Schottky diode, tačnije diode s Schottky barijerom, su poluvodički uređaji izrađeni na bazi kontakta metal-poluvodič, dok konvencionalne diode koriste poluvodički p-n spoj.

Schottky dioda duguje svoje ime i pojavu u elektronici njemačkom fizičaru i izumitelju Walteru Schottkyju, koji je 1938. godine, proučavajući novootkriveni efekat barijere, potvrdio ranije iznesenu teoriju, prema kojoj iako je emisija elektrona iz metala spriječen potencijalnom barijerom, ali kao primijenjeno vanjsko električno polje, ova barijera će se smanjiti. Walter Schottky je otkrio ovaj efekat, koji je tada nazvan Schottky efektom, u čast naučnika.

Ispitujući kontakt između metala i poluprovodnika, može se vidjeti da ako blizu površine poluprovodnika postoji područje osiromašeno glavnim nosiocima naboja, onda u području kontakta ovog poluprovodnika s metalom na strani poluprovodnika, formira se oblast prostornog naboja jonizovanih akceptora i donora i ostvaruje se blokirajući kontakt - ista Schottky barijera. Pod kojim uslovima nastaje ova barijera? Termionska emisiona struja s površine čvrstog tijela određena je Richardsonovom jednačinom:

Stvorimo uslove kada bi, kada bi poluvodič, na primjer n-tipa, došao u kontakt sa metalom, termodinamička radna funkcija elektrona iz metala bila veća od termodinamičke funkcije rada elektrona iz poluvodiča. U takvim uslovima, u skladu sa Richardsonovom jednačinom, termoemisiona struja sa površine poluprovodnika biće veća od termoemisione struje sa metalne površine:

U početnom trenutku vremena, pri kontaktu navedenih materijala, struja od poluprovodnika do metala će premašiti obrnutu struju (od metala do poluprovodnika), zbog čega će se prostorni naboji početi akumulirati u blizini -površinske oblasti i poluprovodnika i metala - pozitivne u poluprovodniku i negativne u poluprovodniku. Električno polje formirano od ovih naelektrisanja će se pojaviti u kontaktnoj oblasti, a energetske zone će se savijati.

Pod uticajem polja termodinamička radna funkcija poluprovodnika će se povećavati, a porast će se dešavati sve dok se termodinamičke radne funkcije i odgovarajuće termoemisione emisione struje u odnosu na površinu ne izjednače u području kontakta.

Slika prijelaza u ravnotežno stanje sa formiranjem potencijalne barijere za poluvodič p-tipa i metal slična je razmatranom primjeru s poluvodičem n-tipa i metalom. Uloga vanjskog napona je da regulira visinu potencijalne barijere i jačinu električnog polja u području prostornog naboja poluvodiča.

Gornja slika prikazuje dijagrame pojasa različitih faza formiranja Schottky barijere. U ravnotežnim uslovima u području kontakta, termoionske emisione struje su se izravnale, a kao rezultat efekta polja nastala je potencijalna barijera čija je visina jednaka razlici termodinamičkih radnih funkcija: φk = FMe - Fp /p.

Očigledno je da je strujno-naponska karakteristika za Schottky barijeru asimetrična. U smjeru naprijed, struja raste eksponencijalno s povećanjem primijenjenog napona. U suprotnom smjeru struja ne ovisi o naponu. U oba slučaja struja je zbog elektrona kao većinskog nosioca naboja.

Schottky diode stoga brzo djeluju, jer eliminiraju difuzne i rekombinacijske procese koji zahtijevaju dodatno vrijeme. Ovisnost struje od napona povezana je s promjenom broja nosilaca, jer ti nosioci učestvuju u procesu prijenosa naboja. Vanjski napon mijenja broj elektrona koji se mogu kretati s jedne strane Schottky barijere na drugu stranu.

Zbog tehnologije izrade i na osnovu opisanog principa rada, Schottky diode imaju nizak pad napona u smjeru naprijed, znatno manji od tradicionalnih p-n dioda.

Ovdje čak i mala početna struja kroz kontaktno područje dovodi do oslobađanja topline, što potom doprinosi pojavi dodatnih nosilaca struje. U ovom slučaju nema ubrizgavanja manjinskih nosilaca naboja.

Schottky diode stoga nemaju difuznu kapacitivnost, jer nema manjinskih nosača, a kao rezultat toga, performanse su prilično visoke u odnosu na poluvodičke diode. Rezultat je nešto poput oštrog asimetričnog p-n spoja.

Dakle, prije svega, Schottky diode su mikrovalne diode za različite namjene: detektorske, miješajuće, lavino-tranzitne, parametarske, impulsne, multiplicirajuće. Schottky diode se mogu koristiti kao prijemnici zračenja, mjerači naprezanja, detektori nuklearnog zračenja, svjetlosni modulatori i konačno, visokofrekventni ispravljači struje.

Oznaka Schottky diode na dijagramima

Schottky diode danas

Danas su Schottky diode vrlo rasprostranjene u elektroničkim uređajima. Na dijagramima su prikazane drugačije od konvencionalnih dioda. Često možete pronaći dvostruke Schottky ispravljačke diode, napravljene u paketu s tri terminala tipičnom za prekidače za napajanje. Takvi dvostruki dizajni sadrže dvije Schottky diode iznutra, povezane katodama ili anodama, češće katodama.

Diode u sklopu imaju vrlo slične parametre, budući da se svaki takav sklop proizvodi u jednom tehnološkom ciklusu, a kao rezultat toga su im radni temperaturni uvjeti isti, a shodno tome i veća pouzdanost. Pad napona naprijed od 0,2 - 0,4 volta zajedno sa velikom brzinom (nekoliko nanosekundi) su nesumnjive prednosti Schottky dioda u odnosu na njihove p-n kolege.

