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.

Strana 1 z 3

Ako ukazujú aktuálne štatistiky o poruchách moderných systémových napájacích zdrojov, najväčší počet porúch vzniká v sekundárnych okruhoch napájacích zdrojov. Poruchy výkonových tranzistorových spínačov (najtypickejšia porucha napájacích zdrojov predchádzajúcich generácií) sú dnes extrémne zriedkavé, čo je ukazovateľom úspechov, ktoré za posledných päť rokov dosiahli výrobcovia výkonovej polovodičovej elektroniky. Jedným z najproblematickejších komponentov moderných zdrojov sú sekundárne usmerňovače na báze Schottkyho diód, čo je spôsobené veľkými výstupnými prúdmi zdroja. Práve vysoká poruchovosť Schottkyho diód sa stala základom pre objavenie sa tejto publikácie na stránkach nášho časopisu.

Schottkyho dióda (pomenovaná podľa nemeckého fyzika Waltera Schottkyho) je polovodičová dióda s nízkym úbytkom napätia pri priamom zapojení. Schottkyho diódy používajú ako Schottkyho bariéru prechod kov-polovodič (namiesto pn prechodu ako konvenčné diódy). Prípustné spätné napätie priemyselne vyrábaných Schottkyho diód je obmedzené na 250 V (MBR40250 a analógy), v praxi sa väčšina Schottkyho diód používa v nízkonapäťových obvodoch so spätným napätím rádovo niekoľko až niekoľko desiatok voltov.

Výhody Schottkyho diód

Zatiaľ čo bežné kremíkové diódy majú pokles napätia v priepustnom smere asi 0,6 - 0,7 V, použitie Schottkyho diód umožňuje znížiť túto hodnotu na 0,2 - 0,4 V. Takýto nízky pokles napätia v priepuste je charakteristický len pre Schottkyho diódy s maximálnym spätným napätím. rádovo v desiatkach voltov. Pri vysokých spätných napätiach sa priepustný pokles stáva porovnateľným s poklesom kremíkových diód, čo obmedzuje použitie Schottkyho diód na nízkonapäťové obvody. Napríklad pre Schottkyho výkonovú diódu 30Q150 s maximálnym možným spätným napätím (150 V) pri doprednom prúde 15 A je úbytok napätia normalizovaný na úrovni od 0,75 V (T = 125 °C) do 1,07 V (T = -55 °C).

Schottkyho bariéra má tiež nižšiu elektrickú kapacitu prechodu, čo umožňuje výrazne zvýšiť pracovnú frekvenciu diódy. Táto vlastnosť sa využíva v integrovaných obvodoch, kde Schottkyho diódy posúvajú prechody tranzistorov s logickými prvkami. Vo výkonovej elektronike umožňuje nízka kapacita prechodu (t. j. krátky čas zotavenia) postaviť usmerňovače, ktoré pracujú na frekvenciách stoviek kHz a vyšších. Napríklad dióda MBR4015 (15 V, 40 A), optimalizovaná pre vysokofrekvenčné usmernenie, je dimenzovaná na prevádzku pri dV/dt až do 1000 V/ms.

Kvôli lepším časovacím charakteristikám a malým kapacitným kapacitám prechodu sa usmerňovače založené na Schottkyho diódach líšia od tradičných diódových usmerňovačov v ich zníženej hladine hluku, čo ich robí najvýhodnejšími na použitie v spínaných zdrojoch pre analógové a digitálne zariadenia.

Nevýhody Schottkyho diód

Po prvé, pri krátkodobom prekročení maximálneho spätného napätia Schottkyho dióda nenávratne zlyhá, na rozdiel od kremíkových diód, ktoré prejdú do režimu spätného prierazu a za predpokladu, že sa neprekročí maximálny výkon rozptýlený na dióde, po poklese napätia sa dióda úplne obnoví. jeho vlastnosti.

Po druhé, Schottkyho diódy sa vyznačujú zvýšenými (v porovnaní s konvenčnými kremíkovými diódami) reverznými prúdmi, ktoré sa zvyšujú so zvyšujúcou sa teplotou kryštálu. Pre vyššie uvedený 30Q150 sa spätný prúd pri maximálnom spätnom napätí pohybuje od 0,12 mA pri +25 °C do 6,0 mA pri +125 °C. Pre nízkonapäťové diódy v puzdrách TO-220 môže spätný prúd presiahnuť stovky miliampérov (MBR4015 - až 600 mA pri +125 ° C). Pri nevyhovujúcich podmienkach odvodu tepla vedie pozitívna tepelná spätná väzba v Schottkyho dióde k jej katastrofálnemu prehriatiu.

