توضیحات دیود شاتکی دیود شاتکی چیست - شرح مفصلی از نیمه هادی

دیودهای شاتکی یا به طور دقیق تر دیودهای مانع شاتکی، دستگاه های نیمه هادی هستند که بر اساس تماس فلز-نیمه هادی ساخته می شوند، در حالی که دیودهای معمولی از یک اتصال نیمه هادی p-n استفاده می کنند.

دیود شاتکی نام و ظهور خود را در الکترونیک مدیون فیزیکدان و مخترع آلمانی والتر شاتکی است که در سال 1938 هنگام مطالعه اثر مانع تازه کشف شده، نظریه قبلی ارائه شده را تأیید کرد که بر اساس آن اگرچه گسیل الکترون از یک فلز توسط یک مانع پتانسیل جلوگیری می شود، اما به عنوان میدان الکتریکی خارجی اعمال شده، این مانع کاهش می یابد. والتر شاتکی این اثر را که در آن زمان اثر شاتکی نامیده شد، به افتخار این دانشمند کشف کرد.

با بررسی تماس بین یک فلز و یک نیمه هادی، می توان دریافت که اگر در نزدیکی سطح نیمه هادی، ناحیه ای خالی از حامل های اصلی وجود داشته باشد، آنگاه در ناحیه تماس این نیمه هادی با فلز در کنار نیمه هادی، منطقه ای از بار فضایی پذیرندگان و اهداکنندگان یونیزه تشکیل می شود و یک تماس مسدود کننده ایجاد می شود - همان مانع شاتکی. در چه شرایطی این مانع ایجاد می شود؟ جریان انتشار ترمیونی از سطح جسم جامد با معادله ریچاردسون تعیین می شود:

اجازه دهید شرایطی ایجاد کنیم که وقتی یک نیمه هادی، به عنوان مثال نوع n، با یک فلز تماس پیدا می کند، تابع کار ترمودینامیکی الکترون های فلز بیشتر از تابع کار ترمودینامیکی الکترون های نیمه هادی باشد. در چنین شرایطی، مطابق با معادله ریچاردسون، جریان انتشار ترمیونی از سطح نیمه هادی بیشتر از جریان انتشار گرمایی از سطح فلز خواهد بود:

در لحظه اولیه زمان، با تماس مواد نامبرده، جریان از نیمه هادی به فلز از جریان معکوس (از فلز به نیمه هادی) فراتر می رود، در نتیجه بارهای فضایی در نزدیکی شروع به تجمع می کنند. - نواحی سطحی هر دو نیمه هادی و فلز - مثبت در نیمه هادی و منفی در نیمه هادی. یک میدان الکتریکی تشکیل شده توسط این بارها در ناحیه تماس ایجاد می شود و مناطق انرژی خم می شوند.

تحت تأثیر میدان، تابع کار ترمودینامیکی برای نیمه هادی افزایش می یابد، و افزایش تا زمانی رخ می دهد که توابع کار ترمودینامیکی و جریان های انتشار ترمیونی مربوطه در رابطه با سطح در ناحیه تماس برابر شوند.

تصویر انتقال به حالت تعادل با تشکیل یک مانع پتانسیل برای یک نیمه هادی نوع p و یک فلز مشابه مثال در نظر گرفته شده با یک نیمه هادی نوع n و یک فلز است. نقش ولتاژ خارجی تنظیم ارتفاع مانع پتانسیل و شدت میدان الکتریکی در ناحیه بار فضایی نیمه هادی است.

شکل بالا نمودارهای نواری مراحل مختلف تشکیل سد شاتکی را نشان می دهد. تحت شرایط تعادلی در ناحیه تماس، جریان های انتشار ترمیونی تراز شده است و در نتیجه اثر میدان، یک مانع بالقوه ایجاد شده است که ارتفاع آن برابر است با اختلاف توابع کار ترمودینامیکی: φк = ФМе - Фп. /п.

در هنگام مونتاژ منابع تغذیه و مبدل های ولتاژ برای تقویت کننده های خودرو، اغلب در اصلاح جریان از ترانسفورماتور مشکلی ایجاد می شود. دستیابی به دیودهای پالسی قدرتمند یک مشکل کاملا جدی است، بنابراین تصمیم گرفتم مقاله ای را منتشر کنم که لیست کامل و پارامترهای دیودهای قدرتمند شاتکی را ارائه می دهد. چند وقت پیش من شخصا با رکتیفایر مبدل آمپلی فایر ماشین مشکل داشتم. مبدل بسیار قدرتمند است (500-600 وات)، فرکانس ولتاژ خروجی 60 کیلوهرتز است، هر دیود معمولی که در سطل زباله قدیمی یافت شود بلافاصله مانند یک کبریت می سوزد. تنها گزینه موجود در آن زمان KD213A داخلی بود. دیودها بسیار خوب هستند، آنها تا 10 آمپر را نگه می دارند، فرکانس کاری در 100 کیلوهرتز است، اما آنها همچنین تحت بار بسیار گرم می شوند.

در واقع، دیودهای قدرتمند را می توان تقریباً در همه افراد یافت. منبع تغذیه کامپیوتر منبع تغذیه ای است که کل کامپیوتر را تغذیه می کند. به عنوان یک قاعده، آنها با توان 200 وات تا 1 کیلو وات یا بیشتر ساخته می شوند، و از آنجایی که کامپیوتر از انرژی تغذیه می کند، به این معنی است که منبع تغذیه باید یکسو کننده داشته باشد. منابع تغذیه مدرن از مجموعه های دیود شاتکی قدرتمند برای تصحیح ولتاژ استفاده می کنند - آنها دارای حداقل افت ولتاژ در طول انتقال و توانایی کار در مدارهای پالسی هستند، جایی که فرکانس کاری بسیار بالاتر از شبکه 50 هرتز است. اخیراً آنها چندین منبع تغذیه را به صورت رایگان آورده اند، که از آنجا دیودها برای این بررسی کوتاه حذف شدند. در منابع تغذیه رایانه می توانید مجموعه های دیود مختلفی پیدا کنید؛ تقریباً هیچ دیود منفردی در اینجا وجود ندارد - در یک مورد دو دیود قدرتمند وجود دارد که اغلب (تقریباً همیشه) با یک کاتد مشترک وجود دارد. در اینجا به برخی از آنها اشاره می کنیم:

D83-004 (ESAD83-004)- مونتاژ قدرتمند دیودهای شاتکی، ولتاژ معکوس 40 ولت، جریان مجاز 30 آمپر، در حالت پالس تا 250 آمپر - شاید یکی از قوی ترین دیودهایی که در منابع تغذیه رایانه یافت می شود.

STPS3045CW- دیود دوگانه شاتکی، جریان اصلاح شده 15 آمپر، ولتاژ جلو 570 میلی ولت، جریان نشتی معکوس 200uA، ولتاژ معکوس ثابت 45 ولت.