Karakteristika niskog pada napona Schottky barijere u diodama se manifestira pri primijenjenim naponima do 60 volti, iako performanse ostaju nepokolebljive. Danas se Schottky diode tipa 25CTQ045 (za napone do 45 volti, za struje do 30 ampera za svaki par dioda u sklopu) mogu naći u mnogim prekidačkim izvorima napajanja, gdje služe kao ispravljači struje za struje sa frekvencije do nekoliko stotina kiloherca.

Nemoguće je ne dotaknuti se teme nedostataka Schottky dioda, naravno da postoje, a postoje ih dvije. Prvo, kratkotrajni višak kritičnog napona će trenutno oštetiti diodu. Drugo, temperatura uvelike utječe na maksimalnu obrnutu struju. Na vrlo visokoj temperaturi spoja, dioda će jednostavno puknuti čak i kada radi na nazivnom naponu.

Ni jedan radio-amater u svojoj praksi ne može bez Schottky dioda. Ovdje možemo primijetiti najpopularnije diode: 1N5817, 1N5818, 1N5819, 1N5822, SK12, SK13, SK14. Ove diode su dostupne u izlaznoj i SMD verziji. Glavna stvar zbog koje ih radio-amateri toliko cijene su njihove visoke performanse i nizak pad napona na spoju - maksimalno 0,55 volti - uz nisku cijenu ovih komponenti.

To je rijetka štampana ploča koja nema Schottky diode za jednu ili drugu svrhu. Negdje Schottky dioda služi kao ispravljač male snage za povratno kolo, negdje služi kao stabilizator napona na nivou od 0,3 - 0,4 volta, a negdje je detektor.

U donjoj tabeli možete vidjeti parametre danas najčešćih Schottky dioda male snage.

Stranica 1 od 3

Kako pokazuju trenutne statistike o kvarovima savremenih sistemskih izvora napajanja, najveći broj kvarova se javlja u sekundarnim krugovima napajanja. Kvarovi prekidača energetskih tranzistora (najtipičniji kvar izvora napajanja prethodnih generacija) danas su izuzetno rijetki, što je pokazatelj uspjeha koje su u proteklih pet godina postigli proizvođači energetske poluvodičke elektronike. Jedna od najproblematičnijih komponenti modernih izvora napajanja su sekundarni ispravljači na bazi Schottky dioda, što je posljedica velikih izlaznih struja izvora napajanja. Upravo je visoka stopa kvarova Schottky dioda postala osnova za pojavu ove publikacije na stranicama našeg časopisa.

Šotkijeva dioda (nazvana po njemačkom fizičaru Walteru Schottkyju) je poluvodička dioda s malim padom napona kada je direktno povezana. Schottky diode koriste spoj metal-poluvodič kao Schottkyjevu barijeru (umjesto pn spoja kao kod konvencionalnih dioda). Dozvoljeni reverzni napon industrijski proizvedenih Schottky dioda ograničen je na 250 V (MBR40250 i analozi); u praksi se većina Schottky dioda koristi u niskonaponskim krugovima s obrnutim naponom reda nekoliko i nekoliko desetina volti.

Prednosti Schottky dioda

Dok konvencionalne silikonske diode imaju pad napona naprijed od oko 0,6 - 0,7 V, upotreba Schottky dioda omogućava da se ova vrijednost smanji na 0,2 - 0,4 V. Tako mali pad napona naprijed karakterističan je samo za Schottky diode s maksimalnim povratnim naponom reda desetina volti. Pri visokim reverznim naponima, pad naprijed postaje uporediv sa onim kod silikonskih dioda, što ograničava upotrebu Schottky dioda na niskonaponska kola. Na primjer, za 30Q150 Schottky diodu s maksimalnim mogućim reverznim naponom (150 V) pri pravoj struji od 15 A, pad napona je normaliziran na nivou od 0,75 V (T = 125°C) do 1,07 V (T = −55°C).

Schottky barijera također ima niži električni kapacitet spoja, što omogućava značajno povećanje radne frekvencije diode. Ovo svojstvo se koristi u integriranim kolima, gdje Schottky diode šansiraju prijelaze tranzistora logičkih elemenata. U energetskoj elektronici, niska kapacitivnost spoja (tj. kratko vrijeme oporavka) omogućava izgradnju ispravljača koji rade na frekvencijama od stotina kHz i više. Na primjer, dioda MBR4015 (15 V, 40 A), optimizirana za visokofrekventno ispravljanje, je ocijenjena da radi na dV/dt do 1000 V/ms.

Zbog boljih vremenskih karakteristika i malih spojnih kapaciteta, ispravljači na bazi Schottky dioda razlikuju se od tradicionalnih diodnih ispravljača po smanjenom nivou buke, što ih čini najpoželjnijim za upotrebu u prekidačkim izvorima napajanja za analognu i digitalnu opremu.

Nedostaci Schottky dioda

Prvo, ako se nakratko prekorači maksimalni reverzni napon, Schottky dioda nepovratno kvari, za razliku od silikonskih dioda, koje prelaze u režim obrnutog proboja, a pod uslovom da se ne prekorači maksimalna snaga koja se troši na diodi, nakon pada napona dioda se potpuno vraća. njegove osobine.

Drugo, Schottky diode karakteriziraju povećane (u odnosu na konvencionalne silikonske diode) reverzne struje, koje se povećavaju s povećanjem temperature kristala. Za gornji 30Q150, reverzna struja pri maksimalnom obrnutom naponu varira od 0,12 mA na +25°C do 6,0 mA na +125°C. Za niskonaponske diode u TO-220 paketima, reverzna struja može premašiti stotine miliampera (MBR4015 - do 600 mA na +125°C). Pod nezadovoljavajućim uslovima odvođenja toplote, pozitivna toplotna povratna sprega u Schottky diodi dovodi do njenog katastrofalnog pregrijavanja.