Prúdová charakteristika Schottkyho bariéry (obr. 1) má výrazný asymetrický vzhľad. V oblasti predpätia sa prúd zvyšuje exponenciálne so zvyšujúcim sa napätím. V oblasti spätného predpätia prúd nezávisí od napätia. V oboch prípadoch, s predpätím a spätným predpätím, je prúd v Schottkyho bariére spôsobený väčšinovými nosičmi náboja - elektrónmi.

Z tohto dôvodu sú diódy založené na Schottkyho bariére rýchlo pôsobiace zariadenia, pretože im chýbajú procesy rekombinácie a difúzie. Pre bariérové ​​konštrukcie je typická asymetria prúdovo-napäťovej charakteristiky Schottkyho bariéry. Závislosť prúdu od napätia v takýchto štruktúrach je spôsobená zmenou počtu nosičov zúčastňujúcich sa na procesoch prenosu náboja. Úlohou vonkajšieho napätia je zmeniť počet elektrónov prechádzajúcich z jednej časti bariérovej štruktúry do druhej.

Schottkyho diódy v napájacích zdrojoch

V systémových napájacích zdrojoch sa Schottkyho diódy používajú na usmernenie prúdu v kanáloch +3,3 V a +5 V a ako je známe, výstupné prúdy týchto kanálov dosahujú desiatky ampérov, čo vedie k potrebe brať veľmi vážne problémy výkonu usmerňovačov a znižovania ich energetických strát. Riešenie týchto problémov môže výrazne zvýšiť účinnosť napájacích zdrojov a zvýšiť spoľahlivosť výkonových tranzistorov v primárnej časti napájacieho zdroja.

Na zníženie dynamických spínacích strát a elimináciu skratového režimu pri spínaní sa v kanáloch s najvyšším prúdom (+3,3V a +5V), kde sú tieto straty najvýznamnejšie, používajú ako usmerňovacie prvky Schottkyho diódy. Použitie Schottkyho diód v týchto kanáloch je spôsobené nasledujúcimi faktormi:

1) Schottkyho dióda je zariadenie takmer bez zotrvačnosti s veľmi krátkou dobou zotavenia spätného odporu, čo vedie k zníženiu spätného sekundárneho prúdu a k zníženiu nárazového prúdu cez kolektory výkonových tranzistorov primára. časť v momente, keď sa dióda prepne. To výrazne znižuje zaťaženie výkonových tranzistorov a v dôsledku toho zvyšuje spoľahlivosť napájacieho zdroja.

2) Pokles napätia v priepustnom smere cez Shockey diódu je tiež veľmi malý, čo pri hodnote prúdu 15–30 A poskytuje významné zvýšenie účinnosti.

Pretože v moderných napájacích zdrojoch sa stáva veľmi výkonným aj napäťový kanál +12V, použitie Schottkyho diód v tomto kanáli by tiež poskytlo významný energetický efekt, ale ich použitie v kanáli +12V je nepraktické. Je to spôsobené tým, že keď spätné napätie presiahne 50V (a v kanáli +12V môže spätné napätie dosiahnuť 60V), Schottkyho diódy začnú zle spínať (vznikajú príliš dlhé a zároveň výrazné spätné únikové prúdy), ktoré vedie k strate všetkých výhod ich aplikácií. Preto sa v kanáli +12V používajú vysokorýchlostné kremíkové impulzné diódy. Hoci priemysel teraz vyrába Schottkyho diódy s vysokým spätným napätím, ich použitie v napájacích zdrojoch sa z rôznych dôvodov, vrátane ekonomických, považuje za nevhodné. Existujú však výnimky z akéhokoľvek pravidla, takže v jednotlivých napájacích zdrojoch nájdete zostavy Schottkyho diód v +12V kanáloch.

