Popis Schottkyho diódy. Čo je to Schottkyho dióda - podrobný popis polovodiča

Schottkyho diódy, alebo presnejšie Schottkyho bariérové ​​diódy, sú polovodičové zariadenia vyrobené na báze kontaktu kov-polovodič, zatiaľ čo bežné diódy využívajú polovodičový p-n prechod.

Schottkyho dióda vďačí za svoj názov a vzhľad v elektronike nemeckému fyzikovi a vynálezcovi Walterovi Schottkymu, ktorý v roku 1938 pri štúdiu novoobjaveného bariérového efektu potvrdil skôr predloženú teóriu, podľa ktorej je emisia elektrónov z kovu bráni potenciálna bariéra, ale s aplikovaným vonkajším elektrickým poľom sa táto bariéra zníži. Walter Schottky objavil tento efekt, ktorý sa potom nazýval Schottkyho efekt, na počesť vedca.

Pri skúmaní kontaktu medzi kovom a polovodičom možno vidieť, že ak sa v blízkosti povrchu polovodiča nachádza oblasť ochudobnená o hlavné nosiče náboja, potom v oblasti kontaktu tohto polovodiča s kovom na strane polovodiča, vytvorí sa oblasť priestorového náboja ionizovaných akceptorov a donorov a zrealizuje sa blokujúci kontakt - rovnaká Schottkyho bariéra . Za akých podmienok táto bariéra vzniká? Termionický emisný prúd z povrchu pevného telesa je určený Richardsonovou rovnicou:

Vytvorme podmienky, keď pri kontakte polovodiča, napríklad typu n s kovom, by termodynamická pracovná funkcia elektrónov z kovu bola väčšia ako termodynamická pracovná funkcia elektrónov z polovodiča. Za takýchto podmienok, v súlade s Richardsonovou rovnicou, bude termionický emisný prúd z povrchu polovodiča väčší ako termionický emisný prúd z kovového povrchu:

V počiatočnom okamihu, pri kontakte menovaných materiálov, prúd z polovodiča do kovu prekročí spätný prúd (z kovu do polovodiča), v dôsledku čoho sa začnú v blízkosti hromadiť vesmírne náboje. - povrchové oblasti polovodiča aj kovu - kladné v polovodiči a záporné v polovodiči. V oblasti kontaktu vznikne elektrické pole tvorené týmito nábojmi a energetické zóny sa budú ohýbať.

Vplyvom poľa sa funkcia termodynamickej práce pre polovodič zvýši a k ​​zvýšeniu dôjde, kým sa funkcie termodynamickej práce a zodpovedajúce termionické emisné prúdy vo vzťahu k povrchu v oblasti kontaktu nevyrovnajú.

Obraz prechodu do rovnovážneho stavu s vytvorením potenciálovej bariéry pre polovodič typu p a kov je podobný ako v uvažovanom príklade s polovodičom typu n a kovom. Úlohou vonkajšieho napätia je regulovať výšku potenciálovej bariéry a intenzitu elektrického poľa v oblasti priestorového náboja polovodiča.

Vyššie uvedený obrázok ukazuje pásové diagramy rôznych štádií tvorby Schottkyho bariéry. Za rovnovážnych podmienok v kontaktnej oblasti sa vyrovnali termionické emisné prúdy a v dôsledku efektu poľa vznikla potenciálová bariéra, ktorej výška sa rovná rozdielu termodynamických pracovných funkcií: φк = ФМе - Фп /п.

Pri montáži napájacích zdrojov a meničov napätia do automobilových zosilňovačov často vzniká problém s usmernením prúdu z transformátora. Zohnať výkonné pulzné diódy je dosť vážny problém, preto som sa rozhodol zverejniť článok, ktorý prináša kompletný zoznam a parametre výkonných Schottkyho diód. Pred časom som mal osobne problém s meničovým usmerňovačom do autozosilňovača. Menič je pomerne výkonný (500-600 wattov), ​​frekvencia výstupného napätia je 60 kHz, akákoľvek bežná dióda, ktorá sa nájde v starom odpade, okamžite vyhorí ako zápalka. Jedinou dostupnou možnosťou v tom čase bola domáca KD213A. Diódy sú celkom dobré, držia do 10 Ampérov, pracovná frekvencia je do 100 kHz, no v záťaži sa aj strašne prehrievali.

V skutočnosti výkonné diódy nájdeme takmer u každého. Počítačový zdroj je taký, ktorý napája celý počítač. Spravidla sa vyrábajú s výkonom od 200 wattov do 1 kW a viac, a keďže je počítač napájaný, znamená to, že zdroj musí mať usmerňovač. Moderné napájacie zdroje využívajú na usmernenie napätia výkonné zostavy Schottkyho diód - majú minimálny úbytok napätia na prechode a schopnosť pracovať v impulzných obvodoch, kde je pracovná frekvencia oveľa vyššia ako sieť 50 Hz. Nedávno priniesli zadarmo niekoľko napájacích zdrojov, odkiaľ boli diódy odstránené pre túto krátku recenziu. V počítačových zdrojoch nájdete rôzne zostavy diód, takmer žiadne samostatné diódy tu nie sú - v jednom prípade sú dve výkonné diódy, často (takmer vždy) so spoločnou katódou. Tu sú niektoré z nich:

D83-004 (ESAD83-004)- Výkonná zostava Schottkyho diód, spätné napätie 40 Voltov, prípustný prúd 30A, v pulznom režime až 250A - možno jedna z najvýkonnejších diód, aké možno nájsť v počítačových zdrojoch.



STPS3045CW- Duálna Schottkyho dióda, usmernený prúd 15A, priepustné napätie 570mV, spätný zvodový prúd 200uA, spätná konštanta napätia 45V.


Základné Schottkyho diódy nachádzajúce sa v napájacích zdrojoch

Schottky TO-220 SBL2040CT 10A x 2 =20A 40V Vf=0,6V pri 10A
Schottky TO-247 S30D40 15A x 2 =30A 40V Vf=0,55V pri 15A
Ultrafast TO-220 SF1004G 5A x 2 =10A 200V Vf=0,97V pri 5A
Ultrafast TO-220 F16C20C 8A x 2 =16A 200V Vf=1,3V pri 8A
Ultrafast SR504 5A 40V Vf=0,57
Schottky TO-247 40CPQ060 20A x 2 =40A 60V Vf=0,49V pri 20A
Schottky TO-247 STPS40L45C 20A x 2 =40A 45V Vf=0,49V
Ultrafast TO-247 SBL4040PT 20A x 2 =40A 45V Vf=0,58V pri 20A
Schottky TO-220 63CTQ100 30A x 2 =60A 100 Vf=0,69V pri 30A
Schottky TO-220 MBR2545CT 15A x 2 =30A 45V Vf=0,65V pri 15A
Schottky TO-247 S60D40 30A x 2 =60A 40-60V Vf=0,65V pri 30A
Schottky TO-247 30CPQ150 15A x 2 =30A 150V Vf=1V pri 15A
Schottky TO-220 MBRP3045N 15A x 2 =30A 45V Vf=0,65V pri 15A
Schottky TO-220 S20C60 10A x 2 =20A 30-60V Vf=0,55V pri 10A
Schottky TO-247 SBL3040PT 15A x 2 =30A 30-40V Vf=0,55V pri 15A
Schottky TO-247 SBL4040PT 20A x 2 =40A 30-40V Vf=0,58V pri 20A
Ultrafast TO-220 U20C20C 10A x 2 =20A 50-200V Vf=0,97V pri 10A

Existujú aj moderné domáce diódové zostavy pre vysoký prúd. Tu sú ich označenia a vnútorný diagram:



Tiež vyrábané , ktoré je možné použiť napríklad v napájacích zdrojoch pre elektrónkové zosilňovače a iné zariadenia so zvýšeným napájaním. Zoznam je uvedený nižšie:



Vysokonapäťové Schottkyho výkonové diódy s napätím do 1200 V

Aj keď je vhodnejšie použiť Schottkyho diódy v nízkonapäťových výkonných usmerňovačoch s výstupným napätím niekoľkých desiatok voltov pri vysokých spínacích frekvenciách.