Strujna naponska karakteristika Schottky barijere (slika 1) ima izražen asimetričan izgled. U području prednapona, struja raste eksponencijalno s povećanjem primijenjenog napona. U regionu obrnutog prednapona, struja ne zavisi od napona. U oba slučaja, sa prednagibom i obrnutom, struja u Schottky barijeri nastaje zbog većine nosilaca naboja - elektrona.

Iz tog razloga, diode bazirane na Schottky barijeri su uređaji brzog djelovanja, jer im nedostaju procesi rekombinacije i difuzije. Asimetrija strujno-naponske karakteristike Schottky barijere tipična je za strukture barijera. Ovisnost struje od napona u takvim strukturama nastaje zbog promjene broja nosilaca koji učestvuju u procesima prijenosa naboja. Uloga vanjskog napona je da promijeni broj elektrona koji prelaze iz jednog dijela strukture barijere u drugi.

Schottky diode u izvorima napajanja

U sistemskim napajanjima se Schottky diode koriste za ispravljanje struje kanala +3,3V i +5V, a, kao što je poznato, izlazne struje ovih kanala iznose desetine ampera, što dovodi do potrebe da se vrlo ozbiljno shvati pitanja performansi ispravljača i smanjenja njihovih gubitaka energije. Rješavanje ovih problema može značajno povećati efikasnost izvora napajanja i povećati pouzdanost energetskih tranzistora u primarnom dijelu napajanja.

Dakle, da bi se smanjili dinamički komutacioni gubici i eliminisao režim kratkog spoja pri komutaciji, u kanalima najveće struje (+3,3V i +5V), gde su ovi gubici najznačajniji, kao ispravljački elementi se koriste Šotkijeve diode. Upotreba Schottky dioda u ovim kanalima je zbog sljedećih razloga:

1) Schottky dioda je uređaj gotovo bez inercije s vrlo kratkim vremenom oporavka inverznog otpora, što dovodi do smanjenja reverzne sekundarne struje i do smanjenja udarne struje kroz kolektore energetskih tranzistora primara dio u trenutku kada se dioda uključi. Ovo značajno smanjuje opterećenje tranzistora snage i, kao rezultat, povećava pouzdanost napajanja.

2) Pad napona naprijed na Shockey diodi je također vrlo mali, što pri vrijednosti struje od 15-30 A daje značajno povećanje efikasnosti.

Budući da u modernim izvorima napajanja kanal napona +12V takođe postaje veoma moćan, upotreba Šotkijevih dioda u ovom kanalu bi takođe dala značajan energetski efekat, ali je njihova upotreba u kanalu +12V nepraktična. To je zbog činjenice da kada obrnuti napon prijeđe 50V (a u kanalu +12V obrnuti napon može doseći 60V), Schottky diode počinju loše da se prebacuju (predugo i istovremeno nastaju značajne obrnute struje curenja), što dovodi do gubitka svih prednosti njihove primjene. Stoga se u +12V kanalu koriste brze silikonske pulsne diode. Iako industrija sada proizvodi Schottky diode s visokim reverznim naponom, njihova upotreba u izvorima napajanja smatra se neprikladnom iz različitih razloga, uključujući i ekonomske. Ali postoje izuzeci od bilo kojeg pravila, tako da u pojedinačnim izvorima napajanja možete pronaći sklopove Schottky dioda u +12V kanalima.

U modernim sistemskim napajanjima za računare, Schottky diode su u pravilu diodni sklopovi od dvije diode (diodni polumostovi), što jasno povećava proizvodnost i kompaktnost izvora napajanja, a također poboljšava uvjete hlađenja dioda. Upotreba pojedinačnih dioda (slika 2), umjesto diodnih sklopova, sada je pokazatelj nekvalitetnog napajanja.

Diodni sklopovi se proizvode uglavnom u tri tipa pakovanja (slika 3):

TO-220 (manje moćni sklopovi sa radnim strujama do 20 A, ponekad i do 25-30 A);

TO-247 (snažniji sklopovi sa radnim strujama od 30 - 40 A);

TO-3P (snažni sklopovi).

Električno kolo i pin-out sklopa Schottky diode prikazani su na (sl. 4).

Električne karakteristike diodnih sklopova koji se najčešće koriste u modernim sistemima napajanja prikazane su u tabeli. 1.

Zamjenjivost diodnih sklopova određuje se na osnovu njihovih karakteristika. Naravno, ako je nemoguće koristiti diodni sklop s potpuno istim karakteristikama, bolje ga je zamijeniti uređajem s većim vrijednostima struje i napona. U suprotnom će biti nemoguće garantirati stabilan rad napajanja. Postoje slučajevi kada proizvođači koriste diodne sklopove u svojim izvorima napajanja sa značajnom rezervom snage (iako češće opažamo suprotnu situaciju), a tijekom popravka moguće je ugraditi uređaj s nižim vrijednostima struje ili napona. Međutim, kod takve zamjene potrebno je pažljivo analizirati karakteristike napajanja i njegovo opterećenje, a sva odgovornost za posljedice takve izmjene, naravno, pada na ramena stručnjaka koji obavljaju popravak.

Manifestacija kvarova u Schottky diodama

Kao što je već napomenuto, kvar Schottky dioda jedan je od glavnih problema modernih izvora napajanja. Dakle, koji se preliminarni znakovi mogu koristiti da bi se vjerovatno utvrdio njihov kvar? Postoji nekoliko takvih znakova.

Prvo, u slučaju kvarova i curenja sekundarnih ispravljačkih dioda, u pravilu se aktivira zaštita i napajanje se ne pokreće. To se može manifestirati na različite načine:

1) Kada je napajanje uključeno, ventilator se „trza“, odnosno pravi nekoliko okretaja i zaustavlja se; Nakon toga, izlazni naponi su potpuno odsutni, tj. napajanje je blokirano.