V moderných systémových napájacích zdrojoch pre počítače sú Schottkyho diódy spravidla diódové zostavy dvoch diód (diódové polovičné mostíky), čo jednoznačne zvyšuje vyrobiteľnosť a kompaktnosť napájacích zdrojov a tiež zlepšuje podmienky chladenia diód. Použitie jednotlivých diód (obr. 2), a nie zostáv diód, je teraz indikátorom nekvalitného napájania.

Zostavy diód sa vyrábajú prevažne v troch typoch obalov (obr. 3):

TO-220 (menej výkonné zostavy s prevádzkovými prúdmi do 20 A, niekedy do 25-30 A);

TO-247 (výkonnejšie zostavy s prevádzkovými prúdmi 30 - 40 A);

TO-3P (výkonné zostavy).

Elektrický obvod a pinout zostavy Schottkyho diódy sú znázornené na (obr. 4).

Elektrické charakteristiky zostáv diód, ktoré sa najčastejšie používajú v moderných systémových napájacích zdrojoch, sú uvedené v tabuľke. 1.

Zameniteľnosť diódových zostáv je určená na základe ich charakteristík. Prirodzene, ak nie je možné použiť zostavu diód s presne rovnakými charakteristikami, je lepšie ju nahradiť zariadením s vyššími hodnotami prúdu a napätia. V opačnom prípade nebude možné zaručiť stabilnú prevádzku napájacieho zdroja. Sú prípady, keď výrobcovia používajú vo svojich zdrojoch diódové zostavy s výraznou výkonovou rezervou (hoci častejšie pozorujeme opačnú situáciu) a pri opravách je možné osadiť zariadenie s nižšími hodnotami prúdu alebo napätia. Pri takejto výmene je však potrebné starostlivo analyzovať vlastnosti napájacieho zdroja a jeho zaťaženie a všetka zodpovednosť za následky takejto úpravy samozrejme padá na plecia odborníka vykonávajúceho opravu.

Prejavy porúch v Schottkyho diódach

Ako už bolo uvedené, porucha Schottkyho diód je jedným z hlavných problémov moderných napájacích zdrojov. Aké predbežné znaky možno teda použiť na pravdepodobne určenie ich poruchy? Existuje niekoľko takýchto znakov.

Po prvé, v prípade porúch a netesností diód sekundárneho usmerňovača sa spravidla spustí ochrana a napájanie sa nespustí. To sa môže prejaviť rôznymi spôsobmi:

1) Keď je napájací zdroj zapnutý, ventilátor „škubne“, to znamená, že vykoná niekoľko otáčok a zastaví sa; Potom výstupné napätia úplne chýbajú, t.j. napájanie je zablokované.

2) Po zapnutí zdroja sa ventilátor neustále „šklbe“, na výstupoch zdroja je možné pozorovať vlnenie napätia, t.j. ochrana sa periodicky spúšťa, ale zdroj nie je úplne zablokovaný.

3) Znakom nefunkčnosti Schottkyho diód je extrémne silné zahrievanie sekundárneho radiátora, na ktorom sú inštalované.

4) Známkou netesnosti Schottkyho diód môže byť samovoľné vypnutie zdroja, a teda aj počítača, pri zvyšovaní záťaže (napríklad pri spustení programov, ktoré zabezpečia 100% vyťaženie procesora), ako aj nemožnosť spustiť počítač po „upgrade“, hoci výkon napájacieho zdroja je dostatočný.

Okrem toho je potrebné si uvedomiť, že v napájacích zdrojoch so zlým a nedomysleným obvodom vedie netesnosť usmerňovacích diód k preťaženiu primárneho okruhu a k prúdovým rázom cez výkonové tranzistory, čo môže spôsobiť ich poruchu. Profesionálny prístup k opravám napájacích zdrojov teda diktuje povinnú kontrolu diód sekundárneho usmerňovača pri každej výmene výkonových tranzistorov-spínačov primárnej časti napájacieho zdroja.