Schottkyho dióda je ďalším typom typickej polovodičovej diódy, jej charakteristickým znakom je nízky pokles napätia pri priamom pripojení. Svoje meno dostala na počesť nemeckého fyzika a vynálezcu Waltera Schottkyho. Tieto diódy používajú ako potenciálnu bariéru spojenie kov-polovodič, a nie spojenie p-n. Prípustné spätné napätie Schottkyho diód je zvyčajne okolo 1200 voltov, napríklad CSD05120 a jeho analógy, v praxi sa používajú v nízkonapäťových obvodoch so spätným napätím do niekoľkých desiatok voltov.

Na schémach zapojenia sú označené takmer ako dióda, pozri obrázok vyššie, ale s malými grafickými rozdielmi; navyše sú pomerne bežné duálne Schottkyho diódy.


Duálna Schottkyho dióda sú dva samostatné prvky zostavené v jednom spoločnom kryte a svorky katód alebo anód týchto komponentov sú kombinované. Preto duálna dióda, zvyčajne tri vývody. V spínacích a počítačových napájacích zdrojoch môžete často vidieť duálne Schottkyho diódy so spoločnou katódou.

Keďže sú obe diódy umiestnené v jednom puzdre a zostavené rovnakým technologickým postupom, ich technické parametre sú takmer totožné. Pri takomto umiestnení v jednom prípade budú počas prevádzky v rovnakom teplotnom režime, čo je jeden z hlavných faktorov zvyšovania spoľahlivosti zariadenia ako celku.

Výhody


Pokles napätia na dióde pri priamom pripojení je len 0,2-0,4 voltov, zatiaľ čo na typických kremíkových diódach je tento parameter 0,6-0,7 voltov. Takýto nízky úbytok napätia na polovodiči pri priamom zapojení je charakteristický len pre Schottkyho diódy so spätným napätím maximálne v desiatkach voltov, ale ak sa zvýši aplikovaná úroveň napätia, úbytok napätia na Schottkyho dióde je už porovnateľný kremíkovú diódu, ktorá dosť výrazne obmedzuje použitie Schottkyho diód v modernej elektronike.
Teoreticky môže mať každá Schottkyho dióda nízku bariérovú kapacitu. Absencia explicitného klasického p-n prechodu umožňuje výrazne zvýšiť prevádzkovú frekvenciu zariadenia. Tento parameter našiel široké uplatnenie pri výrobe integrovaných obvodov, kde Schottkyho diódy obchádzajú prechody tranzistorov používaných ako logické prvky. Vo výkonovej elektronike je dôležitý ďalší parameter Schottkyho diód, a to nízka doba zotavenia umožňuje použitie výkonových usmerňovačov pri frekvenciách stoviek kHz a vyšších. Napríklad rádiová súčiastka MBR4015 (15 V a 40 A) sa používa na usmernenie RF napätia a doba jej obnovy je len 10 kV/μs.
Vďaka vyššie uvedeným pozitívnym vlastnostiam sa usmerňovače postavené na Schottkyho diódach líšia od usmerňovačov na štandardných diódach nižšou úrovňou rušenia, preto sa používajú v analógových sekundárnych zdrojoch.

Mínusy


V prípade krátkodobého prekročenia prípustnej úrovne spätného napätia Schottkyho dióda zlyhá, na rozdiel od typických kremíkových diód, ktoré jednoducho prejdú do režimu reverzibilného prierazu za predpokladu, že stratový výkon kryštálu neprekročí prípustné hodnoty a po znížení napätia dióda úplne obnoví svoje charakteristiky.
Schottkyho diódy sa vyznačujú vyššími hodnotami spätných prúdov, ktoré sa zvyšujú so zvyšujúcou sa teplotou kryštálov a v prípade nevyhovujúcich prevádzkových podmienok chladiča pri práci s vysokými prúdmi vedú k tepelnému rozpadu rádiového komponentu.

Schottkyho diódy, ako som uviedol vyššie, sa aktívne používajú v počítačových zdrojoch a regulátoroch spínacieho napätia. Používajú sa v nízkonapäťových a vysokoprúdových častiach obvodu počítača UPS pri + 3,3 voltov a + 5,0 voltov. Najčastejšie používané sú duálne diódy so spoločnou katódou. Práve použitie duálnych diód je považované za znak vysokej kvality.

Vypálená Schottkyho dióda je jednou z najčastejších porúch. Dióda môže mať dva nepracovné stavy: elektrické zlyhanie a únik do tela. V ktorejkoľvek z týchto podmienok je UPS zablokovaná v dôsledku zabudovaného ochranného obvodu.

V prípade elektrického výpadku chýbajú všetky sekundárne napätia v napájacom zdroji. V prípade netesnosti sa môže ventilátor napájacieho zdroja počítača „trhnúť“ a na výstupe sa môžu objaviť pulzácie výstupného napätia, ktoré periodicky miznú. To znamená, že ochranný modul sa pravidelne spúšťa, ale nedôjde k úplnému zablokovaniu. Schottkyho diódy sú 100% vypálené, ak je radiátor, na ktorom sú pripevnené, veľmi teplý alebo má z nich silný zápach spáleniny.

Malo by sa povedať niekoľko slov, že pri oprave UPS po výmene diód, najmä pri podozrení na únik do puzdra, by ste mali zazvoniť na všetky výkonové tranzistory pracujúce v spínacom režime. A tiež v prípade výmeny kľúčových tranzistorov je kontrola diód povinná a nevyhnutne potrebná.

Technika testovania Schottkyho diódy je rovnaká ako pri štandardnej štandardnej dióde. Ale aj tu sú malé rozdiely. Je veľmi ťažké otestovať diódu tohto typu už prispájkovanú do obvodu. Preto musí byť zostava alebo jednotlivý prvok najprv odstránený z okruhu na kontrolu. Je celkom ľahké určiť úplne prepichnutý prvok. Pri všetkých limitoch merania odporu bude multimeter zobrazovať nekonečne nízky odpor alebo skrat v oboch smeroch.

Pri podozrení na únik je ťažšie kontrolovať. Ak skontrolujeme typický multimetr, napríklad DT-830 v režime „diódy“, uvidíme servisný komponent. Ak však vykonáte meranie v režime ohmmetra, potom je spätný odpor na hranici „20 kOhm“ určený ako nekonečne veľký (1). Ak prvok vykazuje nejaký odpor, napríklad 5 kOhm, potom je lepšie túto diódu považovať za podozrivú a vymeniť ju za určite funkčnú. Niekedy je lepšie okamžite vymeniť Schottkyho diódy na +3,3V a +5,0V zbernici v počítačovom UPS.

Niekedy sa používajú v prijímačoch (dozimetroch) žiarenia alfa a beta, svorkách neutrónového žiarenia a okrem toho sa na prechodoch Schottkyho bariéry montujú solárne panely, ktoré dodávajú elektrinu kozmickým lodiam, ktoré brázdia priestory nášho obrovského vesmíru.

Vývoj elektroniky vyžaduje čoraz vyššie štandardy od rádiových komponentov. Na prevádzku pri vysokých frekvenciách sa používa Schottkyho dióda, ktorá svojimi parametrami prevyšuje kremíkové analógy. Občas sa môžete stretnúť s názvom Schottkyho bariérová dióda, čo v podstate znamená to isté.

