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? Токът на термоемисия 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.

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.

В таблицата по-долу можете да видите параметрите на най-разпространените днес диоди на Шотки с ниска мощност.

Страница 1 от 3

Както показва текущата статистика за повреди на съвременните системни захранвания, най-голям брой повреди възникват във вторичните вериги на захранващите устройства. Повредите на силовите транзисторни ключове (най-типичната неизправност на захранващите устройства от предишни поколения) днес са изключително редки, което е показател за успехите, постигнати през последните пет години от производителите на силова полупроводникова електроника. Един от най-проблемните компоненти на съвременните захранвания са вторичните токоизправители на базата на диоди на Шотки, което се дължи на големите изходни токове на захранването. Високата степен на повреда на диодите на Шотки стана причина за появата на тази публикация на страниците на нашето списание.

Диодът на Шотки (кръстен на немския физик Валтер Шотки) е полупроводников диод с нисък спад на напрежението, когато е свързан директно. Диодите на Шотки използват преход метал-полупроводник като бариера на Шотки (вместо pn преход като конвенционалните диоди). Допустимото обратно напрежение на промишлено произведени диоди на Шотки е ограничено до 250 V (MBR40250 и аналози); на практика повечето диоди на Шотки се използват във вериги с ниско напрежение с обратно напрежение от порядъка на няколко и няколко десетки волта.

Предимства на диодите на Шотки

Докато конвенционалните силициеви диоди имат спад на напрежението в права посока от около 0,6 - 0,7 V, използването на диоди на Шотки позволява тази стойност да бъде намалена до 0,2 - 0,4 V. Такъв нисък спад на напрежението в права посока е характерен само за диоди на Шотки с максимално обратно напрежение от порядъка на десетки волта. При високи обратни напрежения падането напред става сравнимо с това на силициевите диоди, което ограничава използването на диоди на Шотки до вериги с ниско напрежение. Например, за 30Q150 диод на Шотки с максимално възможно обратно напрежение (150 V) при ток в права посока от 15 A, спадът на напрежението се нормализира на ниво от 0,75 V (T = 125 ° C) до 1,07 V (T = −55°C).

Бариерата на Шотки също има по-нисък електрически капацитет на прехода, което прави възможно значително увеличаване на работната честота на диода. Това свойство се използва в интегрални схеми, където диодите на Шотки шунтират преходите на транзисторите на логическите елементи. В силовата електроника ниският капацитет на прехода (т.е. кратко време за възстановяване) позволява да се изграждат токоизправители, които работят при честоти от стотици kHz и по-високи. Например, диодът MBR4015 (15 V, 40 A), оптимизиран за високочестотно коригиране, е проектиран да работи при dV/dt до 1000 V/ms.

Благодарение на по-добрите времеви характеристики и малкия капацитет на прехода, токоизправителите, базирани на диоди на Шотки, се различават от традиционните диодни токоизправители по намаленото си ниво на шум, което ги прави най-предпочитани за използване в импулсни захранвания за аналогово и цифрово оборудване.

Недостатъци на диодите на Шотки

Първо, ако максималното обратно напрежение бъде превишено за кратко, диодът на Шотки необратимо се поврежда, за разлика от силициевите диоди, които преминават в режим на обратен пробив, и при условие, че максималната разсейвана мощност на диода не е превишена, след спад на напрежението диодът напълно се възстановява неговите свойства.

Второ, диодите на Шотки се характеризират с увеличени (в сравнение с конвенционалните силициеви диоди) обратни токове, които се увеличават с увеличаване на температурата на кристала. За горния 30Q150, обратният ток при максимално обратно напрежение варира от 0,12 mA при +25°C до 6,0 mA при +125°C. За диоди с ниско напрежение в корпуси TO-220 обратният ток може да надхвърли стотици милиампери (MBR4015 - до 600 mA при +125°C). При незадоволителни условия на разсейване на топлината положителната топлинна обратна връзка в диода на Шотки води до неговото катастрофално прегряване.

Токоволамперната характеристика на бариерата на Шотки (фиг. 1) има подчертан асиметричен вид. В областта на предното отклонение токът нараства експоненциално с увеличаване на приложеното напрежение. В областта на обратното отклонение токът не зависи от напрежението. И в двата случая, при предно и обратно отклонение, токът в бариерата на Шотки се дължи на основните носители на заряд - електрони.