Diagnostika Schottkyho diód

Testovanie a presná diagnostika Schottkyho diód je v praxi pomerne náročná úloha, pretože veľa závisí od typu použitého meracieho prístroja a skúseností s takýmito meraniami, hoci určenie obvyklého rozpadu jednej alebo dvoch diód Schottkyho diódy montáž nie je zvlášť náročná. Aby ste to dosiahli, musíte odspájkovať zostavu diód a skontrolovať obe diódy pomocou testera podľa schémy na obr. 5. Pre takúto diagnostiku musí byť tester nastavený do režimu testovania diód. Chybná dióda bude vykazovať v oboch smeroch rovnaký odpor (zvyčajne veľmi malý, t.j. vykáže skrat), čo naznačuje jej nevhodnosť na ďalšie použitie. Avšak zjavné poruchy diódových zostáv sú v praxi veľmi, veľmi zriedkavé.

Ryža. 5

V podstate musíte riešiť netesnosti (a často aj tepelné netesnosti) Schottkyho diód. Úniky sa však týmto spôsobom zistiť nedajú. Pri testovaní testerom v „diódovom“ režime je „vytekajúca“ dióda vo veľkej väčšine prípadov plne funkčná. Zaručená diagnostická presnosť sa podľa nášho názoru dá dosiahnuť iba výmenou diódy za známe dobré podobné zariadenie.

Napriek tomu sa môžete pokúsiť identifikovať „podozrivú“ diódu pomocou techniky, ktorá zahŕňa meranie odporu jej spätného spojenia. K tomu nepoužijeme režim testovania diód, ale bežný ohmmeter.

Pozor! Pri používaní tejto techniky je potrebné pamätať na to, že rôzni testeri môžu poskytovať rôzne hodnoty, čo sa vysvetľuje rozdielmi v samotných testeroch.

Nastavíme teda hranicu merania na hodnotu a zmeriame spätný odpor diódy (obr. 6). Ako ukazuje prax, použiteľné diódy pri tomto limite merania by mali vykazovať nekonečne vysoký odpor.

Ak meranie odhalí nejaký, zvyčajne malý odpor (2–10 kOhm), tak takúto diódu možno považovať za „veľmi podozrivú“ a je lepšie ju vymeniť, alebo aspoň skontrolovať metódou výmeny. Ak skontrolujete hranicu merania, potom aj použiteľné diódy môžu vykazovať veľmi malý odpor v opačnom smere (jednotky a desiatky kOhmov), preto sa odporúča použiť limit. Prirodzene, pri veľkých meracích rozsahoch (2 MΩ, 20 MΩ atď.) sa dokonca aj absolútne použiteľná dióda ukáže ako úplne otvorená, pretože jej p-n prechod je aplikovaný príliš vysokým (pre Schottkyho diódy) spätným napätím. Na limite môžete skontrolovať porovnávacou metódou, t.j. zobrať zaručene funkčnú diódu, zmerať jej spätný odpor a porovnať s odporom testovanej diódy. Významné rozdiely v týchto meraniach budú indikovať potrebu výmeny zostavy diód.

Niekedy nastanú situácie, keď zlyhá iba jedna z diód v zostave. V tomto prípade je porucha tiež ľahko identifikovateľná porovnaním spätného odporu dvoch diód tej istej zostavy. Diódy rovnakej zostavy musia mať rovnaký odpor.

Navrhovanú metódu je možné doplniť aj testovaním tepelnej stability. Podstata tejto kontroly je nasledovná. V čase, keď je odpor spätného spoja kontrolovaný na hranici merania (pozri predchádzajúci odsek), je potrebné dotknúť sa kontaktov zostavy diódy vyhrievanou spájkovačkou, čím sa jej kryštál zahreje. Chybná diódová zostava takmer okamžite začne „plávať“, t.j. jej spätný odpor začne veľmi rýchlo klesať, zatiaľ čo prevádzkyschopná diódová zostava udržiava spätný odpor na nekonečne veľkej hodnote po dlhú dobu. Táto kontrola je veľmi dôležitá, pretože počas prevádzky sa diódová zostava veľmi zahrieva (nie nadarmo je umiestnená na radiátore) a vplyvom zahrievania mení svoje vlastnosti. Uvažovaná technika poskytuje test stability charakteristík Schottkyho diód na kolísanie teploty, pretože zvýšenie teploty puzdra na 100 alebo 125 ° C zvyšuje hodnotu spätného zvodového prúdu stokrát (pozri údaje v tabuľke 1).

Takto sa môžete pokúsiť skontrolovať Schottkyho diódu, ale navrhované metódy by sa nemali zneužívať, t.j. nemali by ste vykonávať testy pri príliš vysokom limite merania odporu a príliš zahrievať diódu, pretože teoreticky to všetko môže viesť k poškodenie diódy.