  • Dizajn
  • Miniaturizácia
  • Použitie v praxi

Dizajn

Schottkyho dióda sa od bežných diód líši svojim dizajnom, ktorý používa skôr kov-polovodič ako p-n prechod. Je jasné, že vlastnosti sú tu odlišné, čo znamená, že aj vlastnosti by sa mali líšiť.

Polovodičový kov má skutočne tieto parametre:

  • Veľký význam má únikový prúd;
  • Nízky pokles napätia na križovatke pri priamom pripojení;
  • Veľmi rýchlo obnovuje nabitie, pretože má nízku hodnotu.

Schottkyho dióda je vyrobená z materiálov ako je arzenid gália, kremík; oveľa menej bežné, ale môže sa tiež použiť, je germánium. Výber materiálu závisí od vlastností, ktoré je potrebné získať, v každom prípade však maximálne spätné napätie, pre ktoré je možné tieto polovodiče vyrobiť, nie je vyššie ako 1200 voltov - ide o najvyššie usmerňovače napätia. V praxi sa oveľa častejšie používajú pri nižších napätiach - 3, 5, 10 voltov.

V schéme zapojenia je Schottkyho dióda označená takto:


Ale niekedy môžete vidieť toto označenie:


To znamená duálny prvok: dve diódy v jednom kryte so spoločnou anódou alebo katódou, takže prvok má tri vývody. Napájacie zdroje používajú takéto konštrukcie so spoločnou katódou, sú vhodné na použitie v obvodoch usmerňovačov. Schémy často zobrazujú označenie bežnej diódy, ale popis naznačuje, že ide o Schottkyho diódu, takže musíte byť opatrní.

Zostavy diód so Schottkyho bariérou sú dostupné v troch typoch:

Typ 1 – so spoločnou katódou;

Typ 2 – so spoločnou anódou;

Typ 3 – podľa schémy zdvojenia.

Aby ste ušetrili na účtoch za elektrinu, naši čitatelia odporúčajú Electricity Saving Box. Mesačné platby budú o 30 – 50 % nižšie ako pred použitím šetriča. Odstraňuje reaktívnu zložku zo siete, čo vedie k zníženiu zaťaženia a v dôsledku toho aj spotreby prúdu. Elektrické spotrebiče spotrebujú menej elektriny a znížia sa náklady.

Toto spojenie pomáha zvýšiť spoľahlivosť prvku: koniec koncov, keďže sú v rovnakom kryte, majú rovnaký teplotný režim, čo je dôležité, ak sú potrebné výkonné usmerňovače, napríklad 10 ampérov.

Ale sú tu aj nevýhody. Ide o to, že nízky pokles napätia (0,2–0,4 V) takýchto diód sa objavuje pri nízkych napätiach, zvyčajne 50–60 voltov. Pri vyšších hodnotách sa správajú ako bežné diódy. Ale z hľadiska prúdu vykazuje tento obvod veľmi dobré výsledky, pretože je často potrebné - najmä v silových obvodoch a výkonových moduloch - aby pracovný prúd polovodičov bol aspoň 10A.

Ďalšia veľká nevýhoda: pre tieto zariadenia nie je možné ani na okamih prekročiť spätný prúd. Okamžite zlyhajú, zatiaľ čo kremíkové diódy, ak nebola prekročená ich teplota, obnovujú svoje vlastnosti.

Ale stále je viac pozitívnych vecí. Okrem nízkeho poklesu napätia má Schottkyho dióda nízku hodnotu kapacity prechodu. Ako viete: nižšia kapacita - vyššia frekvencia. Takáto dióda našla uplatnenie v spínaných zdrojoch, usmerňovačoch a iných obvodoch s frekvenciami niekoľko stoviek kilohertzov.


Charakteristika prúdového napätia takejto diódy má asymetrický vzhľad. Keď sa použije dopredné napätie, je zrejmé, že prúd sa zvyšuje exponenciálne, a keď sa použije spätné napätie, prúd nezávisí od napätia.

To všetko sa dá vysvetliť, ak viete, že princíp činnosti tohto polovodiča je založený na pohybe hlavných nosičov - elektrónov. Z rovnakého dôvodu sú tieto zariadenia také rýchle: nemajú rekombinačné procesy charakteristické pre zariadenia s p-n prechodmi. Všetky zariadenia s bariérovou štruktúrou sa vyznačujú asymetriou prúdovo-napäťových charakteristík, pretože závislosť prúdu od napätia určuje počet nosičov elektrického náboja.

Miniaturizácia

S rozvojom mikroelektroniky sa začali vo veľkej miere používať špeciálne mikroobvody a jednočipové mikroprocesory. To všetko nevylučuje použitie závesných prvkov. Ak sa však na tento účel použijú rádiové prvky konvenčných veľkostí, bude to negovať celú myšlienku miniaturizácie ako celku. Preto boli vyvinuté prvky s otvoreným rámom – SMD súčiastky, ktoré sú 10 a viackrát menšie ako bežné súčiastky. Charakteristiky prúdového napätia takýchto komponentov sa nelíšia od charakteristík prúdového napätia bežných zariadení a ich zmenšené rozmery umožňujú použitie takýchto náhradných dielov v rôznych mikrozostavách.

SMD komponenty sa dodávajú v niekoľkých veľkostiach. Na ručné spájkovanie sú vhodné SMD veľkosti 1206. Majú veľkosť 3,2 x 1,6 mm, čo vám umožňuje spájkovať ich sami. Ostatné prvky SMD sú miniatúrnejšie, zmontované vo výrobe so špeciálnym vybavením a nie je možné ich spájkovať sami doma.

Princíp činnosti smd komponentu sa tiež nelíši od jeho veľkého náprotivku, a ak napríklad vezmeme do úvahy charakteristiku prúdového napätia diódy, bude rovnako vhodný pre polovodiče akejkoľvek veľkosti. Aktuálny rozsah je od 1 do 10 ampérov. Označenia na puzdre často pozostávajú z digitálneho kódu, ktorého dekódovanie je uvedené v špeciálnych tabuľkách. Môžu byť testované na vhodnosť pomocou testera, rovnako ako ich väčšie náprotivky.

Použitie v praxi

Schottkyho usmerňovače sa používajú v spínaných zdrojoch, stabilizátoroch napätia, spínaných usmerňovačoch. Najnáročnejší prúd - 10A a viac - sú napätia 3,3 a 5 voltov. Práve v takýchto sekundárnych silových obvodoch sa najčastejšie používajú Schottkyho zariadenia. Na zosilnenie prúdových hodnôt sú zapojené do obvodu so spoločnou anódou alebo katódou. Ak je každá z duálnych diód dimenzovaná na 10 ampérov, získate značnú bezpečnostnú rezervu.

Jednou z najbežnejších porúch spínacích výkonových modulov je porucha týchto rovnakých diód. Spravidla buď úplne prerazia, alebo vytečú. V oboch prípadoch treba vymeniť chybnú diódu, následne multimetrom skontrolovať výkonové tranzistory a zmerať aj napájacie napätie.

Testovanie a zameniteľnosť

Schottkyho usmerňovače môžu byť testované rovnakým spôsobom ako bežné polovodiče, pretože majú podobné vlastnosti. Musíte ju zazvoniť v oboch smeroch pomocou multimetra - mala by sa prejaviť rovnakým spôsobom ako bežná dióda: anóda-katóda a nemali by dochádzať k úniku. Ak vykazuje čo i len nepatrný odpor – 2-10 kiloohmov, je to už dôvod na podozrenie.