2) Nakon uključivanja napajanja, ventilator se stalno „trza“, može se uočiti talasanje napona na izlazima napajanja, tj. zaštita se povremeno aktivira, ali napajanje nije potpuno blokirano.

3) Znak kvara Schottky dioda je izuzetno jako zagrijavanje sekundarnog radijatora na koji su ugrađene.

4) Znak curenja Schottky dioda može biti spontano gašenje napajanja, a samim tim i računara, kada se opterećenje poveća (na primjer, pri pokretanju programa koji osiguravaju 100% opterećenje procesora), kao i nemogućnost pokretanja računar nakon „nadogradnje“, iako je snaga napajanja dovoljna.

Osim toga, potrebno je shvatiti da kod izvora napajanja sa lošim i nedovoljno osmišljenim sklopom curenje ispravljačkih dioda dovodi do preopterećenja primarnog kola i strujnih skokova kroz tranzistore snage, što može uzrokovati njihov kvar. Dakle, profesionalni pristup popravci izvora napajanja nalaže obaveznu provjeru sekundarnih ispravljačkih dioda pri svakoj zamjeni energetskih tranzistori-prekidača primarnog dijela napajanja.

Dijagnostika Schottky dioda

Testiranje i precizna dijagnostika Schottky dioda, u praksi, prilično je težak zadatak, jer je ovdje mnogo toga određeno vrstom mjernog instrumenta koji se koristi i iskustvom takvih mjerenja, iako se određuje uobičajeni kvar jedne ili dvije diode Schottky diode. montaža nije posebno teška. Da biste to učinili, morate odlemiti sklop diode i provjeriti obje diode testerom prema dijagramu na sl. 5. Za takvu dijagnostiku, tester mora biti podešen na režim testiranja dioda. Neispravna dioda će pokazati isti otpor u oba smjera (obično vrlo mali, tj. pokazaće kratki spoj), što ukazuje na njenu neprikladnost za dalju upotrebu. Međutim, očigledni kvarovi diodnih sklopova su vrlo, vrlo rijetki u praksi.

Rice. 5

U osnovi, morate se nositi s curenjem (i često termičkim curenjem) Schottky dioda. Ali curenje se ne može otkriti na ovaj način. Kada se testira sa testerom u "diodnom" načinu rada, dioda koja "curi" je u velikoj većini slučajeva potpuno operativna. Zajamčena dijagnostička točnost, po našem mišljenju, može se postići samo zamjenom diode s poznatim sličnim uređajem.

Ali ipak, možete pokušati identificirati "sumnjivu" diodu koristeći tehniku ​​koja uključuje mjerenje otpora njenog obrnutog spoja. Da bismo to učinili, nećemo koristiti način testiranja dioda, već običan ohmmetar.

Pažnja! Kada koristite ovu tehniku, treba imati na umu da različiti testeri mogu dati različita očitanja, što se objašnjava razlikama u samim testerima.

Dakle, postavljamo granicu mjerenja na vrijednost i mjerimo obrnuti otpor diode (slika 6). Kao što pokazuje praksa, servisne diode na ovoj granici mjerenja trebale bi pokazati beskonačno visok otpor.

Ako mjerenje otkrije neki, obično mali, otpor (2-10 kOhm), onda se takva dioda može smatrati "vrlo sumnjivom" i bolje je zamijeniti je ili barem provjeriti metodom zamjene. Ako provjerite na granici mjerenja, čak i servisne diode mogu pokazati vrlo mali otpor u suprotnom smjeru (jedinice i desetine kOhma), zbog čega se preporučuje korištenje granice. Naravno, pri velikim rasponima mjerenja (2 MΩ, 20 MΩ, itd.), čak se i potpuno ispravna dioda pokazuje da je potpuno otvorena, budući da je njen p-n spoj primijenjen previsok (za Schottky diode) obrnuti napon. Na granici možete provjeriti komparativnom metodom, tj. uzeti diodu sa zajamčenim funkcionisanjem, izmjeriti njen povratni otpor i usporediti je s otporom diode koja se testira. Značajne razlike u ovim mjerenjima će ukazati na potrebu zamjene sklopa diode.

Ponekad postoje situacije kada samo jedna od dioda u sklopu pokvari. U ovom slučaju, greška se također lako prepoznaje poređenjem obrnutog otpora dvije diode istog sklopa. Diode istog sklopa moraju imati isti otpor.

Predložena metoda se također može dopuniti ispitivanjem termičke stabilnosti. Suština ove provjere je sljedeća. U trenutku kada se otpor obrnutog spoja provjerava na granici mjerenja (vidi prethodni odlomak), potrebno je dodirnuti kontakte diodnog sklopa zagrijanim lemilom, čime se zagrijava njegov kristal. Neispravan diodni sklop gotovo trenutno počinje da "pluta", tj. njegov reverzni otpor počinje vrlo brzo opadati, dok servisni sklop diode održava reverzni otpor na beskonačno velikoj vrijednosti dugo vremena. Ova provjera je vrlo važna, jer se diodni sklop tijekom rada jako zagrije (nije uzalud postavljen na radijator) i zbog zagrijavanja mijenja svoje karakteristike. Razmatrana tehnika daje test stabilnosti karakteristika Schottky dioda na temperaturne fluktuacije, jer povećanje temperature kućišta na 100 ili 125°C povećava vrijednost obrnute struje curenja sto puta (vidi podatke u Tablici 1).

Ovako možete pokušati provjeriti Schottky diodu, ali predložene metode ne treba zloupotrebljavati, odnosno ne treba vršiti ispitivanja na previsokoj granici mjerenja otpora i previše zagrijavati diodu, jer teoretski, sve to može dovesti do oštećenje diode.

Osim toga, zbog mogućnosti kvara Schottky dioda pod utjecajem temperature, potrebno je striktno pridržavati se svih preporučenih uvjeta lemljenja (temperaturni uvjeti i vrijeme lemljenja). Iako moramo odati priznanje proizvođačima dioda, jer su mnogi od njih postigli da se ugradnja sklopova može izvesti na visokoj temperaturi od 250°C u trajanju od 10 sekundi.