Navyše, vzhľadom na možnosť zlyhania Schottkyho diód vplyvom teploty, je nutné prísne dodržiavať všetky odporúčané podmienky spájkovania (teplotné podmienky a čas spájkovania). Aj keď musíme vzdať hold výrobcom diód, pretože mnohí z nich dosiahli, že montáž zostáv môže byť vykonaná pri vysokej teplote 250 ° C po dobu 10 sekúnd.

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) 60 CPQ150 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 krátkodobom prekročení spätného napätia okamžite zlyhajú a čo je najdôležitejšie, nenávratne. 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 profesionálnej oprave napájacieho 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 potrebné skontrolovať sekundárne diódy. 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.

Elektrotechnika a rádiová elektronika sú plné mnohých konceptov, jedným z nich je Schottkyho dióda, ktorá sa používa v mnohých elektrických obvodoch. Mnoho ľudí sa pýta, čo je to Schottkyho dióda, ako je to znázornené na diagramoch a aký je princíp fungovania Schottkyho diódy.

Všeobecné informácie a princíp fungovania

Schottkyho dióda je diódový polovodičový produkt, ktorý po pripojení priamo k obvodu vytvára malé zníženie napätia. Tento prvok pozostáva z kovu a polovodiča. Dióda je pomenovaná po slávnom nemeckom testovacom fyzikovi W. Schottkym, ktorý ju vynašiel v roku 1938 20. storočia.

V priemysle sa používa takáto dióda s obmedzeným spätným napätím - do 250 V, ale v praxi sa na domáce účely, aby sa zabránilo toku prúdu v opačnom smere, používajú hlavne nízkonapäťové možnosti - 3-10V.

Schottkyho diódy možno rozdeliť do 3 tried podľa výkonových charakteristík:

• veľká sila;
• stredný výkon;
• slaby prud.

Bariérová dióda Schottky (presnejší názov produktu) pozostáva z vodiča s kovom použitým na kontakt, ochranného krúžku a pasivácie skla.

V momente, keď prúd preteká elektrickým obvodom, záporné a kladné náboje sa zhromažďujú v rôznych častiach tela v celej oblasti polovodičovej bariéry a na ochrannom krúžku, čo vedie k vzniku elektrického poľa a uvoľneniu tepelná energia - to je veľké plus diódy pre mnohé fyzikálne experimenty.

Zostavy diód tohto typu je možné vyrobiť v niekoľkých variantoch:

• Schottkyho diódy so spoločnou anódou;
• diódové produkty s výstupom zo spoločnej katódy;
• diódy zostavené podľa zdvojovacieho obvodu.

Technické charakteristiky populárnych modifikácií Schottkyho diód

názov	Obrátený limit špičkového napätia	Obmedzte prúd usmerňovača		Špičkový dopredný elektrický prúd	Obmedzte spätný prúd	Obmedzte priepustné napätie
Jednotka merania	IN	A	OS	A	uA	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

Rozdiely od ostatných polovodičov

Schottkyho diódy sa líšia od iných diódových produktov tým, že majú bariéru vo forme prechodu - polovodičového kovu, ktorý sa vyznačuje jednosmernou elektrickou vodivosťou. Kov v nich môže byť kremík, arzenid gália a zriedkavejšie možno použiť zlúčeniny germánia, volfrámu, zlata, platiny a iné.

Výkon tohto elektronického komponentu bude úplne závisieť od zvoleného kovu. Najčastejšie sa v takýchto dizajnoch nachádza kremík, pretože je spoľahlivejší a má vynikajúci výkon pri vysokých výkonoch. Môžu sa použiť aj zlúčeniny gália a arzénu a germánia. Výrobná technológia tohto elektronického produktu je jednoduchá, z čoho vyplýva jeho nízka cena.

Schottkyho produkt sa vyznačuje stabilnejšou prevádzkou pri použití elektrického prúdu ako iné typy polovodičových diód. To sa dosahuje vďaka tomu, že sa do jeho tela zavádzajú špeciálne kryštalické formácie.