Diódu so spoločnou anódou alebo katódou možno testovať ako dva bežné polovodiče spojené dohromady. Napríklad, ak je anóda spoločná, potom to bude jedna noha z troch. Jednu testovaciu sondu umiestnime na anódu, ostatné nohy sú rôzne diódy a na ne je umiestnená ďalšia sonda.

Dá sa nahradiť iným typom? V niektorých prípadoch sú Schottkyho diódy nahradené obyčajnými germániovými diódami. Napríklad D305 pri prúde 10 ampérov spôsobil pokles iba 0,3 voltu a pri prúdoch 2 až 3 ampéry je možné ich vo všeobecnosti inštalovať bez radiátorov. Ale hlavným účelom inštalácie Schottky nie je malý pokles, ale nízka kapacita, takže výmena nebude vždy možná.

Ako vidíme, elektronika nestojí na mieste a ďalšie aplikácie vysokorýchlostných zariadení budú len pribúdať, čo umožní vývoj nových, komplexnejších systémov.

K veľkej rodine polovodičových diód pomenovaných podľa mien vedcov, ktorí nezvyčajný efekt objavili, môžeme pridať ešte jednu. Toto je Schottkyho dióda.

Nemecký fyzik Walter Schottka objavil a študoval takzvaný bariérový efekt, ktorý vzniká pri určitej technológii vytvárania prechodu kov-polovodič.

Hlavnou vlastnosťou Schottkyho diódy je, že na rozdiel od konvenčných diód založených na pn prechode využíva prechod kov-polovodič, ktorý sa nazýva aj Schottkyho bariéra. Táto bariéra, rovnako ako polovodičový pn prechod, má vlastnosť jednosmernej elektrickej vodivosti a množstvo charakteristických vlastností.

Materiály používané na výrobu Schottkyho bariérových diód sú prevažne kremík (Si) a arzenid gália (GaAs), ako aj kovy ako zlato, striebro, platina, paládium a volfrám.

V schémach zapojenia je Schottkyho dióda znázornená takto.

Ako vidíte, jej obraz sa trochu líši od označenia bežnej polovodičovej diódy.

Okrem tohto označenia možno v schémach nájsť aj obrázok duálnej Schottkyho diódy (zostava).

Duálna dióda sú dve diódy namontované v jednom spoločnom kryte. Vývody ich katód alebo anód sú kombinované. Preto má takáto zostava spravidla tri výstupy. Spínané zdroje zvyčajne používajú bežné katódové zostavy.

Keďže dve diódy sú umiestnené v rovnakom puzdre a vyrobené v jedinom technologickom procese, ich parametre sú si veľmi blízke. Keďže sú umiestnené v jednom kryte, ich teplotné podmienky sú rovnaké. Tým sa zvyšuje spoľahlivosť a životnosť prvku.

Schottkyho diódy majú dve pozitívne vlastnosti: veľmi nízky pokles napätia v priepustnom smere (0,2-0,4 voltov) na križovatke a veľmi vysoký výkon.

Bohužiaľ, k takému malému poklesu napätia dochádza, keď použité napätie nie je väčšie ako 50-60 voltov. Keď sa ďalej zvyšuje, Schottkyho dióda sa správa ako bežná kremíková usmerňovacia dióda. Maximálne spätné napätie pre Schottky zvyčajne nepresahuje 250 voltov, aj keď v predaji nájdete vzorky s hodnotou 1,2 kilovoltov (VS-10ETS12-M3).

Takže dvojitá Schottkyho dióda (Schottkyho usmerňovač) 60CPQ150 navrhnuté pre maximálne spätné napätie 150V a každá z diód zostavy je schopná prejsť 30 ampérov v priamom zapojení!

Môžete tiež nájsť vzorky, ktorých polcyklový usmernený prúd môže dosiahnuť maximálne 400A! Príkladom je model VS-400CNQ045.

Veľmi často sa v schémach zapojenia jednoducho vynechá zložité grafické znázornenie katódy a Schottkyho dióda je znázornená ako obyčajná dióda. A typ použitého prvku je uvedený v špecifikácii.

Medzi nevýhody diód so Schottkyho bariérou patrí skutočnosť, že aj pri krátkom prekročení spätného napätia okamžite zlyhajú a čo je najdôležitejšie, nevratne. Zatiaľ čo kremíkové výkonové ventily sa po zastavení nadmerného napätia dokonale samoliečia a pokračujú v práci. Okrem toho spätný prúd diód veľmi závisí od teploty prechodu. Pri veľkom spätnom prúde dochádza k tepelnému rozpadu.

Okrem vysokej rýchlosti, a teda krátkej doby zotavenia, medzi pozitívne vlastnosti Schottkyho diód patrí aj malá prechodová (bariérová) kapacita, ktorá umožňuje zvýšiť prevádzkovú frekvenciu. To umožňuje ich použitie v pulzných usmerňovačoch pri frekvenciách stoviek kilohertzov. Veľa Schottkyho diód nachádza uplatnenie v integrovanej mikroelektronike. Schottkyho diódy vyrobené pomocou nanotechnológie sú súčasťou integrovaných obvodov, kde obchádzajú tranzistorové prechody, aby zlepšili výkon.

V rádioamatérskej praxi sa udomácnili Schottkyho diódy radu 1N581x (1N5817, 1N5818, 1N5819). Všetky sú navrhnuté pre maximálny dopredný prúd ( I F(AV)) – 1 ampér a spätné napätie ( V RRM) od 20 do 40 voltov. Pokles napätia ( V F) na križovatke je od 0,45 do 0,55 voltov. Ako už bolo spomenuté, pokles napätia vpred ( Dopredný pokles napätia) pre diódy so Schottkyho bariérou je veľmi malá.

Ďalším pomerne známym prvkom je 1N5822. Je navrhnutý pre dopredný prúd 3 ampéry a je umiestnený v kryte DO-201AD.

Aj na doskách plošných spojov nájdete diódy radu SK12 - SK16 pre povrchovú montáž. Veľkosťou sú dosť malé. Napriek tomu dokáže SK12-SK16 vydržať dopredný prúd až 1 ampér pri spätnom napätí 20 - 60 voltov. Pokles napätia vpred je 0,55 voltu (pre SK12, SK13, SK14) a 0,7 voltu (pre SK15, SK16). Aj v praxi sa môžete stretnúť s diódami radu SK32 - SK310, napr. SK36, ktorý je určený pre jednosmerný prúd 3 ampéry.

Aplikácia Schottkyho diód v napájacích zdrojoch.

Schottkyho diódy sa aktívne používajú v počítačových zdrojoch a stabilizátoroch spínaného napätia. Medzi nízkonapäťovými napájacími napätiami je najvyšší prúd (desiatky ampérov) +3,3 voltov a +5,0 voltov. Práve v týchto sekundárnych zdrojoch napájania sú použité Schottkyho bariérové ​​diódy. Najčastejšie sa používajú trojpólové zostavy so spoločnou katódou. Práve použitie zostáv možno považovať za znak kvalitného a technologicky vyspelého zdroja.

Porucha Schottkyho diód je jednou z najčastejších porúch spínaných zdrojov. Môže mať dva „mŕtve“ stavy: čistý elektrický výpadok a únik. Ak je prítomná jedna z týchto podmienok, pri spustení ochrany sa zablokuje napájanie počítača. Ale to sa môže stať rôznymi spôsobmi.

V prvom prípade chýbajú všetky sekundárne napätia. Ochrana zablokovala napájanie. V druhom prípade sa ventilátor „trhne“ a na výstupe napájacích zdrojov sa periodicky objavujú a potom zmiznú zvlnenia napätia.