Поради тази причина диодите, базирани на бариерата на Шотки, са бързодействащи устройства, тъй като им липсват процеси на рекомбинация и дифузия. Асиметрията на вольтамперната характеристика на бариерата на Шотки е типична за бариерните структури. Зависимостта на тока от напрежението в такива структури се дължи на промяна в броя на носителите, участващи в процесите на пренос на заряд. Ролята на външното напрежение е да промени броя на електроните, преминаващи от една част на бариерната структура в друга.

Шотки диоди в захранвания

В системните захранвания диодите на Шотки се използват за коригиране на тока на каналите +3,3V и +5V и, както е известно, изходните токове на тези канали възлизат на десетки ампери, което води до необходимостта да се вземе много сериозно проблемите на производителността на токоизправителите и намаляването на техните енергийни загуби. Решаването на тези проблеми може значително да увеличи ефективността на захранващите устройства и да повиши надеждността на силовите транзистори в първичната част на захранването.

Така че, за да се намалят динамичните загуби при превключване и да се елиминира режимът на късо съединение по време на превключване, в каналите с най-голям ток (+3,3 V и + 5 V), където тези загуби са най-значителни, диодите на Шотки се използват като токоизправителни елементи. Използването на диоди на Шотки в тези канали се дължи на следните съображения:

1) Диодът на Шотки е почти безинерционно устройство с много кратко време за възстановяване на обратно съпротивление, което води до намаляване на обратния вторичен ток и до намаляване на тока на удар през колекторите на силовите транзистори на първичния част в момента на превключване на диода. Това значително намалява натоварването на силовите транзистори и в резултат на това повишава надеждността на захранването.

2) Падането на напрежението в права посока върху диода Shockey също е много малко, което при текуща стойност от 15–30 A осигурява значително увеличение на ефективността.

Тъй като в съвременните захранвания каналът за напрежение +12V също става много мощен, използването на диоди на Шотки в този канал също би дало значителен енергиен ефект, но използването им в канала +12V е непрактично. Това се дължи на факта, че когато обратното напрежение надвиши 50V (а в канала +12V обратното напрежение може да достигне 60V), диодите на Шотки започват да превключват лошо (възникват твърде дълги и в същото време значителни обратни токове на утечка), което води до загуба на всички предимства на техните приложения. Поради това в канала +12V се използват високоскоростни силициеви импулсни диоди. Въпреки че сега индустрията произвежда диоди на Шотки с високо обратно напрежение, използването им в захранващи устройства се счита за неподходящо поради различни причини, включително икономически. Но има изключения от всяко правило, така че в отделните захранвания можете да намерите диодни възли на Шотки в +12V канали.

В съвременните системни захранвания за компютри диодите на Шотки обикновено са диодни комплекти от два диода (диодни полумостове), което ясно увеличава технологичността и компактността на захранващите устройства, а също така подобрява условията на охлаждане на диодите. Използването на отделни диоди (фиг. 2), а не диодни възли, вече е индикатор за нискокачествено захранване.

Диодните възли се произвеждат основно в три вида опаковки (фиг. 3):

TO-220 (по-малко мощни възли с работни токове до 20 A, понякога до 25-30 A);

TO-247 (по-мощни възли с работни токове 30 - 40 A);

TO-3P (мощни възли).

Електрическата верига и щифтовете на диодния монтаж на Шотки са показани на (фиг. 4).

Електрическите характеристики на диодните възли, които най-често се използват в съвременните системни захранвания, са представени в табл. 1.

Взаимозаменяемостта на диодните възли се определя въз основа на техните характеристики. Естествено, ако е невъзможно да се използва диоден комплект с абсолютно същите характеристики, по-добре е да го замените с устройство с по-високи стойности на тока и напрежението. В противен случай ще бъде невъзможно да се гарантира стабилна работа на захранването. Има случаи, когато производителите използват диодни модули в своите захранвания със значителен резерв на мощност (въпреки че по-често наблюдаваме обратната ситуация), а по време на ремонт е възможно да се инсталира устройство с по-ниски стойности на ток или напрежение. Въпреки това, при такава подмяна е необходимо внимателно да се анализират характеристиките на захранването и неговото натоварване и цялата отговорност за последствията от такава модификация естествено пада върху раменете на специалиста, извършващ ремонта.