دیودهای اولیه شاتکی که در منابع تغذیه یافت می شوند

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

همچنین مجموعه های دیود خانگی مدرن برای جریان بالا وجود دارد. در اینجا علائم و نمودار داخلی آنها آمده است:

نیز تولید شده است ، که می تواند به عنوان مثال در منابع تغذیه تقویت کننده های لوله و سایر تجهیزات با افزایش منبع تغذیه استفاده شود. لیست در زیر آورده شده است:

دیودهای برق شاتکی با ولتاژ بالا تا 1200 ولت

اگرچه استفاده از دیودهای شاتکی در یکسو کننده های قدرتمند ولتاژ پایین با ولتاژ خروجی چند ده ولت در فرکانس های سوئیچینگ بالا ترجیح داده می شود.

دیود شاتکی نوع دیگری از دیودهای نیمه هادی معمولی است که ویژگی متمایز آن افت ولتاژ پایین آن هنگام اتصال مستقیم است. نام خود را به افتخار فیزیکدان و مخترع آلمانی والتر شاتکی دریافت کرد. این دیودها به جای اتصال p-n از یک اتصال فلز-نیمه هادی به عنوان یک مانع بالقوه استفاده می کنند. ولتاژ معکوس مجاز دیودهای شاتکی معمولاً حدود 1200 ولت است، به عنوان مثال CSD05120 و آنالوگ های آن؛ در عمل از آنها در مدارهای ولتاژ پایین با ولتاژ معکوس تا چند ده ولت استفاده می شود.

در نمودارهای مدار، آنها تقریباً مانند یک دیود مشخص شده اند، شکل بالا را ببینید، اما با تفاوت های گرافیکی جزئی؛ علاوه بر این، دیودهای دوگانه شاتکی بسیار رایج هستند.

یک دیود دوگانه شاتکی دو عنصر مجزا است که در یک محفظه مشترک مونتاژ شده و پایانه های کاتدها یا آندهای این اجزا با هم ترکیب شده اند. بنابراین، یک دیود دوگانه، معمولا سه پایانه. در منابع تغذیه سوئیچینگ و کامپیوتر اغلب می توانید دیودهای دوگانه شاتکی را با یک کاتد مشترک مشاهده کنید.

از آنجایی که هر دو دیود در یک محفظه واحد قرار می گیرند و با استفاده از یک فرآیند تکنولوژیکی مونتاژ می شوند، پارامترهای فنی آنها تقریباً یکسان است. با چنین قرارگیری در یک مورد، در حین کار آنها در یک رژیم دمایی قرار می گیرند و این یکی از عوامل اصلی افزایش قابلیت اطمینان دستگاه به طور کلی است.

مزایای

افت ولتاژ روی دیود در صورت اتصال مستقیم فقط 0.2-0.4 ولت است، در حالی که در دیودهای سیلیکونی معمولی این پارامتر 0.6-0.7 ولت است. چنین افت ولتاژ کم در یک نیمه هادی، هنگامی که مستقیماً متصل می شود، تنها مشخصه دیودهای شاتکی با ولتاژ معکوس حداکثر ده ها ولت است، اما اگر سطح ولتاژ اعمال شده افزایش یابد، افت ولتاژ در سراسر دیود شاتکی در حال حاضر قابل مقایسه است. یک دیود سیلیکونی، که استفاده از دیودهای شاتکی را در الکترونیک مدرن به شدت محدود می کند.
از نظر تئوری، هر دیود شاتکی می تواند ظرفیت مانع کم داشته باشد. عدم وجود یک اتصال کلاسیک صریح p-n به فرد اجازه می دهد تا فرکانس کاری دستگاه را به میزان قابل توجهی افزایش دهد. این پارامتر کاربرد گسترده ای در تولید مدارهای مجتمع پیدا کرده است، جایی که دیودهای شاتکی از انتقال ترانزیستورهای مورد استفاده به عنوان عناصر منطقی عبور می کنند. در الکترونیک قدرت، پارامتر دیگری از دیودهای شاتکی مهم است، یعنی زمان بازیابی کم، استفاده از یکسو کننده های قدرت را در فرکانس های صدها کیلوهرتز و بالاتر ممکن می سازد. به عنوان مثال، مولفه رادیویی MBR4015 (15 ولت و 40 آمپر) برای اصلاح ولتاژ RF استفاده می شود و زمان بازیابی آن تنها 10 کیلو ولت بر ثانیه است.
با توجه به ویژگی های مثبت ذکر شده در بالا، یکسو کننده های ساخته شده بر روی دیودهای شاتکی با سطح تداخل کمتری با یکسو کننده های روی دیودهای استاندارد متفاوت هستند، به همین دلیل است که از آنها در منابع تغذیه ثانویه آنالوگ استفاده می شود.

موارد منفی

در صورت افزایش کوتاه مدت سطح ولتاژ معکوس مجاز، دیود شاتکی بر خلاف دیودهای سیلیکونی معمولی از کار می افتد که به سادگی وارد حالت شکست برگشت پذیر می شوند، مشروط بر اینکه اتلاف توان کریستال از مقادیر مجاز تجاوز نکند. پس از کاهش ولتاژ، دیود به طور کامل ویژگی های خود را بازیابی می کند.
دیودهای شاتکی با مقادیر بالاتر جریان های معکوس مشخص می شوند که با افزایش دمای کریستال افزایش می یابد و در صورت شرایط نامناسب عملکرد سینک حرارتی هنگام کار با جریان های بالا، منجر به شکست حرارتی جزء رادیویی می شود.

همانطور که در بالا اشاره کردم، دیودهای شاتکی به طور فعال در منابع تغذیه کامپیوتر و تنظیم کننده های ولتاژ سوئیچینگ استفاده می شود. آنها در قسمت های ولتاژ پایین و جریان بالا مدار یو پی اس کامپیوتر + 3.3 ولت و + 5.0 ولت استفاده می شوند. متداول ترین آنها دیودهای دوگانه با یک کاتد مشترک هستند. استفاده از دیودهای دوگانه است که نشانه کیفیت بالا محسوب می شود.

دیود شاتکی سوخته یکی از رایج ترین عیب هاست. یک دیود می تواند دو حالت غیر کاری داشته باشد: خرابی الکتریکی و نشت به بدن. در هر یک از این شرایط، یو پی اس به دلیل مدار محافظ داخلی مسدود می شود.

در صورت خرابی الکتریکی، تمام ولتاژهای ثانویه در منبع تغذیه وجود ندارد. در صورت نشتی، فن منبع تغذیه کامپیوتر ممکن است "انقباض" کند و امواج ولتاژ خروجی ممکن است در خروجی ظاهر شود و به طور دوره ای ناپدید شود. یعنی ماژول حفاظت به صورت دوره ای شلیک می شود، اما مسدود شدن کامل رخ نمی دهد. دیودهای شاتکی در صورتی که رادیاتوری که روی آن وصل شده اند بسیار گرم باشد یا بوی سوختگی شدیدی از آنها به مشام برسد، 100% می سوزند.

باید چند کلمه گفت که هنگام تعمیر یو پی اس پس از تعویض دیودها، به خصوص با مشکوک به نشتی به کیس، باید تمام ترانزیستورهای برق که در حالت سوئیچینگ کار می کنند زنگ بزنید. و همچنین در مورد تعویض ترانزیستورهای کلیدی، بررسی دیودها اجباری و کاملاً ضروری است.