To znamená, že ochranný obvod sa pravidelne spúšťa, ale zdroj napájania nie je úplne zablokovaný. Schottkyho diódy zaručene zlyhajú, ak je radiátor, na ktorom sú nainštalované, veľmi horúci, až kým sa neobjaví nepríjemný zápach. A posledná diagnostická možnosť súvisí s únikom: keď sa zaťaženie centrálneho procesora zvýši v multiprogramovom režime, napájanie sa spontánne vypne.

Treba mať na pamäti, že pri odbornej oprave zdroja by ste po výmene sekundárnych diód, najmä pri podozrení na netesnosť, mali skontrolovať všetky výkonové tranzistory, ktoré plnia funkciu kláves a naopak: po výmene kľúčových tranzistorov je kontrola sekundárnych diód povinný postup. Vždy je potrebné riadiť sa zásadou: problémy neprichádzajú samé.

Kontrola Schottkyho diód pomocou multimetra.

Schottkyho diódu môžete skontrolovať pomocou komerčného multimetra. Technika je rovnaká ako pri kontrole bežnej polovodičovej diódy s p-n prechodom. Ale aj tu sú úskalia. Deravá dióda sa testuje obzvlášť ťažko. V prvom rade musí byť prvok odstránený z okruhu pre presnejšiu kontrolu. Je celkom jednoduché určiť úplne rozbitú diódu. Pri všetkých limitoch merania odporu bude mať chybný prvok nekonečne malý odpor, a to v priamom aj spätnom zapojení. To je ekvivalentné skratu.

Je ťažšie skontrolovať diódu s podozrením na „únik“. Ak skontrolujeme multimetrom DT-830 v režime „diódy“, uvidíme úplne použiteľný prvok. Môžete skúsiť zmerať jeho spätný odpor pomocou ohmmetra. Pri hranici „20 kOhm“ je spätný odpor definovaný ako nekonečne veľký. Ak zariadenie vykazuje aspoň nejaký odpor, povedzme 3 kOhm, potom treba túto diódu považovať za podozrivú a nahradiť ju známou dobrou. Kompletná výmena Schottkyho diód na zbernici +3,3V a +5,0V môže poskytnúť 100% záruku.

Kde inde sa v elektronike používajú Schottkyho diódy? Možno ich nájsť v pomerne exotických zariadeniach, ako sú prijímače alfa a beta žiarenia, detektory neutrónového žiarenia a nedávno sa na spojoch Schottkyho bariéry montovali solárne panely. Dodávajú teda elektrinu aj kozmickým lodiam.

Polovodičová dióda, ktorá ako princíp svojej činnosti využíva bariérový efekt, nesie meno nemeckého vedca, ktorý ju opísal, Waltera Schottkyho.

Dôležité! Bariérový efekt je závažný vplyv celkového vesmírneho náboja na vývoj výboja v medzere s výrazne nerovnomerným poľom.

Ďalšie informácie.Čo je dióda - elektronický prvok, ktorý má nerovnakú schopnosť viesť elektrický prúd v závislosti od jeho smeru.

Schottkyho dióda: princíp činnosti

Schottkyho ventil sa od klasického typu líši tým, že základom jeho činnosti je dvojica polovodič-kov. Tento pár je často označovaný ako Schottkyho bariéra. Táto bariéra má okrem schopnosti viesť elektrinu jedným smerom, podobne ako pn prechod, niekoľko užitočných vlastností.

Arzenid gália a kremík sú hlavnými dodávateľmi materiálu na výrobu elektronických prvkov v priemyselnom prostredí. Vo vzácnejších prípadoch sa používajú vzácne chemické prvky: platina, paládium a pod.

Jeho grafické podmienené vyjadrenie na elektrických obvodoch sa nezhoduje s klasickými diódami. Označenie elektronických komponentov je podobné. Existujú aj dvojité diódy vo forme zostavy.

Dôležité! Dvojitá dióda je pár diód kombinovaných v spoločnom objeme.

Dvojitá Schottkyho bariérová dióda

Pri dvojitých ventiloch sú výstupy katód alebo anód kombinované. Z toho vyplýva, že takýto výrobok má tri konce. Bežné katódové zostavy napríklad fungujú tam, kde sú potrebné spínané zdroje napájania. Schottkyho diódy so spoločnou anódou sa používajú oveľa menej často.

Diódy sú umiestnené v jedinom puzdre a na výrobu využívajú rovnakú výrobnú technológiu, takže z hľadiska súboru parametrov sú ako dvojičky. Ich prevádzková teplota je tiež rovnaká, pretože... sú v spoločnom priestore. Táto vlastnosť výrazne znižuje potrebu ich výmeny z dôvodu straty výkonu.

Najdôležitejšími rozlišovacími vlastnosťami posudzovaných ventilov sú mierny pokles napätia vpred (do 0,4 V) v momente prechodu a vysoká doba odozvy.

Spomínaný úbytok napätia má však úzky rozsah aplikovaného napätia - nie viac ako 60 V. A táto hodnota sama o sebe je malá, čo nastavuje dosť úzky rozsah použitia pre tieto diódy. Ak napätie prekročí stanovenú hodnotu, bariérový efekt zmizne a dióda začne pracovať v režime klasickej usmerňovacej diódy. Spätné napätie pre väčšinu z nich nepresahuje 250 V, existujú však vzorky so spätným napätím 1,2 kV.

Pri návrhu elektrických obvodov konštruktéri často nezvýrazňujú Schottkyho diódu graficky na schémach zapojenia, ale v špecifikáciách na objednávku uvedú jej použitie s uvedením typu. Pri objednávaní vybavenia si preto treba dať na to veľký pozor.

Medzi nepríjemnosti pri práci s ventilmi so Schottkyho bariérou je potrebné poznamenať ich extrémnu „nežnosť“ a neznášanlivosť voči najmenšiemu, dokonca aj veľmi krátkodobému prekročeniu hodnoty spätného napätia. V tomto prípade jednoducho zlyhajú a už sa neobnovia, čo v porovnaní s kremíkovými diódami nie je v ich prospech, pretože tieto majú vlastnosť samoliečby, po ktorej môžu pokračovať v práci ako zvyčajne bez potreby výmeny. Nesmieme tiež zabúdať, že spätný prúd v nich kriticky závisí od stupňa prechodu. Ak sa objaví významný spätný prúd, nemožno sa vyhnúť poruche.

Zvýšená prevádzková frekvencia vďaka nízkej prechodovej kapacite a krátka doba zotavenia vďaka vysokému výkonu sú pozitívne vlastnosti, ktoré umožňujú použitie týchto diód napríklad rádioamatérmi. Používajú sa aj pri frekvenciách dosahujúcich niekoľko stoviek kHz, napríklad v impulzných usmerňovačoch. Veľké množstvo vyrobených diód sa používa v mikroelektronike. Súčasný stupeň rozvoja vedy a priemyslu umožňuje využitie nanotechnológií vo výrobnom procese ventilov so Schottkyho bariérou. Takto vytvorené ventily slúžia na shunt tranzistorov. Toto riešenie výrazne zvyšuje odozvu druhého.

Schottkyho diódy v napájacích zdrojoch

Schottkyho ventily sa často nachádzajú v napájacích zdrojoch počítača. Päťvoltové napätie poskytuje vážny prúd desiatok ampérov, čo je rekord pre nízkonapäťové energetické systémy. Pre tieto napájacie zdroje sa používajú Schottkyho ventily. V zásade sa používajú duálne diódy s jednou katódou. Bez takejto zostavy sa nezaobíde ani jeden kvalitný moderný počítačový napájací zdroj.

Diagnóza.„Vyhorený“ napájací zdroj elektronického zariadenia najčastejšie znamená potrebu výmeny vyhorenej Schottkyho zostavy. Existujú iba dva dôvody poruchy: zvýšený zvodový prúd a elektrické zlyhanie. Keď nastanú opísané podmienky, počítač už nie je napájaný. Obranné mechanizmy fungovali. Pozrime sa, ako sa to deje.