Výhody a nevýhody

Vyššie opísané diódy majú niektoré výhody, ktoré sú nasledovné:

• elektrický prúd je dokonale obsiahnutý v obvode;
• malá kapacita Schottkyho bariéry zvyšuje životnosť výrobku;
• nízky pokles napätia;
• rýchlosť v elektrickom obvode.

Najvýznamnejšou nevýhodou súčiastky je obrovský spätný prúd, ktorý aj keď tento indikátor preskočí o niekoľko jednotiek, vedie k poruche diódy.

Poznámka! Pri prevádzke Schottkyho elektrického prvku v obvodoch so silným elektrickým prúdom za nepriaznivých podmienok výmeny tepla dochádza k tepelnému prierazu.

Schottkyho dióda: označenie a označenie

Schottkyho dióda na elektrických obvodoch je označená takmer úplne rovnako ako konvenčné polovodiče, ale s niektorými vlastnosťami.

Stojí za zmienku, že na diagramoch možno nájsť aj duálne verzie Schottkyho diódy. Táto konštrukcia pozostáva z dvoch spojených diód v spoločnom kryte, ktoré majú spájkované katódy alebo anódy, čo vedie k vytvoreniu troch svoriek.

Označenia takýchto prvkov sú pripevnené na boku vo forme písmen a symbolov. Každý výrobca označuje svoje produkty vlastným spôsobom, avšak v súlade s určitými medzinárodnými normami.

Dôležité! Ak alfanumerické označenie na tele diódy nie je jasné, odporúča sa pozrieť si vysvetlenie v referenčnej knihe rádiotechniky.

Oblasť použitia

Použitie diódových štruktúr so Schottkyho bariérou možno nájsť v mnohých zariadeniach a elektrických štruktúrach. Najčastejšie sa používajú na elektrických obvodoch v nasledujúcich technikách:

• elektrické spotrebiče pre domácnosť a počítače;
• napájacie zdroje rôznych typov a stabilizátory napätia;
• televízne, - a rozhlasové zariadenia;
• Tranzistory a batérie napájané solárnou energiou;
• iná elektronika.

Takáto široká škála aplikácií je spôsobená skutočnosťou, že takýto elektrický prvok výrazne zvyšuje účinnosť a výkon konečného produktu, obnovuje spätný odpor elektrického prúdu, zachováva ho v elektrickej sieti, znižuje počet strát v dynamiku elektrického napätia a tiež absorbuje pomerne veľa rôznych druhov žiarenia.

Diagnostika Schottkyho diód

Kontrola prevádzkyschopnosti elektrického prvku Schottky nie je náročná, ale bude to chvíľu trvať. Ak chcete diagnostikovať poruchy, musíte urobiť nasledovné:

1. Najprv je potrebné odstrániť požadovaný prvok z elektrického obvodu alebo diódového mostíka;
2. Vykonajte vizuálnu kontrolu možného mechanického poškodenia, stôp po chemických a iných reakciách;
3. Skontrolujte diódu pomocou testera alebo multimetra;
4. Ak sa test vykonáva pomocou multimetra, potom po jeho zapnutí je potrebné priviesť sondy na konce katódy a anódy, v dôsledku čoho zariadenie zobrazí skutočné napätie zostavy diód.

Dôležité! Pri testovaní pomocou multimetra by ste mali brať do úvahy elektrický prúd, ktorý je zvyčajne uvedený na boku výrobku.

Výsledkom týchto jednoduchých krokov bude zistenie technického stavu polovodiča. Dióda sa môže pokaziť z nasledujúcich dôvodov:

1. Keď sa vyskytnú diery, prvok Schottky prestane držať elektrický prúd a podľa toho sa zmení z polovodiča na vodič;
2. Keď dôjde k prerušeniu diódového mostíka alebo samotného prvku diódy, tok elektrického prúdu sa úplne zastaví.

Stojí za zmienku, že pri takýchto incidentoch nebude viditeľný dym ani zápach horenia, preto bude potrebné skontrolovať všetky diódy a najlepšie je kontaktovať špecializované dielne.

Schottkyho dióda je jednoduchý a nenáročný, no zároveň mimoriadne potrebný prvok v modernej elektronike, keďže práve vďaka nej je možné zabezpečiť neprerušovaný chod mnohých zariadení a technických produktov.

Video

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 priemyselných podmienkach. 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