روش آزمایش دیود شاتکی همانند دیود استاندارد استاندارد است. اما در اینجا نیز تفاوت های کوچکی وجود دارد. آزمایش دیودی از این نوع که قبلاً در مدار لحیم شده است بسیار دشوار است. بنابراین، مجموعه یا عنصر منفرد باید ابتدا برای بازرسی از مدار خارج شود. تعیین یک عنصر کاملا سوراخ شده بسیار آسان است. در تمام محدودیت های اندازه گیری مقاومت، مولتی متر یک مقاومت بی نهایت کم یا اتصال کوتاه را در هر دو جهت نشان می دهد.

بررسی با نشتی مشکوک دشوارتر است. اگر با یک مولتی متر معمولی، به عنوان مثال DT-830 در حالت "دیود" بررسی کنیم، یک قطعه قابل سرویس را مشاهده خواهیم کرد. با این حال، اگر در حالت اهم متر اندازه گیری کنید، مقاومت معکوس در حد "20 کیلو اهم" بی نهایت بزرگ است (1). اگر المان مقداری مقاومت نشان می دهد، مثلاً 5 کیلو اهم، بهتر است این دیود را مشکوک بدانید و آن را با دیودی جایگزین کنید که قطعاً کارکرد دارد. گاهی اوقات بهتر است بلافاصله دیودهای شاتکی را در اتوبوس های +3.3 ولت و + 5.0 ولت در یک یو پی اس کامپیوتر جایگزین کنید.

آنها گاهی اوقات در گیرنده های تابش آلفا و بتا (دزیمتر)، گیره های تشعشع نوترونی، و علاوه بر این، پانل های خورشیدی در انتقال مانع شاتکی مونتاژ می شوند که الکتریسیته را به فضاپیماهایی که گستره های جهان وسیع ما را شخم می زنند، تامین می کنند.

توسعه الکترونیک مستلزم استانداردهای فزاینده بالاتری از قطعات رادیویی است. برای کار در فرکانس های بالا از دیود شاتکی استفاده می شود که در پارامترهای آن نسبت به آنالوگ های سیلیکونی برتری دارد. گاهی اوقات می توانید با نام دیود مانع شاتکی مواجه شوید که در اصل به همین معنی است.

طرح
کوچک سازی
در عمل استفاده کنید

طرح

دیود شاتکی از نظر طراحی با دیودهای معمولی متفاوت است که به جای اتصال p-n از یک نیمه هادی فلزی استفاده می کند. واضح است که خواص در اینجا متفاوت است، یعنی ویژگی ها نیز باید متفاوت باشد.

در واقع، یک فلز نیمه هادی دارای پارامترهای زیر است:

جریان نشتی از اهمیت زیادی برخوردار است.
افت ولتاژ کم در محل اتصال هنگام اتصال مستقیم؛
شارژ را خیلی سریع بازیابی می کند، زیرا ارزش کمی دارد.

دیود شاتکی از موادی مانند آرسنید گالیم، سیلیکون ساخته شده است. بسیار کمتر رایج است، اما همچنین می تواند مورد استفاده قرار گیرد، ژرمانیوم است. انتخاب ماده بستگی به خواصی دارد که باید به دست آید، با این حال، در هر صورت، حداکثر ولتاژ معکوس که این نیمه هادی ها را می توان برای آن تولید کرد، بالاتر از 1200 ولت نیست - اینها بالاترین یکسو کننده های ولتاژ هستند. در عمل، آنها اغلب در ولتاژهای پایین تر استفاده می شوند - 3، 5، 10 ولت.

در نمودار مدار، دیود شاتکی به صورت زیر مشخص شده است:

اما گاهی اوقات می توانید این نام گذاری را ببینید:

این به معنای یک عنصر دوگانه است: دو دیود در یک محفظه با یک آند یا کاتد مشترک، بنابراین عنصر دارای سه پایانه است. منابع تغذیه از چنین طرح هایی با یک کاتد مشترک استفاده می کنند؛ آنها برای استفاده در مدارهای یکسو کننده راحت هستند. اغلب نمودارها علائم یک دیود معمولی را نشان می دهند، اما توضیحات نشان می دهد که این یک دیود شاتکی است، بنابراین باید مراقب باشید.

مجموعه های دیود با مانع شاتکی در سه نوع موجود هستند:

نوع 1 - با کاتد مشترک؛

نوع 2 - با یک آند مشترک.

نوع 3 - طبق طرح دو برابری.

برای صرفه جویی در قبوض برق، خوانندگان ما جعبه پس انداز برق را توصیه می کنند. پرداخت های ماهانه 30 تا 50 درصد کمتر از قبل از استفاده از ذخیره کننده خواهد بود. مولفه راکتیو را از شبکه حذف می کند و در نتیجه بار و در نتیجه مصرف جریان را کاهش می دهد. وسایل برقی برق کمتری مصرف می کنند و هزینه ها کاهش می یابد.

این اتصال به افزایش قابلیت اطمینان عنصر کمک می کند: از این گذشته ، با قرار گرفتن در یک محفظه ، رژیم دمایی یکسانی دارند ، که در صورت نیاز به یکسو کننده های قدرتمند ، به عنوان مثال 10 آمپر ، مهم است.

اما معایبی هم دارد. نکته این است که افت ولتاژ پایین (0.2-0.4 V) چنین دیودهایی در ولتاژهای پایین معمولاً 50-60 ولت ظاهر می شود. در مقادیر بالاتر، آنها مانند دیودهای معمولی رفتار می کنند. اما از نظر جریان، این مدار نتایج بسیار خوبی را نشان می دهد، زیرا اغلب لازم است - به ویژه در مدارهای قدرت و ماژول های قدرت - جریان کاری نیمه هادی ها حداقل 10 آمپر باشد.

یکی دیگر از معایب عمده: برای این دستگاه ها، جریان معکوس نمی تواند حتی برای یک لحظه تجاوز کند. آنها بلافاصله از کار می افتند، در حالی که دیودهای سیلیکونی، اگر دمای آنها بیشتر نشده باشد، خواص خود را بازیابی می کنند.

اما هنوز چیزهای مثبت بیشتری وجود دارد. دیود شاتکی علاوه بر افت ولتاژ پایین، ظرفیت خازن اتصال پایینی نیز دارد. همانطور که می دانید: ظرفیت کمتر - فرکانس بالاتر. چنین دیودی در منابع تغذیه سوئیچینگ، یکسو کننده ها و مدارهای دیگر با فرکانس چند صد کیلوهرتز کاربرد پیدا کرده است.

مشخصه جریان-ولتاژ چنین دیودی ظاهری نامتقارن دارد. هنگامی که ولتاژ رو به جلو اعمال می شود، واضح است که جریان به صورت تصاعدی افزایش می یابد و هنگامی که ولتاژ معکوس اعمال می شود، جریان به ولتاژ بستگی ندارد.

همه اینها را می توان توضیح داد اگر بدانید که اصل عملکرد این نیمه هادی بر اساس حرکت حامل های اصلی - الکترون ها است. به همین دلیل، این دستگاه ها بسیار سریع هستند: آنها فرآیندهای نوترکیبی مشخصه دستگاه هایی با اتصالات p-n ندارند. همه دستگاه‌های دارای ساختار مانع با عدم تقارن ویژگی‌های جریان-ولتاژ مشخص می‌شوند، زیرا این تعداد حامل‌های بار الکتریکی است که وابستگی جریان به ولتاژ را تعیین می‌کند.