Na vstupe počítača nie je neustále žiadne napätie. Napájanie je úplne blokované ochranou zabudovanou v počítači.

Existuje „nepochopiteľná“ situácia: chladiaci ventilátor začne pracovať, potom opäť zmizne charakteristický hluk. To znamená, že napätie na vstupe počítača (výstup napájacieho zdroja) sa objaví a zmizne. Tie. Ochrana zvláda periodické chyby, ale neponáhľa sa s úplným zablokovaním zdroja. Cítite nepríjemný zápach z horúceho bloku? Diódový blok určite potrebuje výmenu. Ďalšia metóda domácej diagnostiky: keď bolo zaťaženie procesora veľké, napájanie sa samo vypínalo. Toto je znak úniku.

Po oprave napájania spojenej s výmenou duálnych Schottkyho diód je potrebné „prezvoniť“ tranzistory. Pri opačnom postupe vyžadujú kontrolu aj diódy. Toto pravidlo platí najmä vtedy, ak je príčinou opravy netesnosť.

Kontrola Schottkyho diód

Domáce multimeter robí dobrú prácu pri testovaní akéhokoľvek typu Schottkyho bariérovej diódy. Testovacia metóda je veľmi podobná kontrole bežnej diódy. Existuje však niekoľko tajomstiev. Elektronický komponent s netesnosťou je obzvlášť ťažké správne skontrolovať. Najprv sa musí z obvodu odstrániť zostava diód. Na to budete potrebovať spájkovačku. Ak je dióda rozbitá, potom odpor blízky nule vo všetkých možných prevádzkových režimoch bude indikovať jej nefunkčnosť. Z hľadiska fyzikálnych procesov to pripomína uzáver.

„Únik“ je ťažšie diagnostikovať. Najbežnejším multimetrom pre verejnosť je dt-830, vo väčšine prípadov meranie v polohe „diódy“ neodhalí problém. Keď sa regulátor presunie do polohy „ohmmeter“, ohmický odpor sa zvýši do nekonečna. Zariadenie by tiež nemalo indikovať prítomnosť ohmického odporu. V opačnom prípade je potrebná výmena.

Schottkyho diódy sú bežné v elektrotechnike a rádiovej elektronike. Rozsah ich použitia je široký, vrátane prijímačov alfa žiarenia a rôznych kozmických lodí.

Video

K veľkej rodine polovodičových diód pomenovaných podľa mien vedcov, ktorí nezvyčajný efekt objavili, môžeme pridať ešte jednu. Toto je Schottkyho dióda.

Nemecký fyzik Walter Schottka objavil a študoval takzvaný bariérový efekt, ktorý vzniká pri určitej technológii vytvárania prechodu kov-polovodič.

Hlavnou vlastnosťou Schottkyho diódy je, že na rozdiel od konvenčných diód založených na pn prechode využíva prechod kov-polovodič, ktorý sa nazýva aj Schottkyho bariéra. Táto bariéra, rovnako ako polovodičový pn prechod, má vlastnosť jednosmernej elektrickej vodivosti a množstvo charakteristických vlastností.

Materiály používané na výrobu Schottkyho bariérových diód sú prevažne kremík (Si) a arzenid gália (GaAs), ako aj kovy ako zlato, striebro, platina, paládium a volfrám.

V schémach zapojenia je Schottkyho dióda znázornená takto.

Ako vidíte, jej obraz sa trochu líši od označenia bežnej polovodičovej diódy.

Okrem tohto označenia možno v schémach nájsť aj obrázok duálnej Schottkyho diódy (zostava).

Duálna dióda sú dve diódy namontované v jednom spoločnom kryte. Vývody ich katód alebo anód sú kombinované. Preto má takáto zostava spravidla tri výstupy. Spínané zdroje zvyčajne používajú bežné katódové zostavy.

Keďže dve diódy sú umiestnené v rovnakom puzdre a vyrobené v jedinom technologickom procese, ich parametre sú si veľmi blízke. Keďže sú umiestnené v jednom kryte, ich teplotné podmienky sú rovnaké. Tým sa zvyšuje spoľahlivosť a životnosť prvku.

Schottkyho diódy majú dve pozitívne vlastnosti: veľmi nízky pokles napätia v priepustnom smere (0,2-0,4 voltov) na križovatke a veľmi vysoký výkon.

Bohužiaľ, k takému malému poklesu napätia dochádza, keď použité napätie nie je väčšie ako 50-60 voltov. Keď sa ďalej zvyšuje, Schottkyho dióda sa správa ako bežná kremíková usmerňovacia dióda. Maximálne spätné napätie pre Schottky zvyčajne nepresahuje 250 voltov, aj keď v predaji nájdete vzorky s hodnotou 1,2 kilovoltov (VS-10ETS12-M3).

Takže dvojitá Schottkyho dióda (Schottkyho usmerňovač) 60CPQ150 navrhnuté pre maximálne spätné napätie 150V a každá z diód zostavy je schopná prejsť 30 ampérov v priamom zapojení!

Môžete tiež nájsť vzorky, ktorých polcyklový usmernený prúd môže dosiahnuť maximálne 400A! Príkladom je model VS-400CNQ045.

Veľmi často sa v schémach zapojenia jednoducho vynechá zložité grafické znázornenie katódy a Schottkyho dióda je znázornená ako obyčajná dióda. A typ použitého prvku je uvedený v špecifikácii.

Medzi nevýhody diód so Schottkyho bariérou patrí skutočnosť, že aj pri krátkom prekročení spätného napätia okamžite zlyhajú a čo je najdôležitejšie, nevratne. Zatiaľ čo kremíkové výkonové ventily sa po zastavení nadmerného napätia dokonale samoliečia a pokračujú v práci. Okrem toho spätný prúd diód veľmi závisí od teploty prechodu. Pri veľkom spätnom prúde dochádza k tepelnému rozpadu.

Okrem vysokej rýchlosti, a teda krátkej doby zotavenia, medzi pozitívne vlastnosti Schottkyho diód patrí aj malá prechodová (bariérová) kapacita, ktorá umožňuje zvýšiť prevádzkovú frekvenciu. To umožňuje ich použitie v pulzných usmerňovačoch pri frekvenciách stoviek kilohertzov. Veľa Schottkyho diód nachádza uplatnenie v integrovanej mikroelektronike. Schottkyho diódy vyrobené pomocou nanotechnológie sú súčasťou integrovaných obvodov, kde obchádzajú tranzistorové prechody, aby zlepšili výkon.

V rádioamatérskej praxi sa udomácnili Schottkyho diódy radu 1N581x (1N5817, 1N5818, 1N5819). Všetky sú navrhnuté pre maximálny dopredný prúd ( I F(AV)) – 1 ampér a spätné napätie ( V RRM) od 20 do 40 voltov. Pokles napätia ( V F) na križovatke je od 0,45 do 0,55 voltov. Ako už bolo spomenuté, pokles napätia vpred ( Dopredný pokles napätia) pre diódy so Schottkyho bariérou je veľmi malá.

Ďalším pomerne známym prvkom je 1N5822. Je navrhnutý pre dopredný prúd 3 ampéry a je umiestnený v kryte DO-201AD.

Aj na doskách plošných spojov nájdete diódy radu SK12 - SK16 pre povrchovú montáž. Veľkosťou sú dosť malé. Napriek tomu dokáže SK12-SK16 vydržať dopredný prúd až 1 ampér pri spätnom napätí 20 - 60 voltov. Pokles napätia vpred je 0,55 voltu (pre SK12, SK13, SK14) a 0,7 voltu (pre SK15, SK16). Aj v praxi sa môžete stretnúť s diódami radu SK32 - SK310, napr. SK36, ktorý je určený pre jednosmerný prúd 3 ampéry.