Velikoj porodici poluprovodničkih dioda nazvanih po imenima naučnika koji su otkrili neobičan efekat, možemo dodati još jednu. Ovo je Šotkijeva dioda.

Njemački fizičar Walter Schottka otkrio je i proučavao takozvani efekat barijere koji se javlja kod određene tehnologije za stvaranje prijelaza metal-poluvodič.

Glavna karakteristika Schottky diode je da, za razliku od konvencionalnih dioda baziranih na pn spoju, koristi spoj metal-poluvodič, koji se također naziva Schottky barijera. Ova barijera, baš kao i poluvodički pn spoj, ima svojstvo jednosmjerne električne provodljivosti i niz karakterističnih svojstava.

Materijali koji se koriste za izradu dioda s Schottky barijerom su pretežno silicijum (Si) i galijum arsenid (GaAs), kao i metali kao što su zlato, srebro, platina, paladijum i volfram.

U dijagramima kola, Schottky dioda je prikazana ovako.

Kao što vidite, njegova se slika nešto razlikuje od oznake konvencionalne poluvodičke diode.

Osim ove oznake, na dijagramima možete pronaći i sliku dvostruke Schottky diode (sklop).

Dvostruka dioda su dvije diode postavljene u jedno zajedničko kućište. Priključci njihovih katoda ili anoda su kombinovani. Dakle, takav sklop, u pravilu, ima tri izlaza. Prekidački izvori napajanja obično koriste uobičajene katodne sklopove.

Budući da su dvije diode smještene u isto kućište i izrađene u jednom tehnološkom procesu, njihovi parametri su vrlo bliski. Pošto su smešteni u jedno kućište, njihovi temperaturni uslovi su isti. To povećava pouzdanost i vijek trajanja elementa.

Schottky diode imaju dva pozitivna svojstva: vrlo nizak pad napona naprijed (0,2-0,4 volta) preko spoja i vrlo visoke performanse.

Nažalost, tako mali pad napona nastaje kada primijenjeni napon nije veći od 50-60 volti. Kako se dalje povećava, Schottky dioda se ponaša kao obična silikonska ispravljačka dioda. Maksimalni reverzni napon za Schottky obično ne prelazi 250 volti, iako se u prodaji mogu naći uzorci od 1,2 kilovolta (VS-10ETS12-M3).

Dakle, dvostruka Schottky dioda (Schottky ispravljač) 60CPQ150 dizajniran za maksimalni reverzni napon od 150V, a svaka dioda sklopa može proći 30 ampera u direktnoj vezi!

Možete pronaći i uzorke čija poluperiodna ispravljena struja može dostići maksimalno 400A! Primjer je model VS-400CNQ045.

Vrlo često, u dijagramima strujnih kola, složeni grafički prikaz katode je jednostavno izostavljen, a Šotkijeva dioda je prikazana kao obična dioda. A vrsta korištenog elementa navedena je u specifikaciji.

Nedostaci dioda sa Schottky barijerom uključuju činjenicu da čak i ako je obrnuti napon nakratko prekoračen, one trenutno otkazuju i, što je najvažnije, nepovratno. Dok silicijumski energetski ventili, nakon što prestane višak napona, savršeno se samoizlečuju i nastavljaju da rade. Osim toga, obrnuta struja dioda uvelike ovisi o temperaturi spoja. Pri velikoj reverznoj struji dolazi do termičkog sloma.

Pored velike brzine i, stoga, kratkog vremena oporavka, pozitivne kvalitete Schottky dioda uključuju nisku kapacitivnost spoja (barijere), što omogućava povećanje radne frekvencije. To im omogućava da se koriste u impulsnim ispravljačima na frekvencijama od stotina kiloherca. Mnogo Šotkijevih dioda nalazi svoju primenu u integrisanoj mikroelektronici. Schottky diode napravljene korištenjem nanotehnologije uključene su u integrirana kola, gdje zaobilaze tranzistorske spojeve kako bi poboljšale performanse.

Schottky diode serije 1N581x (1N5817, 1N5818, 1N5819) zaživjele su u radioamaterskoj praksi. Svi su dizajnirani za maksimalnu struju naprijed ( I F(AV)) – 1 amper i obrnuti napon ( V RRM) od 20 do 40 volti. Pad napona ( V F) na spoju je od 0,45 do 0,55 volti. Kao što je već spomenuto, pad napona naprijed ( Pad napona naprijed) za diode sa Schottky barijerom je vrlo mala.

Još jedan prilično dobro poznat element je 1N5822. Dizajniran je za struju naprijed od 3 ampera i smješten je u DO-201AD kućište.

Također na štampanim pločama možete pronaći diode serije SK12 - SK16 za površinsku montažu. Prilično su male veličine. Unatoč tome, SK12-SK16 može izdržati struju naprijed do 1 amper pri obrnutom naponu od 20 - 60 volti. Pad napona naprijed je 0,55 volti (za SK12, SK13, SK14) i 0,7 volti (za SK15, SK16). Također u praksi možete pronaći diode serije SK32 - SK310, na primjer, SK36, koji je dizajniran za jednosmjernu struju od 3 ampera.

Primjena Schottky dioda u izvorima napajanja.

Schottky diode se aktivno koriste u kompjuterskim napajanjima i prekidačkim stabilizatorima napona. Među niskonaponskim naponima napajanja, najveća struja (desetine ampera) su +3,3 volti i +5,0 volti. Upravo u tim sekundarnim izvorima napajanja koriste se diode s Schottky barijerom. Najčešće se koriste sklopovi s tri terminala sa zajedničkom katodom. Upravo se korištenje sklopova može smatrati znakom visokokvalitetnog i tehnološki naprednog napajanja.

Kvar Schottky dioda je jedan od najčešćih kvarova u prekidačkim izvorima napajanja. Može imati dva „mrtva“ stanja: čisti električni kvar i curenje. Ako je prisutan jedan od ovih uslova, napajanje računara je blokirano kada se zaštita aktivira. Ali to se može dogoditi na različite načine.

U prvom slučaju izostaju sva sekundarna naprezanja. Zaštita je blokirala napajanje. U drugom slučaju, ventilator se "trza" i povremeno se pojavljuju talasi napona, a zatim nestaju na izlazu izvora napajanja.

Odnosno, zaštitni krug se povremeno pokreće, ali izvor napajanja nije potpuno blokiran. Schottky diode će zajamčeno otkazati ako je radijator na koji su ugrađene jako vruć sve dok se ne pojavi neprijatan miris. I posljednja dijagnostička opcija povezana je s curenjem: kada se opterećenje na centralnom procesoru poveća u multiprogramskom načinu rada, napajanje se spontano isključuje.

Treba imati na umu da prilikom profesionalnog popravka napajanja, nakon zamjene sekundarnih dioda, posebno kod sumnje na curenje, treba provjeriti sve tranzistore snage koji obavljaju funkciju ključeva i obrnuto: nakon zamjene ključnih tranzistora provjerava se sekundarne diode. obavezna procedura. Uvijek je potrebno voditi se principom: nevolja ne dolazi sama.

Provjeravanje Schottky dioda multimetrom.

Možete provjeriti Schottky diodu pomoću komercijalnog multimetra. Tehnika je ista kao kod testiranja konvencionalne poluvodičke diode s p-n spojem. Ali i ovdje postoje zamke. Diodu koja curi posebno je teško testirati. Prije svega, element se mora ukloniti iz kruga radi preciznije provjere. Sasvim je lako odrediti potpuno pokvarenu diodu. Na svim granicama mjerenja otpora, neispravni element će imati beskonačno mali otpor, kako u naprijed tako iu obrnutom spoju. Ovo je ekvivalentno kratkom spoju.

Teže je provjeriti diodu sa sumnjivim "curenjem". Ako provjerimo multimetrom DT-830 u načinu rada "dioda", vidjet ćemo element koji je potpuno servisiran. Možete pokušati izmjeriti njegov obrnuti otpor pomoću ohmmetra. Na granici "20 kOhm", reverzni otpor je definiran kao beskonačno velik. Ako uređaj pokazuje barem neki otpor, recimo 3 kOhm, onda ovu diodu treba smatrati sumnjivom i zamijeniti je poznatom dobrom. Potpuna zamjena Schottky dioda na energetskim sabirnicama +3,3V i +5,0V može pružiti 100% garanciju.

Gdje se još koriste Schottky diode u elektronici? Mogu se naći u prilično egzotičnim uređajima, kao što su prijemnici alfa i beta zračenja, detektori neutronskog zračenja, a nedavno su i solarni paneli montirani na spojevima Schottky barijere. Dakle, oni takođe snabdevaju strujom svemirske letelice.

Elektrotehnika i radioelektronika pune su mnogih koncepata, od kojih je jedan Schottky dioda, koja se koristi u brojnim električnim krugovima. Mnogi ljudi postavljaju pitanja o tome što je Schottky dioda, kako je to naznačeno na dijagramima, kao i koji je princip rada Schottky diode.

Opće informacije i princip rada

Schottky dioda je diodni poluvodički proizvod koji, kada je spojen direktno na kolo, proizvodi malo smanjenje napona. Ovaj element se sastoji od metala i poluprovodnika. Dioda je dobila ime po poznatom njemačkom test fizičaru W. Schottkyju, koji ju je izumio 1938. godine 20. vijeka.

U industriji se koristi takva dioda s ograničenim obrnutim naponom - do 250 V, ali u praksi, za domaće potrebe, kako bi se spriječio protok struje u suprotnom smjeru, koriste se uglavnom niskonaponske opcije - 3-10V.

Schottky diode se mogu podijeliti u 3 klase prema karakteristikama snage:

• velike snage;
• srednje snage;
• male snage.

Dioda s Schottky barijerom (precizniji naziv za proizvod) sastoji se od provodnika s metalom koji se koristi za kontakt, prstena zaštite i pasivizacije stakla.

U trenutku kada struja teče kroz električno kolo, negativni i pozitivni naboji se skupljaju u različitim dijelovima tijela po cijelom području poluvodičke barijere i na zaštitnom prstenu, što dovodi do pojave električnog polja i oslobađanja toplinska energija - ovo je veliki plus diode za mnoge fizičke eksperimente.

Diodni sklopovi ovog tipa mogu se proizvoditi u nekoliko varijanti:

• Schottky diode sa zajedničkom anodom;
• diodni proizvodi koji imaju izlaz iz zajedničke katode;
• diode sastavljene prema krugu udvostručavanja.

Tehničke karakteristike popularnih modifikacija Schottky dioda

Ime	Obrnuta granica vršnog napona	Ograničenje struje ispravljača		Maksimalna struja naprijed	Ograničite obrnutu struju	Ograničite napon naprijed
Jedinica mjerenja	IN	A	OS	A	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

Razlike od ostalih poluprovodnika

Schottky diode se razlikuju od ostalih diodnih proizvoda po tome što imaju barijeru u obliku prijelaza - poluvodič-metal, koju karakterizira jednosmjerna električna vodljivost. Metal u njima može biti silicijum, galijum arsenid, a rjeđe se mogu koristiti spojevi germanija, volframa, zlata, platine i drugi.

Performanse ove elektronske komponente u potpunosti će ovisiti o odabranom metalu. Silicij se najčešće nalazi u takvim dizajnima, jer je pouzdaniji i ima odlične performanse pri velikim snagama. Mogu se koristiti i jedinjenja galija i arsena i germanijuma. Tehnologija proizvodnje ovog elektronskog proizvoda je jednostavna, što rezultira niskom cijenom.