کوچک سازی

با توسعه میکروالکترونیک، میکرو مدارهای ویژه و ریزپردازنده های تک تراشه به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفتند. همه اینها استفاده از عناصر آویزان را منتفی نمی کند. با این حال، اگر از عناصر رادیویی با اندازه های معمولی برای این منظور استفاده شود، این ایده کل کوچک سازی را به طور کلی نفی می کند. بنابراین، عناصر قاب باز توسعه داده شد - اجزای SMD، که 10 بار یا بیشتر از قطعات معمولی کوچکتر هستند. مشخصات جریان-ولتاژ چنین قطعاتی هیچ تفاوتی با ویژگی های جریان-ولتاژ دستگاه های معمولی ندارد و ابعاد کاهش یافته آنها امکان استفاده از چنین قطعات یدکی را در ریز مونتاژهای مختلف ممکن می سازد.

قطعات SMD در اندازه های مختلفی وجود دارند. SMD سایز 1206 برای لحیم کاری دستی مناسب است سایز 3.2 در 1.6 میلی متر دارند که به شما امکان لحیم کاری را می دهد. سایر عناصر SMD مینیاتوری تر هستند و در کارخانه با تجهیزات ویژه مونتاژ می شوند و لحیم کاری آنها در خانه غیرممکن است.

اصل عملکرد یک جزء smd نیز با همتای بزرگ خود تفاوتی ندارد و اگر مثلاً مشخصه جریان-ولتاژ یک دیود را در نظر بگیریم، برای نیمه هادی ها با هر اندازه ای به همان اندازه مناسب خواهد بود. محدوده جریان از 1 تا 10 آمپر است. علامت گذاری روی کیس اغلب از یک کد دیجیتالی تشکیل شده است که رمزگشایی آن در جداول ویژه آورده شده است. آنها را می توان با استفاده از یک تستر از نظر مناسب بودن، درست مانند همتایان بزرگترشان، آزمایش کرد.

در عمل استفاده کنید

یکسو کننده های شاتکی در منابع تغذیه سوئیچینگ، تثبیت کننده های ولتاژ، یکسو کننده های سوئیچینگ استفاده می شود. بیشترین جریان - 10 آمپر یا بیشتر - ولتاژهای 3.3 و 5 ولت است. در چنین مدارهای برق ثانویه است که اغلب از دستگاه های Schottky استفاده می شود. برای تقویت مقادیر جریان، آنها را در یک مدار با یک آند یا کاتد مشترک به هم متصل می کنند. اگر هر یک از دیودهای دوگانه 10 آمپر درجه بندی شوند، حاشیه ایمنی قابل توجهی دریافت خواهید کرد.

یکی از رایج ترین خرابی های ماژول های برق سوئیچینگ، خرابی همین دیودها است. به عنوان یک قاعده، آنها یا به طور کامل از بین می روند یا نشت می کنند. در هر دو حالت، دیود معیوب باید تعویض شود، سپس ترانزیستورهای قدرت باید با مولتی متر بررسی شوند و ولتاژ تغذیه نیز اندازه گیری شود.

تست و قابلیت تعویض

یکسو کننده های شاتکی را می توان به همان روش نیمه هادی های معمولی آزمایش کرد، زیرا آنها ویژگی های مشابهی دارند. شما باید آن را در هر دو جهت با یک مولتی متر حلقه کنید - باید خود را به همان روشی که یک دیود معمولی نشان می دهد: آند-کاتد، و نباید نشتی داشته باشد. اگر حتی یک مقاومت جزئی را نشان دهد - 2-10 کیلو اهم، این قبلاً دلیلی برای سوء ظن است.

یک دیود با یک آند یا کاتد مشترک را می توان مانند دو نیمه هادی معمولی که به هم متصل شده اند آزمایش کرد. به عنوان مثال، اگر آند مشترک باشد، یک پا از سه خواهد بود. یک پروب تستر را روی آند قرار می دهیم، پایه های دیگر دیودهای مختلف هستند و یک پروب دیگر روی آنها قرار می گیرد.

آیا می توان آن را با نوع دیگری جایگزین کرد؟ در برخی موارد، دیودهای شاتکی با دیودهای ژرمانیوم معمولی جایگزین می شوند. به عنوان مثال، D305 در جریان 10 آمپر فقط 0.3 ولت افت می کند و در جریان های 2-3 آمپر معمولاً می توان آنها را بدون رادیاتور نصب کرد. اما هدف اصلی از نصب Schottky یک افت کوچک نیست، بلکه ظرفیت کم است، بنابراین جایگزینی همیشه امکان پذیر نخواهد بود.

همانطور که می بینیم، الکترونیک ثابت نمی ماند، و کاربردهای بیشتر دستگاه های پرسرعت تنها افزایش می یابد و امکان توسعه سیستم های جدید و پیچیده تر را فراهم می کند.

به خانواده بزرگ دیودهای نیمه هادی که به نام دانشمندانی که این اثر غیرعادی را کشف کرده اند، نامگذاری شده است، می توانیم یکی دیگر را اضافه کنیم. این دیود شاتکی است.

فیزیکدان آلمانی، والتر شوتکا، به اصطلاح اثر مانع را که با فناوری خاصی برای ایجاد انتقال فلز-نیمه هادی رخ می دهد، کشف و مطالعه کرد.

ویژگی اصلی دیود شاتکی این است که بر خلاف دیودهای معمولی مبتنی بر اتصال pn، از یک اتصال فلزی نیمه هادی استفاده می کند که به آن مانع شاتکی نیز می گویند. این مانع، درست مانند اتصال pn نیمه هادی، دارای خاصیت رسانایی الکتریکی یک طرفه و تعدادی ویژگی متمایز است.

مواد مورد استفاده برای ساخت دیودهای مانع شاتکی عمدتاً سیلیکون (Si) و آرسنید گالیم (GaAs) و همچنین فلزاتی مانند طلا، نقره، پلاتین، پالادیوم و تنگستن هستند.

در نمودارهای مدار، یک دیود شاتکی به این صورت نشان داده شده است.

همانطور که می بینید، تصویر آن تا حدودی با تعیین یک دیود نیمه هادی معمولی متفاوت است.

علاوه بر این نامگذاری، در نمودارها می توانید تصویری از یک دیود دوگانه شاتکی (مجموعه) را نیز بیابید.

دیود دوگانه دو دیود است که در یک محفظه مشترک نصب شده اند. پایانه های کاتد یا آند آنها با هم ترکیب می شوند. بنابراین، چنین مجموعه ای، به عنوان یک قاعده، دارای سه خروجی است. منابع تغذیه سوئیچینگ معمولاً از مجموعه های کاتدی معمولی استفاده می کنند.

از آنجایی که دو دیود در یک محفظه قرار می گیرند و در یک فرآیند تکنولوژیکی ساخته می شوند، پارامترهای آنها بسیار نزدیک است. از آنجایی که آنها در یک محفظه قرار می گیرند، شرایط دمایی آنها یکسان است. این باعث افزایش قابلیت اطمینان و عمر مفید عنصر می شود.