Проява на неизправности в диодите на Шотки

Както вече беше отбелязано, повредата на диодите на Шотки е един от основните проблеми на съвременните захранвания. И така, какви предварителни признаци могат да се използват за предполагаемо определяне на неизправността им? Има няколко такива признака.

Първо, в случай на повреда и течове на вторичните токоизправителни диоди, като правило, защитата се задейства и захранването не започва. Това може да се прояви по различни начини:

1) Когато захранването е включено, вентилаторът "потрепва", т.е. прави няколко оборота и спира; След това изходните напрежения напълно липсват, т.е. захранването е блокирано.

2) След включване на захранването, вентилаторът постоянно "трепва", могат да се наблюдават вълни на напрежението на изходите на захранването, т.е. защитата се задейства периодично, но захранването не е напълно блокирано.

3) Признак за неизправност на диодите на Шотки е изключително силно нагряване на вторичния радиатор, на който са монтирани.

4) Признак за изтичане на диоди на Шотки може да бъде спонтанното изключване на захранването и следователно на компютъра, когато натоварването се увеличи (например при стартиране на програми, които осигуряват 100% натоварване на процесора), както и невъзможността за стартиране компютъра след „ъпгрейд“, въпреки че мощността на захранването е достатъчна.

Освен това е необходимо да се разбере, че при захранвания с лоша и недобре замислена схема, изтичането на токоизправителни диоди води до претоварване на първичната верига и до токови удари през силовите транзистори, което може да причини тяхната повреда. По този начин професионалният подход при ремонт на захранващи блокове налага задължителна проверка на диодите на вторичния токоизправител при всяка смяна на силовите транзистори-ключове на първичната част на захранването.

Диагностика на диоди на Шотки

Тестването и точната диагностика на диодите на Шотки на практика е доста трудна задача, тъй като тук много се определя от вида на използвания измервателен уред и опита от такива измервания, въпреки че определянето на обичайното разрушаване на един или два диода на диод на Шотки сглобяването не е особено трудно. За да направите това, трябва да разпоите диодния модул и да проверите двата диода с тестер съгласно диаграмата на фиг. 5. За такава диагностика тестерът трябва да бъде настроен в режим на тестване на диоди. Дефектният диод ще покаже еднакво съпротивление и в двете посоки (обикновено много малко, т.е. ще покаже късо съединение), което показва неговата негодност за по-нататъшна употреба. Въпреки това, очевидните повреди на диодните възли са много, много редки на практика.

Ориз. 5

По принцип трябва да се справите с течове (и често топлинни течове) на диоди на Шотки. Но течове не могат да бъдат открити по този начин. Когато се тества с тестер в режим "диод", "изтичащият" диод в по-голямата част от случаите е напълно работещ. Гарантирана диагностична точност, според нас, може да се постигне само чрез замяна на диода с известно добро подобно устройство.

Но все пак можете да опитате да идентифицирате „подозрителен“ диод, като използвате техника, която включва измерване на съпротивлението на обратната му връзка. За да направите това, няма да използваме режима за тестване на диоди, а обикновен омметър.

внимание! Когато използвате тази техника, трябва да се помни, че различните тестери могат да дадат различни показания, което се обяснява с разликите в самите тестери.

И така, задаваме границата на измерване на стойност и измерваме обратното съпротивление на диода (фиг. 6). Както показва практиката, работещите диоди при тази граница на измерване трябва да показват безкрайно високо съпротивление.

Ако измерването разкрие някакво, обикновено малко съпротивление (2–10 kOhm), тогава такъв диод може да се счита за „много подозрителен“ и е по-добре да го смените или поне да го проверите, като използвате метода за замяна. Ако проверите на границата на измерване, тогава дори обслужваемите диоди могат да покажат много малко съпротивление в обратна посока (единици и десетки kOhms), поради което се препоръчва да използвате границата. Естествено, при големи диапазони на измерване (2 MΩ, 20 MΩ и т.н.), дори абсолютно работещ диод се оказва напълно отворен, тъй като неговият p-n преход се прилага твърде високо (за диоди на Шотки) обратно напрежение. На границата можете да проверите с помощта на сравнителния метод, т.е. вземете диод с гарантирана функционалност, измерете обратното му съпротивление и го сравнете със съпротивлението на тествания диод. Значителни разлики в тези измервания ще показват необходимостта от подмяна на диодния модул.