Schottkyjev proizvod karakterizira stabilniji rad kada se primjenjuje električna struja nego druge vrste poluvodičkih dioda. To se postiže činjenicom da se u njegovo tijelo uvode posebne kristalne formacije.

Prednosti i nedostaci

Gore opisane diode imaju neke prednosti, a to su:

• električna struja je savršeno sadržana u krugu;
• mali kapacitet Schottky barijere povećava vijek trajanja proizvoda;
• nizak pad napona;
• brzina u električnom kolu.

Najznačajniji nedostatak komponente je ogromna obrnuta struja, koja čak i ako ovaj indikator skoči za nekoliko jedinica dovodi do kvara diode.

Bilješka! Prilikom rada Schottkyjevog električnog elementa u krugovima sa snažnom električnom strujom pod nepovoljnim uvjetima izmjene topline dolazi do termičkog kvara.

Schottky dioda: oznaka i oznaka

Schottky dioda na električnim krugovima označena je gotovo potpuno isto kao i konvencionalni poluvodiči, ali s nekim karakteristikama.

Vrijedi napomenuti da se na dijagramima mogu naći i dvostruke verzije Schottky diode. Ovaj dizajn se sastoji od dvije povezane diode u zajedničkom kućištu, koje imaju zalemljene katode ili anode, što dovodi do formiranja tri terminala.

Oznake takvih elemenata su pričvršćene sa strane u obliku slova i simbola. Svaki proizvođač označava svoje proizvode na svoj način, ali u skladu sa određenim međunarodnim standardima.

Bitan! Ako alfanumerička oznaka na tijelu diode nije jasna, preporučuje se da pogledate objašnjenje u priručniku za radiotehniku.

Područje primjene

Upotreba diodnih struktura sa Schottky barijerom može se naći u mnogim uređajima i električnim strukturama. Najčešće se koriste na električnim krugovima u sljedećim tehnikama:

• Električni uređaji za dom i računala;
• Napajanja raznih vrsta i stabilizatori napona;
• televizijska, - i radio oprema;
• tranzistori i baterije na solarnu energiju;
• druga elektronika.

Ovako širok spektar primjena je zbog činjenice da takav električni element uvelike povećava efikasnost i performanse konačnog proizvoda, obnavlja povratni otpor električne struje, čuva je u električnoj mreži, smanjuje broj gubitaka u dinamiku električnog napona, a također apsorbira dosta različitih vrsta zračenja.

Dijagnostika Schottky dioda

Nije teško provjeriti ispravnost Schottky električnog elementa, ali će trebati neko vrijeme. Da biste dijagnosticirali kvarove, morate učiniti sljedeće:

1. Potrebno je u početku ukloniti element od interesa iz električnog kola ili diodnog mosta;
2. Izvršiti vizuelni pregled na eventualna mehanička oštećenja, tragove hemijskih i drugih reakcija;
3. Provjerite diodu testerom ili multimetrom;
4. Ako se ispitivanje provodi multimetrom, tada je nakon uključivanja potrebno sonde dovesti do krajeva katode i anode, kao rezultat toga, uređaj će prikazati stvarni napon sklopa diode.

Bitan! Kada provodite testiranje multimetrom, trebate uzeti u obzir električnu struju, koja je obično naznačena na bočnoj strani proizvoda.

Rezultat ovih jednostavnih koraka bit će utvrđivanje tehničkog stanja poluvodiča. Dioda može postati neispravna iz sljedećih razloga:

1. Kada se pojave rupe, Schottkyjev element prestaje da drži električnu struju i prema tome se pretvara iz poluvodiča u provodnik;
2. Kada dođe do prekida u diodnom mostu ili samom diodnom elementu, protok električne struje u potpunosti prestaje.

Vrijedi napomenuti da se u takvim incidentima neće vidjeti ni dim ni miris paljevine, stoga će se sve diode morati provjeriti, a najbolje je kontaktirati specijalizirane radionice.

Schottky dioda je jednostavan i nepretenciozan, ali u isto vrijeme izuzetno neophodan element u modernoj elektronici, jer je zahvaljujući njoj moguće osigurati nesmetan rad mnogih uređaja i tehničkih proizvoda.

Video

Poluprovodnička dioda, koja koristi efekat barijere kao princip svog rada, nosi ime njemačkog naučnika koji ju je opisao, Waltera Schottkyja.

Bitan! Efekat barijere je ozbiljan uticaj ukupnog prostornog naboja na razvoj pražnjenja u procepu sa oštro neujednačenim poljem.

Dodatne informacije.Što je dioda - elektronički element koji ima nejednaku sposobnost provođenja električne struje, ovisno o njegovom smjeru.

Schottky dioda: princip rada

Schottky ventil se razlikuje od klasičnog tipa po tome što je osnova njegovog rada par poluvodič-metal. Ovaj par se često naziva Schottky barijerom. Ova barijera, pored svoje sposobnosti da provodi električnu energiju u jednom smjeru, slično kao pn spoj, ima nekoliko korisnih svojstava.

Galijum arsenid i silicijum su glavni dobavljači materijala za proizvodnju elektronskih elemenata u industrijskim uslovima. U ređim slučajevima koriste se plemeniti hemijski elementi: platina, paladijum i sl.

Njegov grafički uslovni izraz na električnim kolima ne poklapa se sa klasičnim diodama. Oznake elektronskih komponenti su slične. Postoje i dvostruke diode u obliku sklopa.

Bitan! Dvostruka dioda je par dioda spojenih u zajednički volumen.

Dvostruka dioda s Schottky barijerom

Za dvostruke ventile, izlazi katoda ili anoda su kombinovani. Iz toga slijedi da takav proizvod ima tri kraja. Uobičajeni katodni sklopovi, na primjer, rade tamo gdje su potrebna prekidačka napajanja. Schottky diode sa zajedničkom anodom se koriste mnogo rjeđe.

Diode se nalaze u jednom kućištu i koriste istu tehnologiju proizvodnje za proizvodnju, pa su po skupu parametara poput braće blizanaca. Radna temperatura im je takođe ista, jer... nalaze se u zajedničkom prostoru. Ovo svojstvo značajno smanjuje potrebu za njihovom zamjenom zbog gubitka performansi.

Najvažnija prepoznatljiva svojstva ventila koji se razmatraju su blagi pad napona naprijed (do 0,4 V) u trenutku prijelaza i veliko vrijeme odziva.

Međutim, pomenuti pad napona ima uzak opseg primenjenog napona - ne više od 60 V. I sama ta vrednost je mala, što postavlja prilično uzak opseg primene ovih dioda. Ako napon prijeđe navedenu vrijednost, efekt barijere nestaje i dioda počinje raditi u načinu konvencionalne ispravljačke diode. Obrnuti napon za većinu njih ne prelazi 250 V, međutim, postoje uzorci s obrnutim naponom od 1,2 kV.

Prilikom projektovanja električnih kola, dizajneri često ne ističu Schottky diodu grafički na dijagramima strujnih kola, već u specifikacijama za redosled ukazuju na njenu upotrebu, navodeći je u tipu. Stoga, prilikom naručivanja opreme, morate obratiti posebnu pažnju na to.

Među neugodnostima u radu s ventilima sa Schottky barijerom, potrebno je napomenuti njihovu ekstremnu "nježnost" i netoleranciju na najmanji, čak i vrlo kratkotrajni, višak vrijednosti obrnutog napona. U ovom slučaju jednostavno propadaju i više se ne obnavljaju, što im u poređenju sa silikonskim diodama ne ide u prilog, jer potonji imaju svojstvo samoizlječenja, nakon čega mogu nastaviti raditi kao i obično bez potrebe za zamjenom. Također ne smijemo zaboraviti da obrnuta struja u njima kritično ovisi o stupnju prijelaza. Ako se pojavi značajna obrnuta struja, kvar se ne može izbjeći.

Povećana radna frekvencija zbog niske tranzijentne kapacitivnosti i kratak period oporavka zbog visokih performansi pozitivna su svojstva koja omogućavaju korištenje ovih dioda, na primjer, od strane radio-amatera. Koriste se i na frekvencijama koje dosežu nekoliko stotina kHz, na primjer, u impulsnim ispravljačima. Veliki broj proizvedenih dioda koristi se u mikroelektronici. Trenutni nivo razvoja nauke i industrije omogućava upotrebu nanotehnologije u procesu proizvodnje ventila sa Schottky barijerom. Ventili stvoreni na ovaj način koriste se za shunt tranzistora. Ovo rješenje značajno povećava odziv potonjeg.

Schottky diode u izvorima napajanja

Schottky ventili se često nalaze u računarskim izvorima napajanja. Napon od pet volti daje ozbiljnu struju od desetine ampera, što je rekord za niskonaponske elektroenergetske sisteme. Za ove izvore napajanja koriste se Schottky ventili. U osnovi se koriste dvostruke diode s jednom katodom. Niti jedna visokokvalitetna moderna jedinica za napajanje računara ne može bez takvog sklopa.

Dijagnoza.“Pregorelo” napajanje elektronskog uređaja najčešće znači potrebu zamjene pregorjelog Schottky sklopa. Postoje samo dva razloga za kvar: povećana struja curenja i električni kvar. Kada se pojave opisani uslovi, računar se više ne snabdeva električnom energijom. Odbrambeni mehanizmi su radili. Pogledajmo kako se to događa.

Na ulazu računara nema stalnog napona. Napajanje je potpuno blokirano zaštitom ugrađenom u računar.

Postoji "nerazumljiva" situacija: ventilator za hlađenje počinje raditi, a zatim opet nestaje karakteristična buka. To znači da se napon na ulazu računara (izlazu napajanja) pojavljuje i nestaje. One. Zaštita se bavi periodičnim greškama, ali se ne žuri da potpuno blokira izvor. Imate li neprijatan miris iz vrućeg bloka? Diodni blok definitivno treba zamijeniti. Druga metoda kućne dijagnostike: kada je CPU opterećenje bilo veliko, napajanje se isključilo samo od sebe. Ovo je znak curenja.

Nakon popravka napajanja povezanog sa zamjenom dvostrukih Schottky dioda, potrebno je „zvoniti“ tranzistore. U obrnutom postupku, diode također zahtijevaju provjeru. Ovo pravilo posebno vrijedi ako je uzrok popravke curenje.

Provjera Šotkijevih dioda

Kućni multimetar radi dobar posao testiranja bilo koje vrste diode s Schottky barijerom. Metoda testiranja je vrlo slična provjeri obične diode. Međutim, postoje neke tajne. Posebno je teško ispravno provjeriti elektroničku komponentu s curenjem. Prvo, diodni sklop se mora ukloniti iz kruga. Za to će vam trebati lemilica. Ako je dioda slomljena, tada će otpor blizu nule u svim mogućim načinima rada ukazivati ​​na njegovu nefunkcionalnost. U smislu fizičkih procesa, ovo liči na zatvaranje.

„Kurenje“ je teže dijagnosticirati. Najčešći multimetar za javnost je dt-830; u većini slučajeva mjerenja u položaju “diode” neće otkriti problem. Kada se regulator pomeri u položaj „ommetar“, omski otpor će ići u beskonačnost. Takođe, uređaj ne bi trebalo da ukazuje na prisustvo omskog otpora. U suprotnom je potrebna zamjena.

Schottky diode su uobičajene u električnoj i radio elektronici. Opseg njihove upotrebe je širok, uključujući prijemnike alfa zračenja i razne svemirske letjelice.

Video