دیودهای شاتکی دو ویژگی مثبت دارند: افت ولتاژ رو به جلو بسیار کم (0.2-0.4 ولت) در محل اتصال و عملکرد بسیار بالا.

متأسفانه، چنین افت ولتاژ کوچکی زمانی رخ می دهد که ولتاژ اعمال شده بیشتر از 50-60 ولت نباشد. با افزایش بیشتر، دیود شاتکی مانند یک دیود یکسو کننده سیلیکونی معمولی رفتار می کند. حداکثر ولتاژ معکوس برای Schottky معمولاً از 250 ولت تجاوز نمی کند، اگرچه در فروش می توانید نمونه هایی با 1.2 کیلو ولت (VS-10ETS12-M3) پیدا کنید.

بنابراین، دیود شاتکی دوگانه (یکسو کننده شاتکی) 60CPQ150طراحی شده برای حداکثر ولتاژ معکوس 150 ولت و هر یک از دیودهای مجموعه قادر به عبور 30 آمپر در اتصال مستقیم است!

شما همچنین می توانید نمونه هایی را پیدا کنید که جریان یکسویه نیم چرخه آنها حداکثر به 400A برسد! یک نمونه مدل VS-400CNQ045 است.

اغلب، در نمودارهای مدار، نمایش گرافیکی پیچیده کاتد به سادگی حذف می شود و دیود شاتکی به عنوان یک دیود معمولی نشان داده می شود. و نوع عنصر استفاده شده در مشخصات مشخص شده است.

معایب دیودهای دارای مانع شاتکی شامل این واقعیت است که حتی اگر برای مدت کوتاهی از ولتاژ معکوس فراتر رود، آنها فوراً از کار می افتند و مهمتر از همه، به طور غیر قابل برگشت. در حالی که شیرهای برق سیلیکونی، پس از توقف ولتاژ اضافی، کاملاً خود ترمیم می شوند و به کار خود ادامه می دهند. علاوه بر این، جریان معکوس دیودها بسیار به دمای محل اتصال بستگی دارد. در یک جریان معکوس زیاد، شکست حرارتی رخ می دهد.

علاوه بر سرعت بالا و در نتیجه زمان بازیابی کوتاه، ویژگی های مثبت دیودهای شاتکی شامل ظرفیت اتصال کوچک (موانع) است که به شما امکان می دهد فرکانس کاری را افزایش دهید. این به آنها اجازه می دهد تا در یکسو کننده های پالس در فرکانس های صدها کیلوهرتز استفاده شوند. بسیاری از دیودهای شاتکی کاربرد خود را در میکروالکترونیک یکپارچه پیدا می کنند. دیودهای شاتکی ساخته شده با استفاده از فناوری نانو در مدارهای مجتمع گنجانده شده اند، جایی که اتصالات ترانزیستور را برای بهبود عملکرد دور می زنند.

دیودهای شاتکی از سری 1N581x (1N5817، 1N5818، 1N5819) در تمرین رادیویی آماتور ریشه گرفته اند. همه آنها برای حداکثر جریان رو به جلو طراحی شده اند ( I F(AV)) – 1 آمپر و ولتاژ معکوس ( V RRM) از 20 تا 40 ولت. افت ولتاژ ( V F) در محل اتصال از 0.45 تا 0.55 ولت است. همانطور که قبلا ذکر شد، افت ولتاژ رو به جلو ( افت ولتاژ رو به جلو) برای دیودهای دارای مانع شاتکی بسیار کوچک است.

یکی دیگر از عناصر نسبتاً شناخته شده 1N5822 است. برای جریان رو به جلو 3 آمپر طراحی شده است و در محفظه DO-201AD قرار دارد.

همچنین بر روی تخته های مدار چاپی می توانید دیودهای سری SK12 - SK16 را برای نصب روی سطح پیدا کنید. اندازه آنها بسیار کوچک است. با وجود این، SK12-SK16 می تواند جریان رو به جلو تا 1 آمپر را در ولتاژ معکوس 20 تا 60 ولت تحمل کند. افت ولتاژ پیشرو 0.55 ولت (برای SK12، SK13، SK14) و 0.7 ولت (برای SK15، SK16) است. همچنین در عمل می توانید دیودهای سری SK32 - SK310 را پیدا کنید، به عنوان مثال، SK36که برای جریان مستقیم 3 آمپر طراحی شده است.

کاربرد دیودهای شاتکی در منابع تغذیه

دیودهای شاتکی به طور فعال در منابع تغذیه کامپیوتر و تثبیت کننده های ولتاژ سوئیچینگ استفاده می شود. در بین ولتاژهای تغذیه کم ولتاژ، بیشترین جریان (ده ها آمپر) 3.3+ ولت و 5.0+ ولت است. در این منابع تغذیه ثانویه است که از دیودهای مانع شاتکی استفاده می شود. اغلب از مجموعه های سه ترمینال با یک کاتد مشترک استفاده می شود. استفاده از مجموعه هاست که می توان آن را نشانه ای از منبع تغذیه با کیفیت و تکنولوژیکی پیشرفته دانست.

خرابی دیودهای شاتکی یکی از رایج ترین خطاها در سوئیچینگ منابع تغذیه است. می تواند دو حالت "مرده" داشته باشد: خرابی الکتریکی خالص و نشتی. اگر یکی از این شرایط وجود داشته باشد، منبع تغذیه رایانه با فعال شدن محافظت مسدود می شود. اما این می تواند به طرق مختلف اتفاق بیفتد.

در حالت اول، تمام تنش های ثانویه وجود ندارند. محافظ منبع تغذیه را مسدود کرده است. در حالت دوم، فن "انقباض" می شود و موج های ولتاژ به طور دوره ای ظاهر می شوند و سپس در خروجی منابع تغذیه ناپدید می شوند.

یعنی مدار حفاظتی به صورت دوره ای راه اندازی می شود، اما منبع تغذیه به طور کامل مسدود نشده است. دیودهای شاتکی در صورتی که رادیاتوری که روی آن نصب می شود بسیار داغ باشد تا زمانی که بوی نامطبوع ظاهر شود، تضمین می شود. و آخرین گزینه تشخیصی مربوط به نشت است: هنگامی که بار پردازنده مرکزی در حالت چندبرنامه افزایش می یابد، منبع تغذیه به طور خود به خود خاموش می شود.

باید در نظر داشت که هنگام تعمیر حرفه ای منبع تغذیه، پس از تعویض دیودهای ثانویه، به خصوص با نشتی مشکوک، باید تمام ترانزیستورهای برق را که عملکرد کلیدها را انجام می دهند بررسی کنید و بالعکس: پس از تعویض ترانزیستورهای کلید، بررسی دیودهای ثانویه یک رویه اجباری همیشه باید با این اصل هدایت شود: مشکل به تنهایی به وجود نمی آید.

بررسی دیودهای شاتکی با مولتی متر

می توانید دیود شاتکی را با استفاده از یک مولتی متر تجاری بررسی کنید. این تکنیک مانند هنگام بررسی یک دیود نیمه هادی معمولی با اتصال p-n است. اما در اینجا نیز مشکلاتی وجود دارد. آزمایش دیود نشتی به ویژه دشوار است. اول از همه، برای بررسی دقیق تر، المنت باید از مدار خارج شود. تعیین یک دیود کاملاً شکسته بسیار آسان است. در تمام محدوده های اندازه گیری مقاومت، عنصر معیوب دارای مقاومت بی نهایت کوچک، هم در اتصال رو به جلو و هم در اتصال معکوس خواهد بود. این معادل یک اتصال کوتاه است.

بررسی یک دیود مشکوک به "نشتی" دشوارتر است. اگر با یک مولتی متر DT-830 در حالت "دیود" بررسی کنیم، یک عنصر کاملاً قابل سرویس را مشاهده خواهیم کرد. می توانید مقاومت معکوس آن را با استفاده از اهم متر اندازه گیری کنید. در حد "20 کیلو اهم"، مقاومت معکوس به صورت بی نهایت بزرگ تعریف می شود. اگر دستگاه حداقل مقاومتی، مثلاً 3 کیلو اهم از خود نشان دهد، این دیود باید مشکوک در نظر گرفته شود و با دیود خوب شناخته شده جایگزین شود. جایگزینی کامل دیودهای شاتکی در گذرگاه های برق +3.3 ولت و + 5.0 ولت می تواند تضمینی 100% ارائه دهد.

دیودهای شاتکی در کجای دیگر در الکترونیک استفاده می شوند؟ آنها را می توان در دستگاه های نسبتاً عجیب و غریب مانند گیرنده های تابش آلفا و بتا، آشکارسازهای تشعشعات نوترونی، و اخیراً، پانل های خورشیدی در اتصالات مانع شاتکی مونتاژ شده است. بنابراین، آنها همچنین برق فضاپیماها را تامین می کنند.

دیود نیمه هادی که از اثر مانع به عنوان اصل عملکرد خود استفاده می کند، نام دانشمند آلمانی توصیف کننده آن، والتر شاتکی را یدک می کشد.

مهم!اثر مانع تأثیر جدی بار کل فضایی بر توسعه تخلیه در یک شکاف با میدان شدیدا ناهموار است.

اطلاعات تکمیلی.دیود چیست - یک عنصر الکترونیکی که بسته به جهت آن دارای توانایی نابرابر برای هدایت جریان الکتریکی است.

دیود شاتکی: اصل کار

شیر شاتکی با نوع کلاسیک تفاوت دارد زیرا اساس عملکرد آن یک جفت نیمه هادی-فلز است. این جفت اغلب به عنوان مانع شاتکی شناخته می شود. این مانع علاوه بر قابلیت هدایت الکتریسیته در یک جهت مشابه اتصال pn دارای چندین ویژگی مفید است.

آرسنید گالیم و سیلیکون تامین کنندگان اصلی مواد برای تولید عناصر الکترونیکی در شرایط صنعتی هستند. در موارد نادرتر، از عناصر شیمیایی گرانبها استفاده می شود: پلاتین، پالادیوم و موارد مشابه.

بیان شرطی گرافیکی آن در مدارهای الکتریکی با دیودهای کلاسیک منطبق نیست. علامت گذاری قطعات الکترونیکی مشابه است. همچنین دیودهای دوتایی به شکل مونتاژ وجود دارد.

مهم!دیود دوتایی یک جفت دیود است که در یک حجم مشترک ترکیب شده اند.

دیود مانع دوگانه شاتکی

برای شیرهای دوگانه، خروجی کاتدها یا آندها با هم ترکیب می شوند. نتیجه این است که چنین محصولی دارای سه انتهای است. برای مثال، مجموعه‌های کاتدی معمولی، در جایی کار می‌کنند که به منابع تغذیه سوئیچینگ نیاز است. دیودهای شاتکی با آند مشترک بسیار کمتر مورد استفاده قرار می گیرند.

دیودها در یک محفظه قرار دارند و از فناوری تولید یکسانی برای ساخت خود استفاده می کنند، بنابراین از نظر مجموعه پارامترهای خود مانند برادران دوقلو هستند. دمای عملکرد آنها نیز یکسان است، زیرا ... در یک فضای مشترک هستند. این خاصیت به دلیل از دست دادن کارایی نیاز به تعویض آنها را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد.

مهمترین ویژگی متمایز دریچه های مورد بررسی افت ولتاژ رو به جلو (تا 0.4 ولت) در لحظه انتقال و زمان پاسخ بالا است.

با این حال، افت ولتاژ ذکر شده دارای محدوده باریکی از ولتاژ اعمال شده است - نه بیشتر از 60 ولت. و این مقدار خود کوچک است، که محدوده نسبتاً باریکی از کاربردها را برای این دیودها تعیین می کند. اگر ولتاژ از مقدار مشخص شده بیشتر شود، اثر مانع ناپدید می شود و دیود در حالت دیود یکسو کننده معمولی شروع به کار می کند. ولتاژ معکوس برای اکثر آنها از 250 ولت فراتر نمی رود، با این حال، نمونه هایی با ولتاژ معکوس 1.2 کیلو ولت وجود دارد.

هنگام طراحی مدارهای الکتریکی، طراحان اغلب دیود شاتکی را به صورت گرافیکی روی نمودارهای مدار برجسته نمی کنند، اما در مشخصات سفارش، کاربرد آن را نشان می دهند و نوع آن را مشخص می کنند. بنابراین، هنگام سفارش تجهیزات، باید به این موضوع توجه زیادی داشته باشید.

در میان ناراحتی های کار با شیرهای دارای مانع شاتکی، لازم است به "لطافت" شدید و عدم تحمل آنها به کوچکترین، حتی بسیار کوتاه مدت، بیش از حد ولتاژ معکوس توجه شود. در این مورد، آنها به سادگی از کار می افتند و دیگر بازسازی نمی شوند، که در مقایسه با دیودهای سیلیکونی، به نفع آنها نیست، زیرا دومی دارای خاصیت خود درمانی هستند، پس از آن می توانند بدون نیاز به جایگزینی، به طور معمول به کار خود ادامه دهند. همچنین نباید فراموش کنیم که جریان معکوس در آنها به شدت به درجه انتقال بستگی دارد. اگر جریان معکوس قابل توجهی ظاهر شود، نمی توان از خرابی جلوگیری کرد.

افزایش فرکانس کاری به دلیل ظرفیت گذرا کم و دوره بازیابی کوتاه به دلیل عملکرد بالا، ویژگی‌های مثبتی هستند که به این دیودها اجازه می‌دهند، برای مثال، توسط آماتورهای رادیویی استفاده شوند. آنها همچنین در فرکانس هایی که به چند صد کیلوهرتز می رسند، به عنوان مثال، در یکسو کننده های پالسی استفاده می شوند. تعداد زیادی از دیودهای تولید شده در میکروالکترونیک استفاده می شود. سطح فعلی توسعه علم و صنعت امکان استفاده از فناوری نانو را در فرآیند تولید شیرهای با مانع شاتکی فراهم می کند. دریچه های ایجاد شده در این روش برای شنت ترانزیستورها استفاده می شوند. این راه حل به طور قابل توجهی پاسخ دومی را افزایش می دهد.

دیودهای شاتکی در منابع تغذیه

شیرهای شاتکی اغلب در منابع تغذیه کامپیوتر قرار دارند. ولتاژ پنج ولت جریان جدی ده ها آمپر را فراهم می کند که یک رکورد برای سیستم های برق کم ولتاژ است. برای این منبع تغذیه از شیرهای شاتکی استفاده می شود. اصولاً از دیودهای دوگانه با یک کاتد استفاده می شود. هیچ واحد منبع تغذیه رایانه مدرن با کیفیت بالا نمی تواند بدون چنین مونتاژی کار کند.

تشخیص.یک واحد منبع تغذیه "سوخته" یک دستگاه الکترونیکی اغلب به معنای نیاز به تعویض مجموعه شاتکی سوخته است. تنها دو دلیل برای خرابی وجود دارد: افزایش جریان نشتی و خرابی الکتریکی. هنگامی که شرایط توصیف شده رخ می دهد، برق دیگر به کامپیوتر عرضه نمی شود. مکانیسم های دفاعی کار کردند. بیایید ببینیم چگونه این اتفاق می افتد.

هیچ ولتاژی در ورودی کامپیوتر به طور ثابت وجود ندارد. منبع تغذیه کاملاً توسط محافظ تعبیه شده در رایانه مسدود شده است.

یک وضعیت "غیرقابل درک" وجود دارد: فن خنک کننده شروع به کار می کند، سپس دوباره صدای مشخصه ناپدید می شود. این بدان معنی است که ولتاژ در ورودی کامپیوتر (خروجی منبع تغذیه) ظاهر می شود و ناپدید می شود. آن ها محافظ خطاهای دوره ای را کنترل می کند، اما عجله ای برای مسدود کردن کامل منبع ندارد. آیا بوی نامطبوعی از یک بلوک داغ دارید؟ بلوک دیود قطعا نیاز به تعویض دارد. روش دیگر تشخیص خانگی: وقتی بار CPU سنگین بود، منبع تغذیه خود به خود خاموش می شد. این نشانه نشتی است.

پس از تعمیر منبع تغذیه مرتبط با جایگزینی دیودهای دوگانه شاتکی، لازم است ترانزیستورها "زنگ" شوند. در روش معکوس، دیودها نیز نیاز به بررسی دارند. این قانون به ویژه در صورتی صادق است که علت تعمیر نشتی باشد.

بررسی دیودهای شاتکی

یک مولتی متر خانگی برای آزمایش هر نوع دیود مانع شاتکی به خوبی کار می کند. روش تست بسیار شبیه به بررسی یک دیود معمولی است. با این حال، رازهایی وجود دارد. بررسی صحیح یک قطعه الکترونیکی با نشتی به ویژه دشوار است. ابتدا مجموعه دیود باید از مدار خارج شود. برای این کار به یک آهن لحیم کاری نیاز دارید. اگر دیود شکسته شود، مقاومت نزدیک به صفر در تمام حالت های عملیاتی ممکن نشان دهنده عدم عملکرد آن است. از نظر فرآیندهای فیزیکی، این شبیه به یک بسته شدن است.

تشخیص "نشت" دشوارتر است. رایج ترین مولتی متر برای عموم dt-830 است؛ در اکثر موارد، اندازه گیری در موقعیت "دیود" مشکلی را تشخیص نمی دهد. هنگامی که تنظیم کننده به موقعیت "اهم متر" منتقل می شود، مقاومت اهمی تا بی نهایت خواهد رفت. همچنین دستگاه نباید وجود مقاومت اهمی را نشان دهد. در غیر این صورت تعویض لازم است.

دیودهای شاتکی در الکترونیک و الکترونیک رادیویی رایج هستند. دامنه استفاده از آنها گسترده است، از جمله گیرنده های تشعشع آلفا و فضاپیماهای مختلف.

ویدئو

در نمودارهای مدار، یک دیود شاتکی به این صورت نشان داده شده است.

همانطور که می بینید، تصویر آن تا حدودی با تعیین یک دیود نیمه هادی معمولی متفاوت است.

علاوه بر این نامگذاری، در نمودارها می توانید تصویری از یک دیود دوگانه شاتکی (مجموعه) را نیز بیابید.

دیودهای شاتکی دو ویژگی مثبت دارند: افت ولتاژ رو به جلو بسیار کم (0.2-0.4 ولت) در محل اتصال و عملکرد بسیار بالا.

یکی دیگر از عناصر نسبتاً شناخته شده 1N5822 است. برای جریان رو به جلو 3 آمپر طراحی شده است و در محفظه DO-201AD قرار دارد.

کاربرد دیودهای شاتکی در منابع تغذیه

بررسی دیودهای شاتکی با مولتی متر

می توانید دیود شاتکی را با استفاده از یک مولتی متر تجاری بررسی کنید. این تکنیک مانند آزمایش یک دیود نیمه هادی معمولی با اتصال p-n است. اما در اینجا نیز مشکلاتی وجود دارد. آزمایش دیود نشتی به ویژه دشوار است. اول از همه، برای بررسی دقیق تر، المنت باید از مدار خارج شود. تعیین یک دیود کاملاً شکسته بسیار آسان است. در تمام محدوده های اندازه گیری مقاومت، عنصر معیوب دارای مقاومت بی نهایت کوچک، هم در اتصال رو به جلو و هم در اتصال معکوس خواهد بود. این معادل یک اتصال کوتاه است.

بسیاری از دانشمندان بزرگ خواص پیوند p-n را مطالعه کرده اند. همانطور که ممکن است حدس زده باشید، این یک دیود معمولی است که در هر مدار الکترونیکی قابل مشاهده است. در زمان اختراع، عنصری بود که انقلابی واقعی ایجاد کرد و همه ایده‌ها را در مورد آینده الکترونیک تغییر داد. همچنین فناوری تولید آن نیز بی تاثیر نبود. دیود زنر و گان ظاهر شد. دیود شاتکی نیز اختراع شد

خواص جالبی دارد استفاده از آن در الکترونیک به اندازه «برادران» معروفش هیجان انگیز نبود. خواص ویژه این عنصر قبلاً در مدارهای بسیار تخصصی مورد استفاده قرار می گرفت و کاربرد گسترده ای پیدا نمی کرد. جالبتر این است که اخیراً از دیود شاتکی به عنوان عنصر اصلی در منابع تغذیه سوئیچینگ استفاده می شود. تقریباً در تمام لوازم خانگی الکترونیکی کار می کند: تلویزیون، ضبط صوت، رایانه های شخصی، لپ تاپ و غیره.

خواص ویژه دستگاه در افت ولتاژ پایین در اتصال p-n آشکار می شود. از 0.4 ولت تجاوز نمی کند. یعنی از نظر این پارامتر تا حد امکان به عنصر ایده آل مورد استفاده در محاسبات نزدیک است. درست است، در ولتاژ بیش از 50 ولت، این خواص ناپدید می شوند. اما با این وجود، دیود شاتکی شروع به استفاده گسترده در مدارهایی کرد که منبع تغذیه برای چنین مدارهایی از ولتاژ مستقیم 15 ولت تجاوز نمی کرد، که امکان استفاده کامل از خواص این دستگاه را فراهم کرد. این می تواند به عنوان یک عنصر محدود کننده در مدار بازخورد قرار گیرد یا در عملکرد تنظیم کننده ها شرکت کند.