Понякога има ситуации, когато само един от диодите в монтажа се провали. В този случай повредата също се идентифицира лесно чрез сравняване на обратното съпротивление на два диода от един и същи комплект. Диодите от един и същи комплект трябва да имат еднакво съпротивление.

Предложеният метод може да бъде допълнен и с изпитване за термична стабилност. Същността на тази проверка е следната. В момента, когато съпротивлението на обратния преход се проверява на границата на измерване (вижте предишния параграф), е необходимо да докоснете контактите на диодния възел с нагрята спойка, като по този начин загреете неговия кристал. Дефектният диоден възел почти мигновено започва да „плава“, т.е. неговото обратно съпротивление започва да намалява много бързо, докато изправният диоден възел поддържа обратното съпротивление на безкрайно голяма стойност за дълго време. Тази проверка е много важна, тъй като по време на работа диодният модул се нагрява много (не е за нищо, че е поставен върху радиатор) и поради нагряване променя характеристиките си. Разглежданата техника осигурява проверка на стабилността на характеристиките на диодите на Шотки към температурни колебания, тъй като повишаването на температурата на корпуса до 100 или 125 ° C увеличава стойността на обратния ток на утечка сто пъти (виж данните в таблица 1).

Ето как можете да опитате да проверите диод на Шотки, но не трябва да злоупотребявате с предложените методи, т.е. не трябва да извършвате тестове при твърде висока граница на измерване на съпротивлението и да нагрявате диода твърде много, защото теоретично всичко това може да доведе до повреда на диода.

Освен това, поради възможността от повреда на диодите на Шотки под въздействието на температурата, е необходимо стриктно да се спазват всички препоръчани условия за запояване (температурни условия и време за запояване). Въпреки че трябва да отдадем почит на производителите на диоди, тъй като много от тях са постигнали, че инсталирането на възли може да се извърши при висока температура от 250 ° C за 10 секунди.

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 можете да намерите проби с мощност от 1,2 киловолта (VS-10ETS12-M3).

И така, двоен диод на Шотки (токоизправител 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 провалят 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 малък капацитет на кръстовището (бариера), което ви позволява да увеличите 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 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.

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.

Електротехниката и радиоелектрониката са пълни с много концепции, една от които е диодът на Шотки, използван в много електрически вериги. Много хора задават въпроси за това какво е диод на Шотки, как е обозначен на диаграмите, както и какъв е принципът на работа на диода на Шотки.

Обща информация и принцип на работа

Диодът на Шотки е диоден полупроводников продукт, който, когато е свързан директно към верига, произвежда малко намаление на напрежението. Този елемент се състои от метал и полупроводник. Диодът е кръстен на известния немски физик тест В. Шотки, който го е изобретил през 1938 г. на 20 век.

В промишлеността се използва такъв диод с ограничено обратно напрежение - до 250 V, но на практика, за битови цели, за да се предотврати протичането на ток в обратна посока, се използват главно варианти с ниско напрежение - 3-10V.

Диодите на Шотки могат да бъдат разделени на 3 класа според мощностните характеристики:

• голяма мощ;
• средна мощност;
• маломощни.

Бариерен диод на Шотки (по-точно наименование на продукта) се състои от проводник с метал, използван за контакт, пръстен за защита и стъклена пасивация.

В момента, когато токът протича през електрическата верига, отрицателни и положителни заряди се събират в различни части на тялото по цялата площ на полупроводниковата бариера и върху защитния пръстен, което води до възникване на електрическо поле и освобождаване на топлинна енергия - това е голям плюс на диода за много физически експерименти.

Диодните възли от този тип могат да бъдат произведени в няколко варианта:

• диоди на Шотки с общ анод;
• диодни продукти с изход от общ катод;
• диоди, сглобени съгласно удвояваща верига.

Технически характеристики на популярни модификации на диоди на Шотки

Име	Ограничение на обратното пиково напрежение	Ограничете тока на токоизправителя		Пиков преден електрически ток	Ограничете обратния ток	Ограничете напрежението напред
Мерна единица измервания	IN	А	операционна система	А	µA	IN
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

Разлики от други полупроводници

Диодите на Шотки се различават от другите диодни продукти по това, че имат бариера под формата на преход - полупроводник-метал, характеризиращ се с еднопосочна електрическа проводимост. Металът в тях може да бъде силиций, галиев арсенид, по-рядко могат да се използват съединения на германий, волфрам, злато, платина и др.

Работата на този електронен компонент ще зависи изцяло от избрания метал. Силиконът най-често се намира в такива конструкции, тъй като е по-надежден и има отлична производителност при високи мощности. Могат да се използват и съединения на галий, арсен и германий. Технологията на производство на този електронен продукт е проста, което води до неговата ниска цена.

Продуктът на Шотки се характеризира с по-стабилна работа при прилагане на електрически ток в сравнение с други видове полупроводникови диоди. Това се постига благодарение на факта, че в тялото му се въвеждат специални кристални образувания.

Предимства и недостатъци

Описаните по-горе диоди имат някои предимства, които са както следва:

• електрическият ток се съдържа перфектно във веригата;
• малкият капацитет на бариерата на Шотки увеличава експлоатационния живот на продукта;
• нисък спад на напрежението;
• скорост в електрическа верига.

Най-същественият недостатък на компонента е огромният обратен ток, който дори ако този индикатор скочи с няколко единици, води до повреда на диода.

Забележка!При работа на електрически елемент на Шотки във вериги с мощен електрически ток при неблагоприятни условия на топлообмен възниква термичен срив.

Диод на Шотки: обозначение и маркировка

Диодът на Шотки в електрическите вериги е обозначен почти точно като конвенционалните полупроводници, но с някои характеристики.

Струва си да се отбележи, че в диаграмите могат да бъдат намерени и двойни версии на диода на Шотки. Тази конструкция се състои от два свързани диода в общ корпус със запоени катоди или аноди, което води до образуването на три терминала.

Маркировките на такива елементи са прикрепени отстрани под формата на букви и символи. Всеки производител етикетира своите продукти по свой начин, но в съответствие с определени международни стандарти.

важно!Ако буквено-цифровото обозначение на тялото на диода не е ясно, тогава се препоръчва да погледнете обяснението в справочника по радиотехника.

Област на приложение

Използването на диодни структури с бариера на Шотки може да се намери в много устройства и електрически конструкции. Те се използват най-често в електрически вериги в следните техники:

• електроуреди за дома и компютри;
• различни видове захранвания и стабилизатори на напрежение;
• телевизионно, - и радио оборудване;
• Транзистори и батерии, захранвани от слънчева енергия;
• друга електроника.

Такава широка гама от приложения се дължи на факта, че такъв електрически елемент значително повишава ефективността и производителността на крайния продукт, възстановява обратното съпротивление на електрическия ток, запазва го в електрическата мрежа, намалява броя на загубите в динамика на електрическото напрежение, а също така абсорбира доста различни видове радиация.

Диагностика на диоди на Шотки

Не е трудно да се провери изправността на електрическия елемент на Шотки, но ще отнеме известно време. За да диагностицирате неизправностите, трябва да направите следното:

1. Първоначално е необходимо да премахнете интересуващия ви елемент от електрическата верига или диодния мост;
2. Извършете визуална проверка за възможни механични повреди, следи от химически и други реакции;
3. Проверете диода с тестер или мултицет;
4. Ако тестът се извършва с мултицет, тогава след включването му е необходимо да приведете сондите към краищата на катода и анода, в резултат на което устройството ще покаже реалното напрежение на диодния модул.

важно!Когато извършвате тестване с мултицет, трябва да вземете предвид електрическия ток, който обикновено е посочен отстрани на продукта.

Резултатът от тези прости стъпки ще бъде установяване на техническото състояние на полупроводника. Диодът може да се повреди поради следните причини:

1. Когато се появят дупки, елементът на Шотки престава да поддържа електрически ток и съответно се превръща от полупроводник в проводник;
2. Когато възникне прекъсване на диодния мост или самия диоден елемент, протичането на електрически ток спира напълно.

Струва си да се отбележи, че при такива инциденти няма да се вижда нито дим, нито миризма на изгоряло, следователно всички диоди ще трябва да бъдат проверени и най-добре е да се свържете със специализирани сервизи.

Диодът на Шотки е прост и непретенциозен, но в същото време изключително необходим елемент в съвременната електроника, тъй като благодарение на него е възможно да се осигури непрекъсната работа на много устройства и технически продукти.

Видео

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 промишлени 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 модули, 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