в спецификацията.

Недостатъците на диодите с бариера на Шотки включват факта, че дори ако обратното напрежение е превишено за кратко, те незабавно се повредят и най-важното - необратимо. Докато силиконовите силови вентили, след спиране на излишното напрежение, се самовъзстановяват перфектно и продължават да работят. В допълнение, обратният ток на диодите зависи много от температурата на прехода. При голям обратен ток настъпва топлинен пробив.

В допълнение към високата скорост и следователно краткото време за възстановяване, положителните качества на диодите на Шотки включват нисък капацитет на прехода (бариера), което позволява увеличаване на работната честота. Това им позволява да се използват в импулсни токоизправители при честоти от стотици килохерци. Много диоди на Шотки намират своето приложение в интегрираната микроелектроника. Диодите на Шотки, направени с помощта на нанотехнологии, са включени в интегрални схеми, където заобикалят транзисторните преходи, за да подобрят производителността.

Диодите на Шотки от серията 1N581x (1N5817, 1N5818, 1N5819) са се вкоренили в радиолюбителската практика. Всички те са проектирани за максимален ток напред ( I F(AV)) – 1 ампер и обратно напрежение ( V RRM) от 20 до 40 волта. Спад на волтажа ( V F) на кръстовището е от 0,45 до 0,55 волта. Както вече споменахме, падането на напрежението напред ( Падане на напрежението напред) за диоди с бариера на Шотки е много малка.

Друг доста добре известен елемент е 1N5822. Предназначен е за прав ток от 3 ампера и е поставен в корпус DO-201AD.

Също така на печатни платки можете да намерите диоди от серията SK12 - SK16 за повърхностен монтаж. Те са доста малки по размер. Въпреки това, SK12-SK16 може да издържи прав ток до 1 ампер при обратно напрежение от 20 - 60 волта. Спадът на напрежението в права посока е 0,55 волта (за SK12, SK13, SK14) и 0,7 волта (за SK15, SK16). Също така на практика можете да намерите диоди от серията SK32 - SK310, например, SK36, който е предназначен за постоянен ток от 3 ампера.

Приложение на диодите на Шотки в захранванията.

Диодите на Шотки се използват активно в компютърни захранвания и превключващи стабилизатори на напрежение. Сред захранващите напрежения с ниско напрежение най-високият ток (десетки ампери) е +3,3 волта и +5,0 волта. Именно в тези вторични захранвания се използват диоди с бариера на Шотки. Най-често се използват триизводни възли с общ катод. Използването на възли може да се счита за знак за висококачествено и технологично усъвършенствано захранване.

Повредата на диодите на Шотки е една от най-честите неизправности в импулсните захранвания. Може да има две „мъртви“ състояния: чисто електрическо повреда и изтичане. Ако едно от тези условия е налице, захранването на компютъра се блокира, тъй като защитата се задейства. Но това може да стане по различни начини.

В първия случай всички вторични напрежения отсъстват. Защитата е блокирала захранването. Във втория случай вентилаторът "потрепва" и периодично се появяват и след това изчезват вълни на напрежението на изхода на захранващите устройства.

Тоест защитната верига периодично се задейства, но източникът на захранване не е напълно блокиран. Диодите на Шотки гарантирано ще се повредят, ако радиаторът, на който са инсталирани, е много горещ, докато се появи неприятна миризма. И последната диагностична опция е свързана с теч: когато натоварването на централния процесор се увеличи в многопрограмен режим, захранването се изключва спонтанно.

Трябва да се има предвид, че при професионален ремонт на захранване, след смяна на вторични диоди, особено при съмнение за теч, трябва да проверите всички силови транзистори, които изпълняват функцията на ключове и обратно: след смяна на ключови транзистори проверката на вторични диоди е задължителна процедура. Винаги е необходимо да се ръководим от принципа: бедата не идва сама.

Проверка на диодите на Шотки с мултицет.

Можете да проверите диода на Шотки с помощта на търговски мултицет. Техниката е същата като при проверка на конвенционален полупроводников диод с p-n преход. Но и тук има подводни камъни. Тестващият диод е особено труден за тестване. На първо място, елементът трябва да бъде отстранен от веригата за по-точна проверка. Доста лесно е да се определи напълно счупен диод. При всички граници на измерване на съпротивлението, дефектният елемент ще има безкрайно малко съпротивление, както при права, така и при обратна връзка. Това е еквивалентно на късо съединение.

По-трудно е да се провери диод със съмнение за "изтичане". Ако проверим с мултиметър DT-830 в режим "диод", ще видим напълно работещ елемент. Можете да опитате да измерите обратното му съпротивление с помощта на омметър. При границата "20 kOhm" обратното съпротивление се определя като безкрайно голямо. Ако устройството показва поне малко съпротивление, да речем 3 kOhm, тогава този диод трябва да се счита за подозрителен и да се замени с известен добър. Пълната подмяна на диодите на Шотки на захранващите шини +3,3V и +5,0V може да осигури 100% гаранция.

Къде другаде се използват диоди на Шотки в електрониката? Те могат да бъдат открити в доста екзотични устройства, като приемници на алфа и бета лъчение, детектори на неутронно лъчение, а напоследък слънчеви панели бяха сглобени върху връзки на бариера на Шотки. Така че те също доставят електричество на космически кораби.

Полупроводниковият диод, който използва бариерния ефект като принцип на действие, носи името на немския учен, който го е описал, Валтер Шотки.

важно!Бариерният ефект е сериозно влияние на общия пространствен заряд върху развитието на разряд в празнина с рязко неравномерно поле.

Допълнителна информация.Какво е диод - електронен елемент, който има нееднаква способност да провежда електрически ток, в зависимост от неговата посока.

Диод на Шотки: принцип на действие

Вентилът на Шотки се различава от класическия тип по това, че основата на неговата работа е двойка полупроводник-метал. Тази двойка често се нарича бариера на Шотки. Тази бариера, в допълнение към способността си да провежда електричество в една посока, подобно на pn преход, има няколко полезни функции.

Галиевият арсенид и силиций са основните доставчици на материал за производството на електронни елементи в индустриални условия. В по-редки случаи се използват ценни химически елементи: платина, паладий и други подобни.

Неговият графичен условен израз върху електрически вериги не съвпада с класическите диоди. Маркировките на електронните компоненти са подобни. Има и двойни диоди под формата на монтаж.

важно!Двойният диод е двойка диоди, комбинирани в общ обем.

Двоен бариерен диод на Шотки

За двойните вентили изходите на катодите или анодите се комбинират. От това следва, че такъв продукт има три края. Обикновените катодни възли например работят там, където са необходими импулсни захранвания. Много по-рядко се използват диоди на Шотки с общ анод.

Диодите са разположени в един корпус и използват една и съща производствена технология за производството си, така че по набор от параметри са като братя близнаци. Работната им температура също е еднаква, т.к. са в общо пространство. Това свойство значително намалява необходимостта от подмяната им поради загуба на производителност.

Най-важните отличителни свойства на разглежданите вентили са лек спад на напрежението (до 0,4 V) в момента на прехода и високо време за реакция.

Споменатият спад на напрежението обаче има тесен диапазон на приложено напрежение - не повече от 60 V. А самата тази стойност е малка, което определя доста тесен диапазон на приложение на тези диоди. Ако напрежението надвиши определената стойност, ефектът на бариерата изчезва и диодът започва да работи в режим на конвенционален токоизправителен диод. Обратното напрежение за повечето от тях не надвишава 250 V, но има проби с обратно напрежение от 1,2 kV.

При проектирането на електрически вериги дизайнерите често не подчертават графично диода на Шотки на електрическата схема, но в спецификациите за поръчката те посочват използването му, като го посочват в типа. Ето защо, когато поръчвате оборудване, трябва да обърнете голямо внимание на това.

Сред неудобствата при работа с вентили с бариера на Шотки е необходимо да се отбележи тяхната изключителна „нежност“ и непоносимост към най-малкото, дори много краткотрайно, превишение на обратното напрежение. В този случай те просто се провалят и вече не се възстановяват, което в сравнение със силициевите диоди не е в тяхна полза, т.к. последните имат свойството да се самовъзстановяват, след което могат да продължат да работят както обикновено, без да изискват подмяна. Също така не трябва да забравяме, че обратният ток в тях критично зависи от степента на прехода. Ако се появи значителен обратен ток, повредата не може да бъде избегната.

Повишена работна честота поради нисък преходен капацитет и кратък период на възстановяване поради висока производителност са положителни свойства, които позволяват тези диоди да се използват, например, от радиолюбители. Те се използват и при честоти, достигащи няколкостотин kHz, например в импулсни токоизправители. Голям брой произведени диоди се използват в микроелектрониката. Сегашното ниво на развитие на науката и индустрията позволява използването на нанотехнологии в производствения процес на вентили с бариера на Шотки. Създадените по този начин вентили се използват за шунтиране на транзистори. Това решение значително увеличава реакцията на последния.

Шотки диоди в захранвания

Вентилите на Шотки често се намират в компютърните захранвания. Петволтовото напрежение осигурява сериозен ток от десетки ампери, което е рекорд за нисковолтови енергийни системи. За тези захранвания се използват вентили на Шотки. По принцип се използват двойни диоди с един катод. Нито един висококачествен съвременен компютърен захранващ блок не може без такъв монтаж.

Диагноза.„Изгорял“ захранващ блок на електронно устройство най-често означава необходимост от подмяна на изгорял монтаж на Шотки. Има само две причини за неизправността: повишен ток на утечка и електрическа повреда. Когато настъпят описаните условия, към компютъра вече не се подава електрическо захранване. Защитните механизми заработиха. Нека да видим как става това.

На входа на компютъра постоянно няма напрежение. Захранването е напълно блокирано от вградената в компютъра защита.

Има „неразбираема“ ситуация: охлаждащият вентилатор започва да работи, след което отново характерният шум изчезва. Това означава, че напрежението на входа на компютъра (изхода на захранването) се появява и изчезва. Тези. Защитата се справя с периодични грешки, но не бърза да блокира напълно източника. Имате ли неприятна миризма от горещ блок? Диодният блок определено има нужда от смяна. Друг метод за домашна диагностика: когато натоварването на процесора беше голямо, захранването се изключваше от само себе си. Това е знак за теч.

След ремонт на захранването, свързано с подмяната на двойни диоди на Шотки, е необходимо да "звъните" на транзисторите. При обратната процедура диодите също изискват проверка. Това правило е особено вярно, ако причината за ремонта е теч.

Проверка на диодите на Шотки

Домашен мултицет върши добра работа при тестване на всеки тип бариерен диод на Шотки. Методът на тестване е много подобен на проверката на обикновен диод. Има обаче някои тайни. Електронен компонент с теч е особено труден за правилна проверка. Първо, диодният модул трябва да бъде отстранен от веригата. За това ще ви трябва поялник. Ако диодът е счупен, тогава съпротивление, близко до нула във всички възможни режими на работа, ще покаже неговата неработоспособност. По отношение на физическите процеси това прилича на затваряне.

„Изтичането“ е по-трудно за диагностициране. Най-често срещаният мултицет за обществеността е dt-830; в повечето случаи измерванията в позиция „диод“ няма да открият проблем. Когато регулаторът се премести в положение "омметър", омичното съпротивление ще отиде до безкрайност. Също така устройството не трябва да показва наличието на омично съпротивление. В противен случай е необходима подмяна.

Диодите на Шотки са често срещани в електрическата и радиоелектрониката. Обхватът на тяхното използване е широк, включително приемници на алфа лъчение и различни космически кораби.

Видео

В електрическите схеми диодът на Шотки е изобразен така.

Друг доста добре известен елемент е 1N5822. Предназначен е за прав ток от 3 ампера и е поставен в корпус DO-201AD.

Приложение на диодите на Шотки в захранванията.

Проверка на диодите на Шотки с мултицет.

Можете да проверите диода на Шотки с помощта на търговски мултицет. Техниката е същата като при тестване на конвенционален полупроводников диод с p-n преход. Но и тук има подводни камъни. Тестващият диод е особено труден за тестване. На първо място, елементът трябва да бъде отстранен от веригата за по-точна проверка. Доста лесно е да се определи напълно счупен диод. При всички граници на измерване на съпротивлението, дефектният елемент ще има безкрайно малко съпротивление, както при права, така и при обратна връзка. Това е еквивалентно на късо съединение.

Много велики учени са изследвали свойствата на p-n прехода. Както може би се досещате, това е обикновен диод, който може да се види във всяка електронна схема. По времето на изобретяването си, това е елемент, който предизвиква истинска революция и променя всички представи за бъдещето на електрониката. Също така технологията на неговото производство не остана незабелязана. Появиха се диодите Zenner и Gunn. Изобретен е и диодът на Шотки

има интересни свойства. Използването му в електрониката не беше толкова сензационно, колкото известните му „братя“. Специалните свойства на този елемент преди това са били използвани във високоспециализирани схеми и не са намерили широко приложение. Още по-интересно е, че наскоро диодът на Шотки започна да се използва като основен елемент в импулсните захранвания. Работи в почти всички електронни домакински уреди: телевизори, магнетофони, персонални компютри, лаптопи и др.

Специалните свойства на устройството се проявяват в ниския спад на напрежението през p-n прехода. Не надвишава 0,4 волта. Тоест, по отношение на този параметър той е възможно най-близо до идеалния елемент, използван при изчисленията. Вярно е, че при напрежение над 50 волта тези свойства изчезват. Но въпреки това диодът на Шотки започна да се използва широко в схеми със захранване за такива вериги, които не надвишават 15 волта постоянно напрежение, което направи възможно пълното използване на свойствата на това устройство. Може да стои във веригата за обратна връзка като ограничаващ елемент или да участва в работата на регулаторите.

В допълнение към такова важно свойство като p-n прехода, диодът на Шотки има малък капацитет. Това му позволява да работи във високочестотни вериги. Почти „идеалните“ свойства на този елемент не изкривяват високочестотния сигнал. Ето защо те започнаха да го инсталират в импулсни захранвания, комуникационни устройства и регулатори.

Но в допълнение към положителните качества е необходимо да се отбележат недостатъците. Диодите на Шотки са много чувствителни дори към краткосрочно превишаване на обратното напрежение от допустимата стойност. Това води до повреда на елемента. За разлика от своите силициеви „братя“, той не се възстановява. Термичното разпадане води или до появата на токове на утечка, или до „превръщането“ на устройството в проводник.

Първата неизправност ще доведе до нестабилна работа на цялото електронно устройство. Доста трудно се открива и премахва. Що се отнася до термична повреда, например, това ще задейства защита от След смяна на дефектния елемент, захранването ще работи нормално.

Съвременната индустрия произвежда доста мощни диоди на Шотки. Импулсният ток в такива устройства може да достигне 1,2 kA. Постоянният работен ток в някои видове достига до 120 A. Такива устройства имат широк обхват на тока и добри характеристики на работа. Те се използват успешно в домакински уреди и индустриална електроника.

Очевидно характеристиката ток-напрежение за бариерата на Шотки се оказва асиметрична. В посока напред токът нараства експоненциално с увеличаване на приложеното напрежение. В обратната посока токът не зависи от напрежението. И в двата случая токът се дължи на електроните като основни носители на заряд.

Следователно диодите на Шотки са бързодействащи, тъй като елиминират дифузни и рекомбинационни процеси, които изискват допълнително време. Зависимостта на тока от напрежението е свързана с промяна в броя на носителите, тъй като тези носители участват в процеса на прехвърляне на заряда. Външното напрежение променя броя на електроните, които могат да се движат от едната страна на бариерата на Шотки до другата страна.

Благодарение на технологията на производство и на базата на описания принцип на работа, диодите на Шотки имат нисък спад на напрежението в права посока, значително по-малък от традиционните p-n диоди.

Тук дори малък първоначален ток през контактната зона води до отделяне на топлина, което след това допринася за появата на допълнителни токоносители. В този случай няма инжектиране на малцинствени носители на заряд.

Следователно диодите на Шотки нямат дифузен капацитет, тъй като няма миноритарни носители и в резултат на това производителността е доста висока в сравнение с полупроводниковите диоди. Резултатът е нещо като остър асиметричен p-n преход.

По този начин, на първо място, диодите на Шотки са микровълнови диоди за различни цели: детектор, смесване, лавинно-транзитен, параметричен, импулсен, умножаващ. Диодите на Шотки могат да се използват като приемници на радиация, тензодатчици, детектори на ядрена радиация, светлинни модулатори и накрая високочестотни токоизправители.

Обозначаване на диода на Шотки на диаграми

Шотки диоди днес

Днес диодите на Шотки са широко разпространени в електронните устройства. На диаграмите те са изобразени по различен начин от конвенционалните диоди. Често можете да намерите двойни изправителни диоди на Шотки, направени в типичен за захранващите превключватели пакет с три клеми. Такива двойни дизайни съдържат два диода на Шотки вътре, свързани с катоди или аноди, по-често с катоди.

Диодите в комплекта имат много сходни параметри, тъй като всеки такъв комплект се произвежда в един технологичен цикъл и в резултат температурните им условия на работа са еднакви и надеждността им съответно е по-висока. Падането на напрежението в права посока от 0,2 - 0,4 волта, заедно с високата скорост (няколко наносекунди) са несъмнените предимства на диодите на Шотки пред техните p-n аналогове.

Характеристиката за ниско напрежение на бариерата на Шотки в диодите се проявява при приложени напрежения до 60 волта, въпреки че производителността остава непоклатима. Днес диодите на Шотки от тип 25CTQ045 (за напрежение до 45 волта, за токове до 30 ампера за всеки от двойката диоди в комплекта) могат да бъдат намерени в много импулсни захранвания, където те служат като токоизправители за токове с честоти до няколкостотин килохерца.

Невъзможно е да не се засегне темата за недостатъците на диодите на Шотки, разбира се, те съществуват и има два от тях. Първо, краткосрочното превишаване на критичното напрежение незабавно ще повреди диода. Второ, температурата значително влияе върху максималния обратен ток. При много висока температура на прехода, диодът просто ще се счупи, дори когато работи при номинално напрежение.

Нито един радиолюбител не може без диоди на Шотки в своята практика. Тук можем да отбележим най-популярните диоди: 1N5817, 1N5818, 1N5819, 1N5822, SK12, SK13, SK14. Тези диоди се предлагат както в изходна, така и в SMD версия. Основното нещо, за което радиолюбителите ги ценят толкова много, е тяхната висока производителност и ниско напрежение на кръстовището - максимум 0,55 волта - при ниската цена на тези компоненти.

Това е рядка печатна платка, която няма диоди на Шотки за една или друга цел. Някъде диодът на Шотки служи като токоизправител с ниска мощност за веригата за обратна връзка, някъде служи като стабилизатор на напрежението на ниво 0,3 - 0,4 волта, а някъде е детектор.