دیود شاتکی علاوه بر ویژگی مهمی مانند اتصال p-n، ظرفیت کمی دارد. این به آن اجازه می دهد تا در مدارهای فرکانس بالا کار کند. خواص تقریبا "ایده آل" این عنصر سیگنال فرکانس بالا را مخدوش نمی کند. به همین دلیل است که آنها شروع به نصب آن در منابع تغذیه سوئیچینگ، دستگاه های ارتباطی و تنظیم کننده ها کردند.

اما علاوه بر ویژگی های مثبت، باید به معایب نیز توجه کرد. دیودهای شاتکی حتی به بیش از حد کوتاه مدت ولتاژ معکوس از مقدار مجاز بسیار حساس هستند. این منجر به شکست عنصر می شود. برخلاف "برادران" سیلیکونی خود، بازسازی نشده است. شکست حرارتی یا به ظهور جریان های نشتی یا "تبدیل" دستگاه به هادی منجر می شود.

اولین نقص منجر به عملکرد ناپایدار کل دستگاه الکترونیکی می شود. پیدا کردن و حذف آن بسیار دشوار است. به عنوان مثال، در مورد خرابی حرارتی، این باعث محافظت از پس از تعویض عنصر معیوب، منبع تغذیه به طور معمول کار می کند.

صنعت مدرن دیودهای شاتکی نسبتاً قدرتمندی تولید می کند. جریان پالس در چنین دستگاه هایی می تواند به 1.2 کیلو آمپر برسد. جریان کار ثابت در برخی از انواع تا 120 A می رسد. چنین دستگاه هایی دارای محدوده جریان گسترده و ویژگی های عملکرد خوب هستند. آنها با موفقیت در لوازم خانگی و الکترونیک صنعتی استفاده می شوند.

بدیهی است که مشخصه جریان-ولتاژ برای مانع شاتکی نامتقارن است. در جهت رو به جلو، با افزایش ولتاژ اعمالی، جریان به صورت تصاعدی افزایش می یابد. در جهت مخالف، جریان به ولتاژ بستگی ندارد. در هر دو مورد، جریان به دلیل الکترون ها به عنوان حاملان بار اصلی است.

بنابراین دیودهای شاتکی سریع عمل می کنند، زیرا فرآیندهای انتشار و نوترکیبی را که به زمان بیشتری نیاز دارند حذف می کنند. وابستگی جریان به ولتاژ با تغییر در تعداد حامل ها همراه است، زیرا این حامل ها در فرآیند انتقال بار شرکت می کنند. ولتاژ خارجی تعداد الکترون هایی را که می توانند از یک طرف سد شاتکی به طرف دیگر حرکت کنند تغییر می دهد.

با توجه به تکنولوژی ساخت و بر اساس اصل کار شرح داده شده، دیودهای شاتکی دارای افت ولتاژ کم در جهت جلو هستند، به طور قابل توجهی کمتر از دیودهای سنتی p-n.

در اینجا، حتی یک جریان اولیه کوچک از طریق ناحیه تماس منجر به انتشار گرما می شود، که سپس به ظاهر حامل های جریان اضافی کمک می کند. در این مورد، هیچ تزریق حامل های شارژ اقلیت وجود ندارد.

بنابراین، دیودهای شاتکی ظرفیت انتشار ندارند، زیرا هیچ حامل اقلیت وجود ندارد، و در نتیجه، عملکرد بسیار بالا در مقایسه با دیودهای نیمه هادی است. نتیجه چیزی شبیه به اتصال p-n نامتقارن تیز است.

بنابراین، اول از همه، دیودهای شاتکی دیودهای مایکروویو برای اهداف مختلف هستند: آشکارساز، اختلاط، انتقال بهمن، پارامتریک، پالس، ضرب. دیودهای شاتکی را می توان به عنوان گیرنده تشعشع، کرنش سنج، آشکارساز تشعشع هسته ای، تعدیل کننده نور و در نهایت یکسو کننده جریان فرکانس بالا استفاده کرد.

تعیین دیود شاتکی در نمودارها

دیودهای شاتکی امروز

امروزه دیودهای شاتکی در دستگاه های الکترونیکی بسیار گسترده شده اند. در نمودارها آنها متفاوت از دیودهای معمولی نشان داده شده اند. اغلب می توانید دیودهای یکسو کننده دوگانه شاتکی را پیدا کنید که در یک بسته سه ترمینال معمولی برای کلیدهای برق ساخته شده اند. چنین طرح های دوتایی شامل دو دیود شاتکی در داخل هستند که توسط کاتد یا آند و اغلب توسط کاتد به هم متصل می شوند.

دیودهای موجود در مجموعه دارای پارامترهای بسیار مشابهی هستند، زیرا هر یک از این مجموعه ها در یک چرخه تکنولوژیکی تولید می شوند و در نتیجه شرایط دمای عملیاتی آنها یکسان است و قابلیت اطمینان آنها به ترتیب بالاتر است. افت ولتاژ رو به جلو بین 0.2 - 0.4 ولت همراه با سرعت بالا (چند نانوثانیه) از مزایای بدون شک دیودهای شاتکی نسبت به همتایان p-n خود هستند.

ویژگی افت ولتاژ پایین مانع شاتکی در دیودها در ولتاژهای اعمال شده تا 60 ولت خود را نشان می دهد، اگرچه عملکرد ثابت باقی می ماند. امروزه، دیودهای شاتکی از نوع 25CTQ045 (برای ولتاژهای تا 45 ولت، برای جریان تا 30 آمپر برای هر جفت دیود در مجموعه) را می توان در بسیاری از منابع تغذیه سوئیچینگ یافت، جایی که آنها به عنوان یکسو کننده برق برای جریان های با فرکانس تا چند صد کیلوهرتز.

غیرممکن است که به موضوع کاستی های دیودهای شاتکی دست نزنید، البته آنها وجود دارند و دو مورد از آنها وجود دارد. اولاً، افزایش کوتاه مدت ولتاژ بحرانی فوراً به دیود آسیب می رساند. ثانیاً، دما به شدت بر حداکثر جریان معکوس تأثیر می گذارد. در دمای اتصال بسیار بالا، دیود حتی زمانی که با ولتاژ نامی کار می کند به سادگی می شکند.

هیچ یک از آماتورهای رادیویی نمی توانند بدون دیودهای شاتکی در تمرین خود انجام دهند. در اینجا می توانیم محبوب ترین دیودها را یادداشت کنیم: 1N5817، 1N5818، 1N5819، 1N5822، SK12، SK13، SK14. این دیودها در دو نسخه سرب و SMD موجود هستند. نکته اصلی که رادیو آماتورها برای آنها ارزش زیادی قائل هستند، عملکرد بالا و افت ولتاژ کم در محل اتصال - حداکثر 0.55 ولت - با قیمت پایین این قطعات است.

این یک برد مدار چاپی کمیاب است که دیودهای شاتکی برای هر منظوری ندارد. در جایی دیود شاتکی به عنوان یکسو کننده کم مصرف برای مدار بازخورد عمل می کند، در جایی به عنوان تثبیت کننده ولتاژ در سطح 0.3 - 0.4 ولت و در جایی یک آشکارساز است.