Aplikácia Schottkyho diód v napájacích zdrojoch.

Schottkyho diódy sa aktívne používajú v počítačových zdrojoch a stabilizátoroch spínaného napätia. Medzi nízkonapäťovými napájacími napätiami je najvyšší prúd (desiatky ampérov) +3,3 voltov a +5,0 voltov. Práve v týchto sekundárnych zdrojoch napájania sú použité Schottkyho bariérové ​​diódy. Najčastejšie sa používajú trojpólové zostavy so spoločnou katódou. Práve použitie zostáv možno považovať za znak kvalitného a technologicky vyspelého zdroja.

Porucha Schottkyho diód je jednou z najčastejších porúch spínaných zdrojov. Môže mať dva „mŕtve“ stavy: čistý elektrický výpadok a únik. Ak je prítomná jedna z týchto podmienok, pri spustení ochrany sa zablokuje napájanie počítača. Ale to sa môže stať rôznymi spôsobmi.

V prvom prípade chýbajú všetky sekundárne napätia. Ochrana zablokovala napájanie. V druhom prípade sa ventilátor „trhne“ a na výstupe napájacích zdrojov sa periodicky objavujú a potom zmiznú zvlnenia napätia.

To znamená, že ochranný obvod sa pravidelne spúšťa, ale zdroj napájania nie je úplne zablokovaný. Schottkyho diódy zaručene zlyhajú, ak je radiátor, na ktorom sú nainštalované, veľmi horúci, až kým sa neobjaví nepríjemný zápach. A posledná diagnostická možnosť súvisí s únikom: keď sa zaťaženie centrálneho procesora zvýši v multiprogramovom režime, napájanie sa spontánne vypne.

Treba mať na pamäti, že pri odbornej oprave zdroja by ste po výmene sekundárnych diód, najmä pri podozrení na netesnosť, mali skontrolovať všetky výkonové tranzistory, ktoré plnia funkciu kláves a naopak: po výmene kľúčových tranzistorov je kontrola sekundárnych diód povinný postup. Vždy je potrebné riadiť sa zásadou: problémy neprichádzajú samé.

Kontrola Schottkyho diód pomocou multimetra.

Schottkyho diódu môžete skontrolovať pomocou komerčného multimetra. Technika je rovnaká ako pri testovaní bežnej polovodičovej diódy s p-n prechodom. Ale aj tu sú úskalia. Deravá dióda sa testuje obzvlášť ťažko. V prvom rade musí byť prvok odstránený z okruhu pre presnejšiu kontrolu. Je celkom jednoduché určiť úplne rozbitú diódu. Pri všetkých limitoch merania odporu bude mať chybný prvok nekonečne malý odpor, a to v priamom aj spätnom zapojení. To je ekvivalentné skratu.

Je ťažšie skontrolovať diódu s podozrením na „únik“. Ak skontrolujeme multimetrom DT-830 v režime „diódy“, uvidíme úplne použiteľný prvok. Môžete skúsiť zmerať jeho spätný odpor pomocou ohmmetra. Pri hranici „20 kOhm“ je spätný odpor definovaný ako nekonečne veľký. Ak zariadenie vykazuje aspoň nejaký odpor, povedzme 3 kOhm, potom treba túto diódu považovať za podozrivú a nahradiť ju známou dobrou. Kompletná výmena Schottkyho diód na zbernici +3,3V a +5,0V môže poskytnúť 100% záruku.

Kde inde sa v elektronike používajú Schottkyho diódy? Možno ich nájsť v pomerne exotických zariadeniach, ako sú prijímače alfa a beta žiarenia, detektory neutrónového žiarenia a nedávno sa na spojoch Schottkyho bariéry montovali solárne panely. Dodávajú teda elektrinu aj kozmickým lodiam.

Mnoho veľkých vedcov študovalo vlastnosti p-n križovatky. Ako ste možno uhádli, ide o bežnú diódu, ktorú možno vidieť v akomkoľvek elektronickom obvode. V čase svojho vynálezu to bol prvok, ktorý spôsobil skutočnú revolúciu a zmenil všetky predstavy o budúcnosti elektroniky. Taktiež technológia jeho výroby nezostala bez povšimnutia. Objavila sa Zennerova a Gunnova dióda. Vynájdená bola aj Schottkyho dióda

má zaujímavé vlastnosti. Jeho použitie v elektronike nebolo také senzačné ako jeho slávni „bratia“. Špeciálne vlastnosti tohto prvku sa predtým používali vo vysoko špecializovaných obvodoch a nenašli široké uplatnenie. Je to o to zaujímavejšie, že v poslednej dobe sa ako hlavný prvok v spínaných zdrojoch začína používať Schottkyho dióda. Funguje takmer vo všetkých elektronických domácich spotrebičoch: televízory, magnetofóny, osobné počítače, notebooky atď.

Špeciálne vlastnosti zariadenia sa prejavujú v nízkom úbytku napätia na p-n prechode. Nepresahuje 0,4 voltu. To znamená, že z hľadiska tohto parametra je čo najbližšie k ideálnemu prvku použitému vo výpočtoch. Pravda, pri napätí nad 50 voltov tieto vlastnosti zmiznú. Napriek tomu sa Schottkyho dióda začala široko používať v obvodoch s napájaním pre takéto obvody nepresahujúce 15 voltov jednosmerného napätia, čo umožnilo plne využiť vlastnosti tohto zariadenia. Mohla by stáť v spätnoväzbovom obvode ako obmedzujúci prvok alebo sa podieľať na činnosti regulátorov.

Okrem takej dôležitej vlastnosti ako na p-n prechode má Schottkyho dióda malú kapacitu. To mu umožňuje pracovať vo vysokofrekvenčných obvodoch. Takmer „ideálne“ vlastnosti tohto prvku neskresľujú vysokofrekvenčný signál. Preto ho začali inštalovať do spínaných zdrojov, komunikačných zariadení a regulátorov.

Ale okrem pozitívnych vlastností je potrebné poznamenať aj nevýhody. Schottkyho diódy sú veľmi citlivé aj na krátkodobé prekročenie spätného napätia od prípustnej hodnoty. To vedie k poruche prvku. Na rozdiel od svojich kremíkových „bratov“ nie je obnovený. Tepelný rozpad vedie buď k vzniku zvodových prúdov, alebo k „transformácii“ zariadenia na vodič.

Prvá porucha povedie k nestabilnej prevádzke celého elektronického zariadenia. Je dosť ťažké nájsť a odstrániť. Pokiaľ ide napríklad o tepelný prieraz, spustí sa ochrana od Po výmene chybného prvku bude napájací zdroj fungovať normálne.

Moderný priemysel vyrába pomerne výkonné Schottkyho diódy. Impulzný prúd v takýchto zariadeniach môže dosiahnuť 1,2 kA. Konštantný prevádzkový prúd v niektorých typoch dosahuje až 120 A. Takéto zariadenia majú široký rozsah prúdu a dobré výkonové charakteristiky. Úspešne sa používajú v domácich spotrebičoch a priemyselnej elektronike.

Schottkyho diódy, alebo presnejšie Schottkyho bariérové ​​diódy, sú polovodičové zariadenia vyrobené na báze kontaktu kov-polovodič, zatiaľ čo bežné diódy využívajú polovodičový p-n prechod.

Schottkyho dióda vďačí za svoj názov a vzhľad v elektronike nemeckému fyzikovi a vynálezcovi Walterovi Schottkymu, ktorý v roku 1938 pri štúdiu novoobjaveného bariérového efektu potvrdil skôr predloženú teóriu, podľa ktorej je emisia elektrónov z kovu bráni potenciálna bariéra, ale s aplikovaným vonkajším elektrickým poľom sa táto bariéra zníži. Walter Schottky objavil tento efekt, ktorý sa potom nazýval Schottkyho efekt, na počesť vedca.

Pri skúmaní kontaktu medzi kovom a polovodičom možno vidieť, že ak sa v blízkosti povrchu polovodiča nachádza oblasť ochudobnená o hlavné nosiče náboja, potom v oblasti kontaktu tohto polovodiča s kovom na strane polovodiča, vytvorí sa oblasť priestorového náboja ionizovaných akceptorov a donorov a zrealizuje sa blokujúci kontakt - rovnaká Schottkyho bariéra . Za akých podmienok táto bariéra vzniká? Termionický emisný prúd z povrchu pevného telesa je určený Richardsonovou rovnicou:

Vytvorme podmienky, keď pri kontakte polovodiča, napríklad typu n s kovom, by termodynamická pracovná funkcia elektrónov z kovu bola väčšia ako termodynamická pracovná funkcia elektrónov z polovodiča. Za takýchto podmienok, v súlade s Richardsonovou rovnicou, bude termionický emisný prúd z povrchu polovodiča väčší ako termionický emisný prúd z kovového povrchu:

V počiatočnom okamihu, pri kontakte menovaných materiálov, prúd z polovodiča do kovu prekročí spätný prúd (z kovu do polovodiča), v dôsledku čoho sa začnú v blízkosti hromadiť vesmírne náboje. - povrchové oblasti polovodiča aj kovu - kladné v polovodiči a záporné v polovodiči. V oblasti kontaktu vznikne elektrické pole tvorené týmito nábojmi a energetické zóny sa budú ohýbať.


Vplyvom poľa sa funkcia termodynamickej práce pre polovodič zvýši a k ​​zvýšeniu dôjde, kým sa funkcie termodynamickej práce a zodpovedajúce termionické emisné prúdy vo vzťahu k povrchu v oblasti kontaktu nevyrovnajú.

Obraz prechodu do rovnovážneho stavu s vytvorením potenciálovej bariéry pre polovodič typu p a kov je podobný ako v uvažovanom príklade s polovodičom typu n a kovom. Úlohou vonkajšieho napätia je regulovať výšku potenciálovej bariéry a intenzitu elektrického poľa v oblasti priestorového náboja polovodiča.

Vyššie uvedený obrázok ukazuje pásové diagramy rôznych štádií tvorby Schottkyho bariéry. Za rovnovážnych podmienok v kontaktnej oblasti sa vyrovnali termionické emisné prúdy a v dôsledku efektu poľa vznikla potenciálová bariéra, ktorej výška sa rovná rozdielu termodynamických pracovných funkcií: φк = ФМе - Фп /п.

Je zrejmé, že charakteristika prúdového napätia pre Schottkyho bariéru je asymetrická. V priepustnom smere sa prúd zvyšuje exponenciálne so zvyšujúcim sa napätím. V opačnom smere prúd nezávisí od napätia. V oboch prípadoch je prúd spôsobený elektrónmi ako väčšinovými nosičmi náboja.

Schottkyho diódy sú teda rýchlo pôsobiace, pretože eliminujú difúzne a rekombinačné procesy, ktoré si vyžadujú dodatočný čas. Závislosť prúdu od napätia je spojená so zmenou počtu nosičov, pretože tieto nosiče sa podieľajú na procese prenosu náboja. Vonkajšie napätie mení počet elektrónov, ktoré sa môžu pohybovať z jednej strany Schottkyho bariéry na druhú stranu.

Vďaka výrobnej technológii a na základe opísaného princípu činnosti majú Schottkyho diódy nízky pokles napätia v priepustnom smere, výrazne menší ako tradičné p-n diódy.

Tu aj malý počiatočný prúd cez kontaktnú oblasť vedie k uvoľneniu tepla, ktoré potom prispieva k vzniku ďalších nosičov prúdu. V tomto prípade nedochádza k vstrekovaniu menšinových nosičov náboja.

Schottkyho diódy teda nemajú žiadnu difúznu kapacitu, pretože nie sú žiadne menšinové nosiče a v dôsledku toho je výkon v porovnaní s polovodičovými diódami dosť vysoký. Výsledkom je niečo ako ostrý asymetrický p-n prechod.

Schottkyho diódy sú teda predovšetkým mikrovlnné diódy na rôzne účely: detektor, miešanie, lavínový prechod, parametrické, pulzné, násobiace. Schottkyho diódy môžu byť použité ako prijímače žiarenia, tenzometre, detektory jadrového žiarenia, modulátory svetla a nakoniec ako vysokofrekvenčné usmerňovače prúdu.

Označenie Schottkyho diódy na schémach

Schottkyho diódy dnes

Dnes sú Schottkyho diódy veľmi rozšírené v elektronických zariadeniach. Na schémach sú znázornené inak ako konvenčné diódy. Často môžete nájsť duálne Schottkyho usmerňovacie diódy, vyrobené v trojpólovom balení typickom pre výkonové spínače. Takéto duálne konštrukcie obsahujú vo vnútri dve Schottkyho diódy spojené katódami alebo anódami, častejšie katódami.


Diódy v zostave majú veľmi podobné parametre, keďže každá takáto zostava je vyrábaná v jedinom technologickom cykle a v dôsledku toho sú ich prevádzkové teplotné podmienky rovnaké a ich spoľahlivosť je zodpovedajúco vyššia. Pokles napätia vpred o 0,2 - 0,4 voltov spolu s vysokou rýchlosťou (niekoľko nanosekúnd) sú nepochybnými výhodami Schottkyho diód oproti ich p-n náprotivkom.

Funkcia nízkeho poklesu napätia Schottkyho bariéry v diódach sa prejavuje pri aplikovanom napätí až 60 voltov, hoci výkon zostáva neotrasiteľný. Dnes Schottkyho diódy typu 25CTQ045 (pre napätia do 45 voltov, pre prúdy do 30 ampérov pre každú z dvojice diód v zostave) nájdeme v mnohých spínaných zdrojoch, kde slúžia ako výkonové usmerňovače pre prúdy s frekvencie až niekoľko stoviek kilohertzov.

Je nemožné nedotknúť sa témy nedostatkov Schottkyho diód, samozrejme, že existujú a sú dve. Po prvé, krátkodobé prekročenie kritického napätia okamžite poškodí diódu. Po druhé, teplota výrazne ovplyvňuje maximálny spätný prúd. Pri veľmi vysokej teplote prechodu sa dióda jednoducho zlomí aj pri prevádzke s menovitým napätím.

Bez Schottkyho diód sa vo svojej praxi nezaobíde ani jeden rádioamatér. Tu si môžeme všimnúť najobľúbenejšie diódy: 1N5817, 1N5818, 1N5819, 1N5822, SK12, SK13, SK14. Tieto diódy sú dostupné vo vývodových aj SMD verziách. To hlavné, pre čo si ich rádioamatéri tak cenia, je ich vysoký výkon a nízky úbytok napätia na križovatke – maximálne 0,55 voltov – pri nízkej cene týchto komponentov.

Ide o vzácnu dosku plošných spojov, ktorá na ten či onen účel nemá Schottkyho diódy. Niekde slúži Schottkyho dióda ako nízkovýkonový usmerňovač spätnoväzbového obvodu, niekde slúži ako stabilizátor napätia na úrovni 0,3 - 0,4 voltu a niekde je to detektor.


V tabuľke nižšie si môžete pozrieť parametre dnes najbežnejších nízkovýkonových Schottkyho diód.



Prečítajte si tiež: