Site Loader

Содержание

Где стоят диоды шоттки

Обозначение, применение и параметры диодов Шоттки

К многочисленному семейству полупроводниковых диодов названных по фамилиям учёных, которые открыли необычный эффект, можно добавить ещё один. Это диод Шоттки.

Немецкий физик Вальтер Шоттка открыл и изучил так называемый барьерный эффект возникающий при определённой технологии создания перехода металл-полупроводник.

Основной «фишкой» диода Шоттки является то, что в отличие от обычных диодов на основе p-n перехода, здесь используется переход металл-полупроводник, который ещё называют барьером Шоттки. Этот барьер, так же, как и полупроводниковый p-n переход, обладает свойством односторонней электропроводимости и рядом отличительных свойств.

В качестве материала для изготовления диодов с барьером Шоттки преимущественно используется кремний (Si) и арсенид галлия (GaAs), а также такие металлы как золото, серебро, платина, палладий и вольфрам.

На принципиальных схемах диод Шоттки изображается вот так.

Как видим, его изображение несколько отличается от обозначения обычного полупроводникового диода.

Кроме такого обозначения на схемах можно встретить и изображение сдвоенного диода Шоттки (сборки).

Сдвоенный диод – это два диода смонтированных в одном общем корпусе. Выводы катодов или анодов у них объединены. Поэтому такая сборка, как правило, имеет три вывода. В импульсных блоках питания обычно применяются сборки с общим катодом.

Так как два диода размещены в одном корпусе и выполнены в едином технологическом процессе, то их параметры очень близки. Поскольку они размещены в едином корпусе, то и температурный режим их одинаков. Это увеличивает надёжность и срок службы элемента.

У диодов Шоттки есть два положительных качества: весьма малое прямое падение напряжения (0,2-0,4 вольта) на переходе и очень высокое быстродействие.

К сожалению, такое малое падение напряжения проявляется при приложенном напряжении не более 50-60 вольт. При дальнейшем его повышении диод Шоттки ведёт себя как обычный кремниевый выпрямительный диод. Максимальное обратное напряжение для Шоттки обычно не превышает 250 вольт, хотя в продаже можно встретить образцы, рассчитанные и на 1,2 киловольта (VS-10ETS12-M3).

Так, сдвоенный диод Шоттки (Schottky rectifier) 60CPQ150 рассчитан на максимальное обратное напряжение 150V, а каждый из диодов сборки способен пропустить в прямом включении 30 ампер!

Также можно встретить образцы, выпрямленный за полупериод ток которых может достигать 400А максимум! Примером может служит модель VS-400CNQ045.

Очень часто в принципиальных схемах сложное графическое изображение катода попросту опускают и изображают диод Шоттки как обычный диод. А тип применяемого элемента указывают в спецификации.

К недостаткам диодов с барьером Шоттки можно отнести то, что даже при кратковременном превышении обратного напряжения они мгновенно выходят из строя и главное необратимо. В то время как кремниевые силовые вентили после прекращения действия превышенного напряжения прекрасно самовосстанавливаются и продолжают работать. Кроме того обратный ток диодов очень сильно зависит от температуры перехода. На большом обратном токе возникает тепловой пробой.

К положительным качествам диодов Шоттки кроме высокого быстродействия, а, следовательно, малого времени восстановления можно отнести малую ёмкость перехода (барьера), что позволяет повысить рабочую частоту. Это позволяет использовать их в импульсных выпрямителях на частотах в сотни килогерц. Очень много диодов Шоттки находят своё применение в интегральной микроэлектронике. Выполненные по нано технологии диоды Шоттки входят в состав интегральных схем, где они шунтируют переходы транзисторов для повышения быстродействия.

В радиолюбительской практике прижились диоды Шоттки серии 1N581x (1N5817, 1N5818, 1N5819). Все они рассчитаны на максимальный прямой ток (

IF(AV)) – 1 ампер и обратное напряжение (VRRM) от 20 до 40 вольт. Падение напряжения (VF) на переходе составляет от 0,45 до 0,55 вольт. Как уже говорилось, прямое падение напряжения (Forward voltage drop) у диодов с барьером Шоттки очень мало.

Также достаточно известным элементом является 1N5822. Он рассчитан на прямой ток в 3 ампера и выполнен в корпусе DO-201AD.

Также на печатных платах можно встретить диоды серии SK12 – SK16 для поверхностного монтажа. Они имеют довольно небольшие размеры. Несмотря на это SK12-SK16 выдерживают прямой ток до 1 ампера при обратном напряжении 20 – 60 вольт. Прямое падение напряжения составляет 0,55 вольт (для SK12, SK13, SK14) и 0,7 вольт (для SK15, SK16). Также на практике можно встретить диоды серии SK32 – SK310, например,

SK36, который рассчитан на прямой ток 3 ампера.

Применение диодов Шоттки в источниках питания.

Диоды Шоттки активно применяются в блоках питания компьютеров и импульсных стабилизаторах напряжения. Среди низковольтных питающих напряжений самыми сильноточными (десятки ампер) являются напряжения +3,3 вольта и +5,0 вольт. Именно в этих вторичных источниках питания и используются диоды с барьером Шоттки. Чаще всего используются трёхвыводные сборки с общим катодом. Именно применение сборок может считаться признаком высококачественного и технологичного блока питания.

Выход из строя диодов Шоттки одна из наиболее часто встречающихся неисправностей в импульсных блоках питания. У него может быть два «дохлых» состояния: чистый электрический пробой и утечка. При наличии одного из этих состояний блок питания компьютера блокируется, так как срабатывает защита. Но это может происходить по-разному.

В первом случае все вторичные напряжения отсутствуют. Защита заблокировала блок питания. Во втором случае вентилятор «подёргивается» и на выходе источников питания периодически то появляются пульсации напряжения, то пропадают.

То есть схема защиты периодически срабатывает, но полной блокировки источника питания при этом не происходит. Диоды Шоттки гарантированно вышли из строя, если радиатор, на котором они установлены, разогрет очень сильно до появления неприятного запаха. И последний вариант диагностики связанный с утечкой: при увеличении нагрузки на центральный процессор в мультипрограммном режиме блок питания самопроизвольно отключается.

Следует иметь в виду, что при профессиональном ремонте блока питания после замены вторичных диодов, особенно с подозрением на утечку, следует проверить все силовые транзисторы выполняющие функцию ключей и наоборот: после замены ключевых транзисторов проверка вторичных диодов является обязательной процедурой. Всегда необходимо руководствоваться принципом: беда одна не приходит.

Проверка диодов Шоттки мультиметром.

Проверить диод Шоттки можно с помощью рядового мультиметра. Методика такая же, как и при проверке обычного полупроводникового диода с p-n переходом. Но и тут есть подводные камни. Особенно трудно проверить диод с утечкой. Прежде всего, элемент необходимо выпаять из схемы для более точной проверки. Достаточно легко определить полностью пробитый диод. На всех пределах измерения сопротивления неисправный элемент будет иметь бесконечно малое сопротивление, как в прямом, так и в обратном включении. Это равносильно короткому замыканию.

Сложнее проверить диод с подозрением на «утечку». Если проводить проверку мультиметром DT-830 в режиме «диод», то мы увидим совершенно исправный элемент. Можно попробовать измерить в режиме омметра его обратное сопротивление. На пределе «20кОм» обратное сопротивление определяется как бесконечно большое. Если же прибор показывает хоть какое-то сопротивление, допустим 3 кОм, то этот диод следует рассматривать как подозрительный и менять на заведомо исправный. Стопроцентную гарантию может дать полная замена диодов Шоттки по шинам питания +3,3V и +5,0V.

Где ещё в электронике используются диоды Шоттки? Их можно обнаружить в довольно экзотических приборах, таких как приёмники альфа и бета излучения, детекторах нейтронного излучения, а в последнее время на барьерных переходах Шоттки собирают панели солнечных батарей. Так, что они питают электроэнергией и космические аппараты.

Обозначение, применение и параметры диодов Шоттки

К многочисленному семейству полупроводниковых диодов названных по фамилиям учёных, которые открыли необычный эффект, можно добавить ещё один. Это диод Шоттки.

Немецкий физик Вальтер Шоттка открыл и изучил так называемый барьерный эффект возникающий при определённой технологии создания перехода металл-полупроводник.

Основной «фишкой» диода Шоттки является то, что в отличие от обычных диодов на основе p-n перехода, здесь используется переход металл-полупроводник, который ещё называют барьером Шоттки. Этот барьер, так же, как и полупроводниковый p-n переход, обладает свойством односторонней электропроводимости и рядом отличительных свойств.

В качестве материала для изготовления диодов с барьером Шоттки преимущественно используется кремний (Si) и арсенид галлия (GaAs), а также такие металлы как золото, серебро, платина, палладий и вольфрам.

На принципиальных схемах диод Шоттки изображается вот так.

Как видим, его изображение несколько отличается от обозначения обычного полупроводникового диода.

Кроме такого обозначения на схемах можно встретить и изображение сдвоенного диода Шоттки (сборки).

Сдвоенный диод – это два диода смонтированных в одном общем корпусе. Выводы катодов или анодов у них объединены. Поэтому такая сборка, как правило, имеет три вывода. В импульсных блоках питания обычно применяются сборки с общим катодом.

Так как два диода размещены в одном корпусе и выполнены в едином технологическом процессе, то их параметры очень близки. Поскольку они размещены в едином корпусе, то и температурный режим их одинаков. Это увеличивает надёжность и срок службы элемента.

У диодов Шоттки есть два положительных качества: весьма малое прямое падение напряжения (0,2-0,4 вольта) на переходе и очень высокое быстродействие.

К сожалению, такое малое падение напряжения проявляется при приложенном напряжении не более 50-60 вольт. При дальнейшем его повышении диод Шоттки ведёт себя как обычный кремниевый выпрямительный диод. Максимальное обратное напряжение для Шоттки обычно не превышает 250 вольт, хотя в продаже можно встретить образцы, рассчитанные и на 1,2 киловольта (VS-10ETS12-M3).

Так, сдвоенный диод Шоттки (Schottky rectifier) 60CPQ150 рассчитан на максимальное обратное напряжение 150V, а каждый из диодов сборки способен пропустить в прямом включении 30 ампер!

Также можно встретить образцы, выпрямленный за полупериод ток которых может достигать 400А максимум! Примером может служит модель VS-400CNQ045.

Очень часто в принципиальных схемах сложное графическое изображение катода попросту опускают и изображают диод Шоттки как обычный диод. А тип применяемого элемента указывают в спецификации.

К недостаткам диодов с барьером Шоттки можно отнести то, что даже при кратковременном превышении обратного напряжения они мгновенно выходят из строя и главное необратимо. В то время как кремниевые силовые вентили после прекращения действия превышенного напряжения прекрасно самовосстанавливаются и продолжают работать. Кроме того обратный ток диодов очень сильно зависит от температуры перехода. На большом обратном токе возникает тепловой пробой.

К положительным качествам диодов Шоттки кроме высокого быстродействия, а, следовательно, малого времени восстановления можно отнести малую ёмкость перехода (барьера), что позволяет повысить рабочую частоту. Это позволяет использовать их в импульсных выпрямителях на частотах в сотни килогерц. Очень много диодов Шоттки находят своё применение в интегральной микроэлектронике. Выполненные по нано технологии диоды Шоттки входят в состав интегральных схем, где они шунтируют переходы транзисторов для повышения быстродействия.

В радиолюбительской практике прижились диоды Шоттки серии 1N581x (1N5817, 1N5818, 1N5819). Все они рассчитаны на максимальный прямой ток (IF(AV)) – 1 ампер и обратное напряжение (VRRM) от 20 до 40 вольт. Падение напряжения (VF) на переходе составляет от 0,45 до 0,55 вольт. Как уже говорилось, прямое падение напряжения (Forward voltage drop) у диодов с барьером Шоттки очень мало.

Также достаточно известным элементом является 1N5822. Он рассчитан на прямой ток в 3 ампера и выполнен в корпусе DO-201AD.

Также на печатных платах можно встретить диоды серии SK12 – SK16 для поверхностного монтажа. Они имеют довольно небольшие размеры. Несмотря на это SK12-SK16 выдерживают прямой ток до 1 ампера при обратном напряжении 20 – 60 вольт. Прямое падение напряжения составляет 0,55 вольт (для SK12, SK13, SK14) и 0,7 вольт (для SK15, SK16). Также на практике можно встретить диоды серии SK32 – SK310, например, SK36, который рассчитан на прямой ток 3 ампера.

Применение диодов Шоттки в источниках питания.

Диоды Шоттки активно применяются в блоках питания компьютеров и импульсных стабилизаторах напряжения. Среди низковольтных питающих напряжений самыми сильноточными (десятки ампер) являются напряжения +3,3 вольта и +5,0 вольт. Именно в этих вторичных источниках питания и используются диоды с барьером Шоттки. Чаще всего используются трёхвыводные сборки с общим катодом. Именно применение сборок может считаться признаком высококачественного и технологичного блока питания.

Выход из строя диодов Шоттки одна из наиболее часто встречающихся неисправностей в импульсных блоках питания. У него может быть два «дохлых» состояния: чистый электрический пробой и утечка. При наличии одного из этих состояний блок питания компьютера блокируется, так как срабатывает защита. Но это может происходить по-разному.

В первом случае все вторичные напряжения отсутствуют. Защита заблокировала блок питания. Во втором случае вентилятор «подёргивается» и на выходе источников питания периодически то появляются пульсации напряжения, то пропадают.

То есть схема защиты периодически срабатывает, но полной блокировки источника питания при этом не происходит. Диоды Шоттки гарантированно вышли из строя, если радиатор, на котором они установлены, разогрет очень сильно до появления неприятного запаха. И последний вариант диагностики связанный с утечкой: при увеличении нагрузки на центральный процессор в мультипрограммном режиме блок питания самопроизвольно отключается.

Следует иметь в виду, что при профессиональном ремонте блока питания после замены вторичных диодов, особенно с подозрением на утечку, следует проверить все силовые транзисторы выполняющие функцию ключей и наоборот: после замены ключевых транзисторов проверка вторичных диодов является обязательной процедурой. Всегда необходимо руководствоваться принципом: беда одна не приходит.

Проверка диодов Шоттки мультиметром.

Проверить диод Шоттки можно с помощью рядового мультиметра. Методика такая же, как и при проверке обычного полупроводникового диода с p-n переходом. Но и тут есть подводные камни. Особенно трудно проверить диод с утечкой. Прежде всего, элемент необходимо выпаять из схемы для более точной проверки. Достаточно легко определить полностью пробитый диод. На всех пределах измерения сопротивления неисправный элемент будет иметь бесконечно малое сопротивление, как в прямом, так и в обратном включении. Это равносильно короткому замыканию.

Сложнее проверить диод с подозрением на «утечку». Если проводить проверку мультиметром DT-830 в режиме «диод», то мы увидим совершенно исправный элемент. Можно попробовать измерить в режиме омметра его обратное сопротивление. На пределе «20кОм» обратное сопротивление определяется как бесконечно большое. Если же прибор показывает хоть какое-то сопротивление, допустим 3 кОм, то этот диод следует рассматривать как подозрительный и менять на заведомо исправный. Стопроцентную гарантию может дать полная замена диодов Шоттки по шинам питания +3,3V и +5,0V.

Где ещё в электронике используются диоды Шоттки? Их можно обнаружить в довольно экзотических приборах, таких как приёмники альфа и бета излучения, детекторах нейтронного излучения, а в последнее время на барьерных переходах Шоттки собирают панели солнечных батарей. Так, что они питают электроэнергией и космические аппараты.

Виды диодов

Диод Шоттки относится к семейству диодов. Выглядит он почти также, как и его собраться, но есть небольшие отличия.

Простой диод выглядит на схемах вот так:

обозначение диода на схеме

Стабилитрон уже обозначается, как диод с “кепочкой”

обозначение стабилитрона на схеме

Диод Шоттки имеет две “кепочки”

обозначение диода шоттки на схеме

Чтобы проще запомнить, можно добавить голову и ножки и представить себе человечка, танцующего ламбаду)

Обратное напряжение диода

Итак, как вы помните, диод пропускает электрический ток только в одном направлении, а в другом направлении блокирует прохождение электрического тока до какого-то критического значения, называемым обратным напряжением диода.

Это значение можно найти в даташите

обратное напряжение диода

Для каждой марки диода оно разное

Если превысить это значение, то произойдет пробой, и диод выйдет из строя.

Падение напряжения на диоде Шоттки

Если же подать прямой ток на диод, то на диоде будет “оседать” напряжение. Это падение напряжения называется прямым падением напряжения на диоде. В даташитах обозначается как Vf , то есть Voltage drop.

прямое падение напряжения на диоде

Если пропустить через такой диод прямой ток, то мощность, которая будет на нем рассеиваться, будет определяться формулой:

Vf – прямое падение напряжение на диоде, В

Поэтому, одним из главных преимуществ диода Шоттки является то, что его прямое падение напряжения намного меньше, чем у простого диода. Следовательно, он будет меньше рассеивать тепло, или простым языком, меньше нагреваться.

Давайте рассмотрим один из примеров. Возьмем диод 1N4007. Его прямое падение напряжения составляет 0,83 Вольт, что типично для простого полупроводникового диода.

падение напряжение на диоде в прямом включении

В настоящий момент через него проходит сила тока, равная 0,5 А. Давайте рассчитаем его рассеиваемую мощность в данный момент. P=0,83 x 0,5 = 0,415 Вт.

Если рассмотреть этот случай через тепловизор, то можно увидеть, что его температура корпуса составила 54,4 градуса по Цельсию.

Теперь давайте проведем тот же самый эксперимент с диодом Шоттки 1N5817. Как вы видите, его прямое падение напряжения составило примерно 0,35 В.

падение напряжения на диоде Шоттки при прямом включении

При прохождении силы тока через диод Шоттки в 0,5 А, мы получим рассеиваемую мощность P=0,5 x 0,35 = 0,175 Вт. При этом тепловизор нам покажет, что температура корпуса уже будет 38,2 градуса.

Следовательно, Шоттки намного эффективнее, чем простой полупроводниковый диод в плане пропускания через себя прямого тока, так как он обладает меньшим падением напряжения, а следовательно, меньше рассеивает тепло в окружающее пространство и меньше нагревается.

Прямое падение напряжения можно также посмотреть и в даташитах. Например, прямое падение напряжения на диоде Шоттки 1N5817 можно найти из графика зависимости прямого тока от падения напряжения на диоде Шоттки

график зависимости прямого тока от напряжения

В нашем случае если следовать графо-аналитическому способу, то мы как раз получаем значение 0,35 В

Диод Шоттки в ВЧ цепях

Также диоды Шоттки обладают быстрой скоростью переключения. Это значит, что мы можем использовать их в высокочастотных (ВЧ) цепях.

Итак, возьмем генератор частоты и выставим синус частотой в 60 Гц

Возьмем диод 1N4007 и диод Шоттки 1N5817. Подключим их по простой схеме однополупериодного выпрямителя

и будем снимать с них показания

Как вы видите, оба они прекрасно справляются со своей задачей по выпрямлению сигнала на частоте в 60 Гц.

Но что будет, если мы увеличим частоту до 300 кГц?

Ого! Диод Шоттки более-менее справляется со своей задачей, что нельзя сказать о простом диоде 1N4007. Простой диод не может справиться со своей задачей не пропускать обратный ток, поэтому на осциллограмме мы видим отрицательный выброс

Отсюда можно сделать вывод: диоды Шоттки рекомендуется использовать в ВЧ цепях.

Обратный ток утечки

Но раз уж диоды Шоттки такие крутые, то почему бы их не использовать везде? Почему мы до сих пор используем простые диоды?

Если мы подключим диод в обратном направлении, то он будет блокировать прохождение электрического тока. Это верно, но не совсем. Очень маленький ток все равно будет проходить через диод. В некоторых случаях это не принимают во внимание. Этот маленький ток называется обратным током утечки. На английский манер это звучит как reverse leakage current.

Он очень мал, но имеет место быть.

Проведем простой опыт. Возьмем лабораторный блок питания, выставим на нем 19 В и подадим это напряжение на диод в обратном направлении

Замеряем ток утечки

обратный ток утечки диода

Как вы видите, его значение составляет 0,1 мкА.

Давайте теперь повторим этот же самый опыт с диодом Шоттки

обратный ток утечки диода Шоттки

Ого, уже почти 20 мкА! Ну да, в некоторых случаях это сущие копейки и ими можно пренебречь. Но есть схемы, где все-таки недопустим такой незначительный ток. Например, в схемах пикового детектора

схема пик детектора

В этом случае эти 20 мкА будут весьма значительны.

Но есть также еще один камень преткновения. С увеличением температуры обратный ток утечки возрастает в разы!

зависимость обратного тока утечки от температуры корпуса диода Шоттки

Поэтому, вы не можете использовать Шоттки везде в схемах.

Но и это еще не все. Обратное напряжение для диодов Шоттки в разы меньше, чем для простых выпрямительных диодов. Это можно также увидеть из даташита. Если для диода 1N4007 обратное напряжение составляет 1000 В

То для диода Шоттки 1N5817 это обратное напряжение уже будет составлять всего-то 20 В

Поэтому, если это напряжение превысит значение, которое описано в даташите, мы в итоге получим:

Применение диодов Шоттки


Диоды Шоттки находят достаточно широкое применение. Их можно найти везде, где требуется минимальное прямое падение напряжения, а также в цепях ВЧ. Чаще всего их можно увидеть в компьютерных блоках питания, а также в импульсных стабилизаторах напряжения.

Также эти диоды нашли применение в солнечных панелях, так как солнечные панели генерируют электрический ток только в светлое время суток. Чтобы в темное время суток не было обратного процесса потребления тока от аккумуляторов, в панели монтируют диоды Шоттки

Шоттки в солнечных панелях

В компьютерной технике чаще всего можно увидеть два диода в одном корпусе

При написании данной статьи использовался материал с этого видео

мир электроники — Диод Шоттки

Электронные компоненты 

материалы в категории

Общие понятия и устройство диода Шоттки

Такой элемент как диод Шоттки хотя и был изобретен достаточно давно но в обиходе радиолюбителей появился сравнительно недавно и обусловлено это стало тем что диод Шоттки имеет два очень важных и полезных свойства: во-первых очень большое быстродействие и во-вторых малое падение прямого напряжения на переходе.
Раньше эти два фактора особого значения не имели но в современной аппаратуре, работающей на более высоких частотах чем ранее, диод Шотки просто незаменим.

Давайте рассмотрим устройство диода Шоттки (его еще называют диод с барьером Шоттки).

Самое интересное в диоде Шоттки то что в нем нету p-n перехода (!). Вместо него сделан переход- металл-полупроводник (смотрим картинку)

Обозначения на рисунке: 1- подложка из полупроводника, 2- эпитаксиальная плёнка; 3 — контакт металл — полупроводник; 4 — металлическая плёнка; 5 — внешний контакт.

При прохождении электрического тока через такой переход избыток электронов будет распределяться по приконтактной области металлического вывода создавая своего рода барьер (его назвали барьер Шоттки) и за счет этого образуются выпрямительные свойства. Причем высоту барьера можно еще и изменять меняя тем самым свойства диода.

Обозначение диода Шоттки на схеме

На схемах диод Шоттки обозначается вот так:

Как проверить диод Шоттки


Как уже упоминалось выше диод Шоттки имеет малое падение напряжения на переходе: В то время, как обычные кремниевые диоды имеют прямое падение напряжения около 0,6—0,7V, германиевые около 0,4V, у диода Шоотки и того меньше- около 0,2V. А так как мультиметр при проверке показывает не что иное как падение напряжения на переходе то и показания будет малы: если при проверке обычных диодов показания мультиметра будут около 300…400 для германиевых и 450…650 для кремниевых диодов, то при проверке диода Шоттки мультиметр покажет 100…150.

Недостатки диода Шоттки

Вот вроде всем диод Шоттки хорош: и при ВЧ токах работает и обратной емкости не имеет и падение напряжение на нем минимальное, но все-же при всех своих прелестях у диода Шоттки есть и недостатки:

При кратковременном превышении максимального обратного напряжения диод Шоттки необратимо выходит из строя (КЗ — короткое замыкание), в отличие от обычных кремниевых p-n диодов, которые переходят в режим обратимого пробоя, и, при условии непревышения рассеиваемой на диоде максимальной мощности после падения напряжения, диод полностью восстанавливает свои свойства.

Диоды Шоттки характеризуются повышенными (относительно обычных кремниевых p-n диодов) обратными токами, возрастающими с ростом температуры кристалла. Для 30CPQ150 обратный ток при максимальном обратном напряжении изменяется от 0,12 мА при +25 °C до 6,0 мА при +125 °C. У низковольтных диодов в корпусах ТО220 обратный ток может превышать сотни миллиампер (MBR4015 — до 600 мА при +125 °C). При неудовлетворительных условиях теплоотвода положительная обратная связь по теплу в диоде Шоттки приводит к его катастрофическому перегреву.

Как выглядит диод Шоттки? Да как и самый обычный диод и определить его можно лишь по маркировке да по схемному обозначению

 

Диод Шоттки: открытие, высота барьера, преимущества

Диод Шоттки – это полупроводниковый электрический выпрямительный элемент, где в качестве барьера используется переход металл-полупроводник. В результате приобретаются полезные свойства: высокое быстродействие и малое падение напряжения в прямом направлении.

Из истории открытия диодов Шоттки

Выпрямительные свойства перехода металл-полупроводник впервые замечены в 1874 году Фердинандом Брауном на примере сульфидов. Пропуская ток в прямом и обратном направлении, он отметил разницу в 30%, что в корне противоречило известному закону Ома. Браун не смог объяснить происходящего, но, продолжив исследования, установил, что и сопротивление участка пропорционально протекающему току. Что также выглядело необычно.

Выпрямительный диод

Опыты повторились физиками. К примеру, Вернер Сименс отметил похожие свойства селена. Браун установил, что свойства конструкции проявляются наиболее ярко при небольшом размере контактов, приложенных к кристаллу сульфида. Исследователь применял:

  • подпружиненную проволоку с давлением 1 кг;
  • ртутный контакт;
  • металлизированную медью площадку.

Так на свет появился точечный диод, в 1900 году помешавший нашему соотечественнику Попову взять патент на детектор для радио. В собственных работах Браун излагает исследования марганцевой руды (псиломелана). Прижав контакты к кристаллу струбциной и изолировав губки от токонесущей части, учёный получил превосходные результаты, но применения эффекту в то время не нашлось. Описав, необычные свойства сульфида меди, Фердинанд положил начало твердотельной электронике.

За Брауна практическое применение нашли единомышленники. Профессор Джагдиш Чандра Бос сообщил 27 апреля 1899 года о создании первого детектора-приёмника для работы в паре с радиопередатчиком. Он использовал галенит (оксид свинца) в паре с простым проводом и поймал волны миллиметрового диапазона. В 1901 году запатентовал своё детище. Не исключено, что под влиянием слухов о Попове. Детектор Боса использован в первой трансатлантической радиопередаче Маркони. Аналогичного рода устройства на кристалле кремния запатентовал в 1906 году Гринлиф Уиттер Пиккард.

Гринлиф Уиттер Пиккард

В своей речи на вручении Нобелевской премии в 1909 году Браун отметил, что не понимает принципов открытого им явления, зато обнаружил целый ряд материалов, проявляющих новые свойства. Это уже упомянутый выше галенит, пирит, пиролюзит, тетраэдрит и ряд прочих. Перечисленные материалы привлекли внимание по простой причине: проводили электрический ток, хотя считались соединениями элементов таблицы Менделеева. Прежде подобные свойства считались прерогативой простых металлов.

Наконец, в 1926 году уже появились первые транзисторы с барьером Шоттки, а теорию под явление подвёл Уильям Брэдфорд Шокли в 1939 году. Тогда же Невилл Франсис Мот объяснил явления, происходящие в на стыке двух материалов, вычислив ток диффузии и дрейфа основных носителей заряда. Вальтер Шоттки дополнил теорию, заменив линейное электрическое поле затухающим и добавив представление о донорах ионов, расположенных в приповерхностном слое полупроводника. Объёмный заряд на границе раздела под слоем металла назвали именем учёного.

Схожие попытки подведения теории под имеющийся факт предпринимал Давыдов в 1939 году, но неправильно дал лимитирующие факторы для тока и допустил прочие ошибки. Самые правильные выводы сделал Ханс Альбрехт Бете в 1942 году, увязавший ток с термоэлектронной эмиссией носителей сквозь потенциальный барьер на границе двух материалов. Таким образом, современное название явления и диодов должно бы носить имя последнего учёного, теория Шоттки обнаруживала изъяны.

Учёный Шоттки

Теоретические исследования упираются в сложность измерения работы выхода электронов из материала в вакуум. Даже для химически инертного и стабильного металла золота определённые показания разнятся от 4 до 4,92 эВ. При высокой степени вакуума, в отсутствие ртути от насоса или масляной плёнки, получаются значения в 5,2 эВ. С развитием технологии в будущем предвидятся значения точнее. Иным вариантом решения станет использование сведений об электроотрицательности материалов для правильного предсказания событий на границе перехода. Эти величины (по шкале Поллинга) известны с точностью до 0,1 эВ. Из сказанного понятно: сегодня правильно предсказать высоту барьера по указанным методикам и, следовательно, выпрямительные свойства диодов Шоттки не представляется возможным.

Лучшие способы определения высоты барьера Шоттки

Высоту допустимо определить по известной формуле (см. рис). Где С – коэффициент, слабо зависящий от температуры. Зависимость от приложенного напряжения Va, несмотря на сложную форму считается почти линейной. Угол наклона графика составляет q/ kT. Высоту барьера определяют по графику зависимости lnJ от 1/Т при фиксированном напряжении. Расчёт ведётся по углу наклона.

Формула для расчётов

Альтернативный метод состоит в облучении перехода металл-полупроводник светом. Используются способы:

  1. Свет проходит через толщу полупроводника.
  2. Свет падает прямо на чувствительную площадку фотоэлемента.

Если энергия фотона укладывается в промежуток энергий между запрещённой зоной полупроводника и высотой барьера, наблюдается эмиссия электронов из металла. Когда параметр выше обоих указанных величин, выходной ток резко возрастает, что легко заметно на установке для эксперимента. Указанный метод позволяет установить, что работы выхода для одинакового полупроводника, с разными типами типами проводимости (n и p), в сумме дают ширину запрещённой зоны материала.

Новым методом для определения высоты барьера Шоттки служит измерение ёмкости перехода в зависимости от приложенного обратного напряжения. График показывает вид прямой, пересекающей ось абсцисс в точке, характеризующей искомую величину. Результат экспериментов сильно зависит от качества подготовки поверхности. Изучение технологических методов обработки показывает, что травление в плавиковой кислоте оставляет на образце из кремния слой оксидной плёнки толщиной 10 – 20 ангстрем.

Неизменно отмечается эффект старения. Меньше характерен для диодов Шоттки, образованных путём скола кристалла. Высоты барьеров отличаются для конкретного материала, в отдельных случаях сильно зависят от электроотрицательности металлов. Для арсенида галлия фактор почти не проявляется, в случае с сульфидом цинка играет решающую роль. Зато в последнем случае слабое действие оказывает качество подготовки поверхности, для GaAs это крайне важно. Сульфид кадмия находится в промежуточном положении относительно указанных материалов.

При исследовании оказалось, что большинство полупроводников ведёт себя подобно GaAs, включая кремний. Мид объяснил это тем, что на поверхности материала образуется ряд формаций, где энергия электронов лежит в области трети запрещённой зоны от зоны валентности. В результате при контакте с металлом уровень Ферми в последнем стремится занять схожее положение. История повторяется с любым проводником. Одновременно высота барьера становится разницей между уровнем Ферми и краем зоны проводимости в полупроводнике.

Сильное влияние электроотрицательности металла наблюдается в материалах с ярко выраженными ионными связями. Это прежде всего четырёхвалентный оксид кремния и сульфид цинка. Объясняется указанный факт отсутствием формаций, влияющих на уровень Ферми в металле. В заключение добавим, что исчерпывающей теории по поводу рассматриваемого вопроса сегодня не создано.

Преимущества диодов Шоттки

Не секрет, что диоды Шоттки служат выпрямителями на выходе импульсных блоков питания. Производители упирают на то, что потери мощности и нагрев в этом случае намного ниже. Установлено, что падение напряжения при прямом включении на диоде Шоттки меньше в 1,5 – 2 раза, нежели в любом типе выпрямителей. Попробуем объяснить причину.

Рассмотрим работу обычного p-n-перехода. При контакте материалов с двумя разными типами проводимости начинается диффузия основных носителей за границу контакта, где они уже не основные. В физике это называется запирающим слоем. Если на n-область подать положительный потенциал, основные носители электроны моментально притянутся в выводу. Тогда запирающий слой расширится, ток не течёт. При прямом включении основные носители, напротив, наступают на запирающий слой, где активно с ним рекомбинируют. Переход открывается, течёт ток.

Выходит, ни открыть, ни закрыть простой диод мгновенно не получится. Идут процессы образования и ликвидация запирающего слоя, требующие времени. Диод Шоттки ведёт себя чуть по-иному. Приложенное прямое напряжение открывает переход, но инжекции дырок в n-полупроводник практически не происходит, барьер для них велик, в металле таких носителей мало. При обратном включении в сильно легированных полупроводниках способен течь туннельный ток.

Читатели, ознакомленные с темой Светодиодное освещение, уже в курсе, что первоначально в 1907 году Генри Джозеф Раунд сделал открытие на кристаллическом детекторе. Это диод Шоттки в первом приближении: граница металла и карбида кремния. Разница в том, что сегодня используют полупроводник n-типа и алюминий.

Диод Шоттки умеет не только светиться: для этих целей используют p-n-переход. Контакт металл-полупроводник не всегда становится выпрямляющим. В последнем случае называется омическим и входит в состав большинства транзисторов, где его паразитные эффекты излишни и вредны. Каким будет переход, зависит от высоты барьера Шоттки. При больших значениях параметра, превышающих температурную энергию, появляются выпрямительные свойства. Свойства определяется разностью работы выхода металла (в вакууме) и полупроводника, либо электронным сродством.

Свойства перехода зависят от применяемых материалов и от геометрических размеров. Объёмный заряд в рассматриваемом случае меньше, нежели при контакте двух полупроводников разного типа, значит, время переключения значительно снижается. В типичном случае укладывается в диапазон от сотен пс до десятков нс. Для обычных диодов минимум на порядок выше. В теории это выглядит как отсутствие повышения уровня барьера при приложенном обратном напряжении. Легко объяснить и малое падение напряжения тем, что часть перехода составлена чистым проводником. Актуально для приборов, рассчитанных на сравнительно низкие напряжения в десятки вольт.

Сообразно свойствам диодов Шоттки они находят широкое применение в импульсных блоках питания для бытовой техники. Это позволяет снизить потери, улучшить тепловой режим работы выпрямителей. Малая площадь перехода обусловливает низкие напряжения пробоя, что слегка компенсируется увеличением площади металлизации на кристалле, охватывающей часть изолированной оксидом кремния области. Эта площадь, напоминающая конденсатор, при обратном включении диода обедняет прилегающие слои основными носителями заряда, значительно улучшая показатели.

Благодаря быстродействию диоды Шоттки активно применяются в интегральных схемах, нацеленных на использование высоких частот – рабочих и частот синхронизации.

Диод шоттки как выглядит — Яхт клуб Ост-Вест

Обозначение, применение и параметры диодов Шоттки

К многочисленному семейству полупроводниковых диодов названных по фамилиям учёных, которые открыли необычный эффект, можно добавить ещё один. Это диод Шоттки.

Немецкий физик Вальтер Шоттка открыл и изучил так называемый барьерный эффект возникающий при определённой технологии создания перехода металл-полупроводник.

Основной «фишкой» диода Шоттки является то, что в отличие от обычных диодов на основе p-n перехода, здесь используется переход металл-полупроводник, который ещё называют барьером Шоттки. Этот барьер, так же, как и полупроводниковый p-n переход, обладает свойством односторонней электропроводимости и рядом отличительных свойств.

В качестве материала для изготовления диодов с барьером Шоттки преимущественно используется кремний (Si) и арсенид галлия (GaAs), а также такие металлы как золото, серебро, платина, палладий и вольфрам.

На принципиальных схемах диод Шоттки изображается вот так.

Как видим, его изображение несколько отличается от обозначения обычного полупроводникового диода.

Кроме такого обозначения на схемах можно встретить и изображение сдвоенного диода Шоттки (сборки).

Сдвоенный диод – это два диода смонтированных в одном общем корпусе. Выводы катодов или анодов у них объединены. Поэтому такая сборка, как правило, имеет три вывода. В импульсных блоках питания обычно применяются сборки с общим катодом.

Так как два диода размещены в одном корпусе и выполнены в едином технологическом процессе, то их параметры очень близки. Поскольку они размещены в едином корпусе, то и температурный режим их одинаков. Это увеличивает надёжность и срок службы элемента.

У диодов Шоттки есть два положительных качества: весьма малое прямое падение напряжения (0,2-0,4 вольта) на переходе и очень высокое быстродействие.

К сожалению, такое малое падение напряжения проявляется при приложенном напряжении не более 50-60 вольт. При дальнейшем его повышении диод Шоттки ведёт себя как обычный кремниевый выпрямительный диод. Максимальное обратное напряжение для Шоттки обычно не превышает 250 вольт, хотя в продаже можно встретить образцы, рассчитанные и на 1,2 киловольта (VS-10ETS12-M3).

Так, сдвоенный диод Шоттки (Schottky rectifier) 60CPQ150 рассчитан на максимальное обратное напряжение 150V, а каждый из диодов сборки способен пропустить в прямом включении 30 ампер!

Также можно встретить образцы, выпрямленный за полупериод ток которых может достигать 400А максимум! Примером может служит модель VS-400CNQ045.

Очень часто в принципиальных схемах сложное графическое изображение катода попросту опускают и изображают диод Шоттки как обычный диод. А тип применяемого элемента указывают в спецификации.

К недостаткам диодов с барьером Шоттки можно отнести то, что даже при кратковременном превышении обратного напряжения они мгновенно выходят из строя и главное необратимо. В то время как кремниевые силовые вентили после прекращения действия превышенного напряжения прекрасно самовосстанавливаются и продолжают работать. Кроме того обратный ток диодов очень сильно зависит от температуры перехода. На большом обратном токе возникает тепловой пробой.

К положительным качествам диодов Шоттки кроме высокого быстродействия, а, следовательно, малого времени восстановления можно отнести малую ёмкость перехода (барьера), что позволяет повысить рабочую частоту. Это позволяет использовать их в импульсных выпрямителях на частотах в сотни килогерц. Очень много диодов Шоттки находят своё применение в интегральной микроэлектронике. Выполненные по нано технологии диоды Шоттки входят в состав интегральных схем, где они шунтируют переходы транзисторов для повышения быстродействия.

В радиолюбительской практике прижились диоды Шоттки серии 1N581x (1N5817, 1N5818, 1N5819). Все они рассчитаны на максимальный прямой ток (IF(AV)) – 1 ампер и обратное напряжение (VRRM) от 20 до 40 вольт. Падение напряжения (VF) на переходе составляет от 0,45 до 0,55 вольт. Как уже говорилось, прямое падение напряжения (Forward voltage drop) у диодов с барьером Шоттки очень мало.

Также достаточно известным элементом является 1N5822. Он рассчитан на прямой ток в 3 ампера и выполнен в корпусе DO-201AD.

Также на печатных платах можно встретить диоды серии SK12 – SK16 для поверхностного монтажа. Они имеют довольно небольшие размеры. Несмотря на это SK12-SK16 выдерживают прямой ток до 1 ампера при обратном напряжении 20 – 60 вольт. Прямое падение напряжения составляет 0,55 вольт (для SK12, SK13, SK14) и 0,7 вольт (для SK15, SK16). Также на практике можно встретить диоды серии SK32 – SK310, например, SK36, который рассчитан на прямой ток 3 ампера.

Применение диодов Шоттки в источниках питания.

Диоды Шоттки активно применяются в блоках питания компьютеров и импульсных стабилизаторах напряжения. Среди низковольтных питающих напряжений самыми сильноточными (десятки ампер) являются напряжения +3,3 вольта и +5,0 вольт. Именно в этих вторичных источниках питания и используются диоды с барьером Шоттки. Чаще всего используются трёхвыводные сборки с общим катодом. Именно применение сборок может считаться признаком высококачественного и технологичного блока питания.

Выход из строя диодов Шоттки одна из наиболее часто встречающихся неисправностей в импульсных блоках питания. У него может быть два «дохлых» состояния: чистый электрический пробой и утечка. При наличии одного из этих состояний блок питания компьютера блокируется, так как срабатывает защита. Но это может происходить по-разному.

В первом случае все вторичные напряжения отсутствуют. Защита заблокировала блок питания. Во втором случае вентилятор «подёргивается» и на выходе источников питания периодически то появляются пульсации напряжения, то пропадают.

То есть схема защиты периодически срабатывает, но полной блокировки источника питания при этом не происходит. Диоды Шоттки гарантированно вышли из строя, если радиатор, на котором они установлены, разогрет очень сильно до появления неприятного запаха. И последний вариант диагностики связанный с утечкой: при увеличении нагрузки на центральный процессор в мультипрограммном режиме блок питания самопроизвольно отключается.

Следует иметь в виду, что при профессиональном ремонте блока питания после замены вторичных диодов, особенно с подозрением на утечку, следует проверить все силовые транзисторы выполняющие функцию ключей и наоборот: после замены ключевых транзисторов проверка вторичных диодов является обязательной процедурой. Всегда необходимо руководствоваться принципом: беда одна не приходит.

Проверка диодов Шоттки мультиметром.

Проверить диод Шоттки можно с помощью рядового мультиметра. Методика такая же, как и при проверке обычного полупроводникового диода с p-n переходом. Но и тут есть подводные камни. Особенно трудно проверить диод с утечкой. Прежде всего, элемент необходимо выпаять из схемы для более точной проверки. Достаточно легко определить полностью пробитый диод. На всех пределах измерения сопротивления неисправный элемент будет иметь бесконечно малое сопротивление, как в прямом, так и в обратном включении. Это равносильно короткому замыканию.

Сложнее проверить диод с подозрением на «утечку». Если проводить проверку мультиметром DT-830 в режиме «диод», то мы увидим совершенно исправный элемент. Можно попробовать измерить в режиме омметра его обратное сопротивление. На пределе «20кОм» обратное сопротивление определяется как бесконечно большое. Если же прибор показывает хоть какое-то сопротивление, допустим 3 кОм, то этот диод следует рассматривать как подозрительный и менять на заведомо исправный. Стопроцентную гарантию может дать полная замена диодов Шоттки по шинам питания +3,3V и +5,0V.

Где ещё в электронике используются диоды Шоттки? Их можно обнаружить в довольно экзотических приборах, таких как приёмники альфа и бета излучения, детекторах нейтронного излучения, а в последнее время на барьерных переходах Шоттки собирают панели солнечных батарей. Так, что они питают электроэнергией и космические аппараты.

Общие понятия и устройство диода Шоттки

Такой элемент как диод Шоттки хотя и был изобретен достаточно давно но в обиходе радиолюбителей появился сравнительно недавно и обусловлено это стало тем что диод Шоттки имеет два очень важных и полезных свойства: во-первых очень большое быстродействие и во-вторых малое падение прямого напряжения на переходе.
Раньше эти два фактора особого значения не имели но в современной аппаратуре, работающей на более высоких частотах чем ранее, диод Шотки просто незаменим.

Давайте рассмотрим устройство диода Шоттки (его еще называют диод с барьером Шоттки).

Самое интересное в диоде Шоттки то что в нем нету p-n перехода (!). Вместо него сделан переход- металл-полупроводник (смотрим картинку)

Обозначения на рисунке: 1- подложка из полупроводника, 2- эпитаксиальная плёнка; 3 — контакт металл — полупроводник; 4 — металлическая плёнка; 5 — внешний контакт.

При прохождении электрического тока через такой переход избыток электронов будет распределяться по приконтактной области металлического вывода создавая своего рода барьер (его назвали барьер Шоттки) и за счет этого образуются выпрямительные свойства. Причем высоту барьера можно еще и изменять меняя тем самым свойства диода.

Обозначение диода Шоттки на схеме

На схемах диод Шоттки обозначается вот так:

Как проверить диод Шоттки


Как уже упоминалось выше диод Шоттки имеет малое падение напряжения на переходе: В то время, как обычные кремниевые диоды имеют прямое падение напряжения около 0,6—0,7V, германиевые около 0,4V, у диода Шоотки и того меньше- около 0,2V. А так как мультиметр при проверке показывает не что иное как падение напряжения на переходе то и показания будет малы: если при проверке обычных диодов показания мультиметра будут около 300. 400 для германиевых и 450. 650 для кремниевых диодов, то при проверке диода Шоттки мультиметр покажет 100. 150.

Недостатки диода Шоттки

Вот вроде всем диод Шоттки хорош: и при ВЧ токах работает и обратной емкости не имеет и падение напряжение на нем минимальное, но все-же при всех своих прелестях у диода Шоттки есть и недостатки:

При кратковременном превышении максимального обратного напряжения диод Шоттки необратимо выходит из строя (КЗ — короткое замыкание), в отличие от обычных кремниевых p-n диодов, которые переходят в режим обратимого пробоя, и, при условии непревышения рассеиваемой на диоде максимальной мощности после падения напряжения, диод полностью восстанавливает свои свойства.

Диоды Шоттки характеризуются повышенными (относительно обычных кремниевых p-n диодов) обратными токами, возрастающими с ростом температуры кристалла. Для 30CPQ150 обратный ток при максимальном обратном напряжении изменяется от 0,12 мА при +25 °C до 6,0 мА при +125 °C. У низковольтных диодов в корпусах ТО220 обратный ток может превышать сотни миллиампер (MBR4015 — до 600 мА при +125 °C). При неудовлетворительных условиях теплоотвода положительная обратная связь по теплу в диоде Шоттки приводит к его катастрофическому перегреву.

Как выглядит диод Шоттки? Да как и самый обычный диод и определить его можно лишь по маркировке да по схемному обозначению

Сегодня тема нашего обзора – диод Шоттки. Тема познавательная и напечатана специально для начинающих радиолюбителей. В современных радиосхемах очень часто встречается термин – Диод «Шоттки», так давайте узнаем, что же он из себя представляет. Диод шоттки – это полупроводниковый диод выполненный на основе контакта металл-полупроводник. Назван в честь Вальтера Шоттки. Схематическое изображение диода шоттки похоже на обычный диод с некоторыми незначительными отличиями.

Вместо п-н перехода, в диодах шоттки в качестве барьера используют металл – полупроводник, в области этого перехода возникает потенциальный барьер – барьер шоттки, изменение высоты которого приводит к изменению протекания тока через прибор. Самая главная особенность диодов Шоттки – это низкий уровень падения прямого напряжения после перехода, отсутствие заряда обратного восстановления. На основе барьера Шоттки изготавливают в частности быстродействующие и ультрабыстрые диоды, они служат главным образом как СВЧ диоды различного назначения.

Структура диода: 1 — полупроводниковая подложка; 2 — эпитаксиальная плёнка; 3 — контакт металл — полупроводник; 4 — металлическая плёнка; 5 — внешний контакт.

Такой диод позволяет получать нужную высоту потенциального барьера, посредством выбора нужного металла, очень низкий уровень высокочастотных шумов, что дает возможность применить диод Шоттки в импульсных блоках питания и в цифровых аппаратурах. Диоды Шоттки применяют также как приемники излучения, модулятор света, нашли широкое применение в солнечных батареях. Среди недостатков данных типов диода стоит отметить чувствительность к обратным значениям тока и напряжения, из – за чего диод может перегреться и выйти из строя.

Работает в температурном диапазоне от – 65 до плюс 160 градусов по цельсию, допустимое обратное напряжение промышленных диодов Шоттки ограничено 250 вольт. Такая деталь сегодня стала незаменимым полупроводниковым прибором. Диоды Шоттки также выпускаются в SMD корпусах. Чаще всего они встречаются в стеклянном, пластмассовом и металлическом корпусе. Автор – АКА.

Отличие диода шоттки от обычного диода

Диоды Шоттки — устройство, виды, характеристики и использование

Диоды Шоттки или более точно — диоды с барьером Шоттки — это полупроводниковые приборы, выполненные на базе контакта металл-полупроводник, в то время как в обычных диодах используется полупроводниковый p-n-переход.

Диод Шоттки обязан своим названием и появлением в электронике немецкому физику изобретателю Вальтеру Шоттки, который в 1938 году, изучая только что открытый барьерный эффект, подтвердил выдвинутую ранее теорию, согласно которой хоть эмиссии электронов из металла и препятствует потенциальный барьер, но по мере увеличения прикладываемого внешнего электрического поля этот барьер будет снижаться. Вальтер Шоттки открыл этот эффект, который затем и назвали эффектом Шоттки, в честь ученого.

Исследуя контакт металла и полупроводника можно видеть, что если вблизи поверхности полупроводника имеется область обедненная основными носителями заряда, то в области контакта этого полупроводника с металлом со стороны полупроводника образуется область пространственного заряда ионизированных акцепторов и доноров, при этом реализуется блокирующий контакт — тот самый барьер Шоттки. В каких условиях возникает этот барьер? Ток термоэлектронной эмиссии с поверхности твердого тела определяет уравнение Ричардсона:

Создадим условия, когда при контакте полупроводника, например n-типа, с металлом термодинамическая работа выхода электронов из металла была бы больше, чем термодинамическая работа выхода электронов из полупроводника. В таких условиях, в соответствии с уравнением Ричардсона, ток термоэлектронной эмиссии с поверхности полупроводника окажется больше, чем ток термоэлектронной эмиссии с поверхности металла:

В начальный момент времени, при контакте названных материалов, ток от полупроводника в металл превысит обратный ток (из металла в полупроводник), в результате чего в приповерхностных областях как полупроводника, так и металла — станут накапливаться объемные заряды — положительные в полупроводнике и отрицательные — в металле. В контактной области возникнет электрическое поле, образованное этими зарядами, и будет иметь место изгиб энергетических зон.

Под действием поля термодинамическая работа выхода для полупроводника возрастет, и возрастание будет происходить до тех пор, пока в контактной области не уравняются термодинамические работы выхода, и соответствующие им токи термоэлектронной эмиссии применительно к поверхности.

Картина перехода к равновесному состоянию с формированием потенциального барьера для полупроводника p-типа и металла аналогична рассмотренному примеру с полупроводником n-типа и металла. Роль внешнего напряжения — регулировка высоты потенциального барьера и напряженности электрического поля в области пространственного заряда полупроводника.

На рисунке выше представлены зонные диаграммы различных этапов формирования барьера Шоттки. В условиях равновесия в области контакта токи термоэлектронной эмиссии выравнялись, вследствие эффекта поля возник потенциальный барьер, высота которого равна разности термодинамических работ выхода: φк = ФМе — Фп/п.

Очевидно, вольт-амперная характеристика для барьера Шоттки получается несимметричной. В прямом направлении ток растет по экспоненте вместе с ростом прикладываемого напряжения. В обратном направлении ток не зависит от напряжения. В обоих случаях ток обусловлен электронами в качестве основных носителей заряда.

Диоды Шоттки поэтому отличаются быстродействием, ведь в них исключены диффузные и рекомбинационные процессы, требующие дополнительного времени. С изменением числа носителей и связана зависимость тока от напряжения, ибо в процессе переноса заряда участвуют эти носители. Внешнее напряжение меняет число электронов, способных перейти с одной стороны барьера Шоттки на другую его сторону.

Вследствие технологии изготовления и на основе описанного принципа действия, — диоды Шоттки имеют малое падение напряжения в прямом направлении, значительно меньшее чем у традиционных p-n-диодов.

Здесь даже малый начальный ток через контактную область приводит к выделению тепла, которое затем способствует появлению дополнительных носителей тока. При этом отсутствует инжекция неосновных носителей заряда.

У диодов Шоттки поэтому отсутствует диффузная емкость, поскольку нет неосновных носителей, и как следствие — быстродействие достаточно высокое по сравнению с полупроводниковыми диодами. Получается подобие резкого несимметричного p-n-перехода.

Таким образом, прежде всего диоды Шоттки — это СВЧ-диоды различного назначения: детекторные, смесительные, лавинно-пролетные, параметрические, импульсные, умножительные. Диоды Шоттки можно применять в качестве приемников излучения, тензодатчиков, детекторов ядерного излучения, модуляторов света, и наконец — выпрямителей высокочастотного тока.

Обозначение диода Шоттки на схемах

Диоды Шоттки сегодня

На сегодняшний день диоды Шоттки распространены весьма широко в электронных устройствах. На схемах они изображаются по иному, чем обычные диоды. Часто можно встретить сдвоенные выпрямительные диоды Шоттки, выполненные в трехвыводном корпусе свойственном силовым ключам. Такие сдвоенные конструкции содержат внутри два диода Шоттки, объединенные катодами или анодами, чаще — катодами.

Диоды в сборке имеют очень близкие параметры, поскольку каждая такая сборка изготавливается единым технологическим циклом, и в итоге их рабочий температурный режим одинаков, соответственно выше и надежность. Прямое падение напряжения 0,2 — 0,4 вольта наряду с высоким быстродействием (единицы наносекунд) — несомненные преимущества диодов Шоттки перед p-n-собратьями.

Особенность барьера Шоттки в диодах, применительно к малому падению напряжения, проявляется при приложенных напряжениях до 60 вольт, хотя быстродействие остается непоколебимым. Сегодня диоды Шоттки типа 25CTQ045 (на напряжение до 45 вольт, на ток до 30 ампер для каждого из пары диодов в сборке) можно встретить во многих импульсных источниках питания, где они служат в качестве силовых выпрямителей для токов частотой до нескольких сотен килогерц.

Нельзя не затронуть тему недостатков диодов Шоттки, они конечно есть, и их два. Во-первых, кратковременное превышение критического напряжения мгновенно выведет диод из строя. Во-вторых, температура сильно влияет на максимальный обратный ток. При очень высокой температуре перехода диод просто пробьет даже при работе под номинальным напряжением.

Ни один радиолюбитель не обходится без диодов Шоттки в своей практике. Здесь можно отметить наиболее популярные диоды: 1N5817, 1N5818, 1N5819, 1N5822, SK12, SK13, SK14. Эти диоды есть как в выводном исполнении, так и в SMD. Главное, за что радиолюбители их так ценят — высокое быстродействие и малое падение напряжения на переходе — максимум 0,55 вольт — при невысокой цене данных компонентов.

Редкая печатная плата обходится без диодов Шоттки в том или ином назначении. Где-то диод Шоттки служит в качестве маломощного выпрямителя для цепи обратной связи, где-то — в качестве стабилизатора напряжения на уровне 0,3 — 0,4 вольт, а где-то является детектором.

В приведенной таблице вы можете видеть параметры наиболее распространенных сегодня маломощных диодов Шоттки.

Диод Шоттки

Обозначение, применение и параметры диодов Шоттки

К многочисленному семейству полупроводниковых диодов названных по фамилиям учёных, которые открыли необычный эффект, можно добавить ещё один. Это диод Шоттки.

Немецкий физик Вальтер Шоттка открыл и изучил так называемый барьерный эффект возникающий при определённой технологии создания перехода металл-полупроводник.

Основной «фишкой» диода Шоттки является то, что в отличие от обычных диодов на основе p-n перехода, здесь используется переход металл-полупроводник, который ещё называют барьером Шоттки. Этот барьер, так же, как и полупроводниковый p-n переход, обладает свойством односторонней электропроводимости и рядом отличительных свойств.

В качестве материала для изготовления диодов с барьером Шоттки преимущественно используется кремний (Si) и арсенид галлия (GaAs), а также такие металлы как золото, серебро, платина, палладий и вольфрам.

На принципиальных схемах диод Шоттки изображается вот так.

Как видим, его изображение несколько отличается от обозначения обычного полупроводникового диода.

Кроме такого обозначения на схемах можно встретить и изображение сдвоенного диода Шоттки (сборки).

Сдвоенный диод – это два диода смонтированных в одном общем корпусе. Выводы катодов или анодов у них объединены. Поэтому такая сборка, как правило, имеет три вывода. В импульсных блоках питания обычно применяются сборки с общим катодом.

Так как два диода размещены в одном корпусе и выполнены в едином технологическом процессе, то их параметры очень близки. Поскольку они размещены в едином корпусе, то и температурный режим их одинаков. Это увеличивает надёжность и срок службы элемента.

У диодов Шоттки есть два положительных качества: весьма малое прямое падение напряжения (0,2-0,4 вольта) на переходе и очень высокое быстродействие.

К сожалению, такое малое падение напряжения проявляется при приложенном напряжении не более 50-60 вольт. При дальнейшем его повышении диод Шоттки ведёт себя как обычный кремниевый выпрямительный диод. Максимальное обратное напряжение для Шоттки обычно не превышает 250 вольт, хотя в продаже можно встретить образцы, рассчитанные и на 1,2 киловольта (VS-10ETS12-M3).

Так, сдвоенный диод Шоттки (Schottky rectifier) 60CPQ150 рассчитан на максимальное обратное напряжение 150V, а каждый из диодов сборки способен пропустить в прямом включении 30 ампер!

Также можно встретить образцы, выпрямленный за полупериод ток которых может достигать 400А максимум! Примером может служит модель VS-400CNQ045.

Очень часто в принципиальных схемах сложное графическое изображение катода попросту опускают и изображают диод Шоттки как обычный диод. А тип применяемого элемента указывают в спецификации.

К недостаткам диодов с барьером Шоттки можно отнести то, что даже при кратковременном превышении обратного напряжения они мгновенно выходят из строя и главное необратимо. В то время как кремниевые силовые вентили после прекращения действия превышенного напряжения прекрасно самовосстанавливаются и продолжают работать. Кроме того обратный ток диодов очень сильно зависит от температуры перехода. На большом обратном токе возникает тепловой пробой.

К положительным качествам диодов Шоттки кроме высокого быстродействия, а, следовательно, малого времени восстановления можно отнести малую ёмкость перехода (барьера), что позволяет повысить рабочую частоту. Это позволяет использовать их в импульсных выпрямителях на частотах в сотни килогерц. Очень много диодов Шоттки находят своё применение в интегральной микроэлектронике. Выполненные по нано технологии диоды Шоттки входят в состав интегральных схем, где они шунтируют переходы транзисторов для повышения быстродействия.

В радиолюбительской практике прижились диоды Шоттки серии 1N581x (1N5817, 1N5818, 1N5819). Все они рассчитаны на максимальный прямой ток (IF(AV)) – 1 ампер и обратное напряжение (VRRM) от 20 до 40 вольт. Падение напряжения (VF) на переходе составляет от 0,45 до 0,55 вольт. Как уже говорилось, прямое падение напряжения (Forward voltage drop) у диодов с барьером Шоттки очень мало.

Также достаточно известным элементом является 1N5822. Он рассчитан на прямой ток в 3 ампера и выполнен в корпусе DO-201AD.

Также на печатных платах можно встретить диоды серии SK12 – SK16 для поверхностного монтажа. Они имеют довольно небольшие размеры. Несмотря на это SK12-SK16 выдерживают прямой ток до 1 ампера при обратном напряжении 20 – 60 вольт. Прямое падение напряжения составляет 0,55 вольт (для SK12, SK13, SK14) и 0,7 вольт (для SK15, SK16). Также на практике можно встретить диоды серии SK32 – SK310, например, SK36, который рассчитан на прямой ток 3 ампера.

Применение диодов Шоттки в источниках питания.

Диоды Шоттки активно применяются в блоках питания компьютеров и импульсных стабилизаторах напряжения. Среди низковольтных питающих напряжений самыми сильноточными (десятки ампер) являются напряжения +3,3 вольта и +5,0 вольт. Именно в этих вторичных источниках питания и используются диоды с барьером Шоттки. Чаще всего используются трёхвыводные сборки с общим катодом. Именно применение сборок может считаться признаком высококачественного и технологичного блока питания.

Выход из строя диодов Шоттки одна из наиболее часто встречающихся неисправностей в импульсных блоках питания. У него может быть два «дохлых» состояния: чистый электрический пробой и утечка. При наличии одного из этих состояний блок питания компьютера блокируется, так как срабатывает защита. Но это может происходить по-разному.

В первом случае все вторичные напряжения отсутствуют. Защита заблокировала блок питания. Во втором случае вентилятор «подёргивается» и на выходе источников питания периодически то появляются пульсации напряжения, то пропадают.

То есть схема защиты периодически срабатывает, но полной блокировки источника питания при этом не происходит. Диоды Шоттки гарантированно вышли из строя, если радиатор, на котором они установлены, разогрет очень сильно до появления неприятного запаха. И последний вариант диагностики связанный с утечкой: при увеличении нагрузки на центральный процессор в мультипрограммном режиме блок питания самопроизвольно отключается.

Следует иметь в виду, что при профессиональном ремонте блока питания после замены вторичных диодов, особенно с подозрением на утечку, следует проверить все силовые транзисторы выполняющие функцию ключей и наоборот: после замены ключевых транзисторов проверка вторичных диодов является обязательной процедурой. Всегда необходимо руководствоваться принципом: беда одна не приходит.

Проверка диодов Шоттки мультиметром.

Проверить диод Шоттки можно с помощью рядового мультиметра. Методика такая же, как и при проверке обычного полупроводникового диода с p-n переходом. Но и тут есть подводные камни. Особенно трудно проверить диод с утечкой. Прежде всего, элемент необходимо выпаять из схемы для более точной проверки. Достаточно легко определить полностью пробитый диод. На всех пределах измерения сопротивления неисправный элемент будет иметь бесконечно малое сопротивление, как в прямом, так и в обратном включении. Это равносильно короткому замыканию.

Сложнее проверить диод с подозрением на «утечку». Если проводить проверку мультиметром DT-830 в режиме «диод», то мы увидим совершенно исправный элемент. Можно попробовать измерить в режиме омметра его обратное сопротивление. На пределе «20кОм» обратное сопротивление определяется как бесконечно большое. Если же прибор показывает хоть какое-то сопротивление, допустим 3 кОм, то этот диод следует рассматривать как подозрительный и менять на заведомо исправный. Стопроцентную гарантию может дать полная замена диодов Шоттки по шинам питания +3,3V и +5,0V.

Где ещё в электронике используются диоды Шоттки? Их можно обнаружить в довольно экзотических приборах, таких как приёмники альфа и бета излучения, детекторах нейтронного излучения, а в последнее время на барьерных переходах Шоттки собирают панели солнечных батарей. Так, что они питают электроэнергией и космические аппараты.

Диод Шоттки: что это, маркировка, обозначение на схеме (УГО)

Диод (стабилитрон) – электронный прибор с односторонней проводимостью. Говоря другими словами, ток в нем может протекать только в одну сторону. Статья посвящена одной из разновидностей такого радиоэлемента – диоду шоттки и его маркировке.

Рекомендуем освежить в памяти, что такое диод:


Что такое диод Шоттки

От обычного диодного элемента он отличается маленьким падением напряжения. Помимо полупроводника, в составе имеет металл. Название – в честь немецкого физика Вальтера Шоттки, открывшего так называемый эффект Шоттки.

На заметку!

В качестве металла для стабилитрона Шоттки может быть карбид вольфрам, карбид кремния, палладий, платина, золото, арсенид галлия и другие.

Отличие от других полупроводников

Достоинство такого стабилитрона в том, что потери напряжения на нем ниже – всего 0,2 – 0, 4 вольта, тогда как, например, у обычных полупроводниковых элементов с кремнием – 0,6–0,7 вольта.

Кроме этого они отличаются более стабильной работой при подаче тока. Внутрь корпуса помещаются специальные кристаллы. Это очень тонкая работа, которую выполняют только запрограммированные роботы.

Наглядно, как отличить стабилитрон Шоттки от остальных с помощью мультиметра:

Обозначение на схеме и маркировка

Обозначение диода Шоттки на схеме отличается от остальных диодов. Вот все виды на одном рисунке – как они помечаются на схеме:

На самом деле редко кто из опытных радиолюбителей не использует Шоттки на практике. При невысокой цене таких радиодеталей они лучше своих аналогов. Наиболее популярные виды диодов Шоттки с маркировкой:

Все эти варианты имеют как корпус цилиндрической формы, так и SMD. Surface Mounted Device (SMD) – прибор, монтируемый на поверхность. Если стабилитрон стандартной цилиндрической формы имеет длинные контактные ножки и монтируется через отверстия в электрической плате, то SMD аналоги – прямо на плату или, так как имеют короткие выводы.

Найти данные стабилитроны можно во многой электронике. Смотрите ниже в главе «Применение и где можно выпаять».

Достоинства и недостатки

Преимуществ таких у таких стабилитронов два, оба связаны с низким падением напряжения:

  • Пониженный уровень помех. Потому такие диоды хорошо подходят для аналоговых вторичных источников питания.
  • Экономичные. Напряжение теряется в среднем в три раза меньше, чем у других диодов.

Единственный недостаток – быстрей выходит из строя при воздействии обратного тока. Когда схема начинает работать некорректно, и ток протекает в обратную сторону (а диод, напомним, элемент с односторонней проводимостью), Шоттки менее устойчив, чем обычные диодные элементы.

Данное явление называют пробоем диода.

Применение и где можно выпаять

Встречаются в бытовой технике, в радиоприемниках, телевизорах, блоках питания компьютеров, в современных солнечных батареях. Также в таких редких приборах, как детектор нейтронного излучения, приемник альфа и бета-излучения и даже космические аппараты. Радиолюбители обычно находят их в компьютерах: на старых материнских платах, в блоках питания, в цепях питания процессора.

Принцип работы диода Шоттки

Что такое диод Шоттки? Это полупроводниковый элемент, название которого соответствует фамилии знаменитого физика и изобретателя, работавшего в Германии. Специфика диода Шоттки заключается в минимальном снижении напряжения. Эта низкая динамика наблюдается при прямом введении компонента в цепь. На практике используется при обратном напряжении с небольшими значениями (в среднем 3-10В), при возможности применять в промышленности с гораздо большими величинами значение может достигать до 1200В.


Внешний вид

Разновидности диодов Шоттки

Все полупроводниковые элементы, работающие по принципу барьера Шоттки, делятся по мощности на:


Сдвоенный диод

На рисунке показан сдвоенный элемент, являющий собой по сути два элемента. Они расположены в едином корпусе, в одно целое соединены катодом или анодом. В этом случае чаще всего имеется три вывода диода. При идентичных параметрах собранных таким образом элементов обеспечивается надежность работы всего устройства, в первую очередь, за счет единой температуры.

Особенности и принцип работы диода Шоттки

Как работает диод Шоттки? В чем принципиальные отличия его работы от аналогов с другим барьерным переходом?

Устройство диода Шоттки имеет отличие от других элементов того же назначения использованием барьером в виде перехода между металлом и полупроводником. У аналогов обычно работает с этой же целью p-n переход. Так в первом случае имеется односторонняя электропроводность. В зависимости от того, какой конкретно металл выбран для перехода в элементе, различаются и характеристики элемента. Чаще всего выбирается кремний, возможно применение арсенида галлия. Реже могут применяться сплавы вольфрама, платины и других материалов.

Кремний — самый распространенный и надежный элемент в диодах Шоттки, с ним конструкция надежно работает в условиях высокой мощности. Изделие стабильнее в работе, чем другие полупроводниковые аналоги, а простота изготовления и устройства диода Шоттки делают его очень доступным вариантом.

Металл-полупроводник: принцип работы перехода


Структура элемента

Принцип работы диода Шоттки основан на особенностях барьера. Эффект Шоттки при контакте компонентов, из которых выполнен непосредственно полупроводник и металл заключается в образовании бедного электронами участка. Последний имеет вентильные характеристики, аналогичные p-n взаимодействию. Контактный слой останавливает носителей заряда. По сравнению с другими типами полупроводниковых вентилей такое решение обладает:

  • минимальным обратным током;
  • стремящейся к нулю собственной емкостью;
  • обратным напряжением самой низкой допустимой величины;
  • при прямом включении — меньшим снижением напряжения (до 0.5 В в сравнении с 2-3 В в случае аналога).

В переходной зоне нет лишних носителей заряда. Благодаря этому там не возникают диффузии и рекомбинации, что наблюдается в контактных слоях p-n перехода. Так обеспечивается минимальная собственная емкость диода Шоттки, что делает возможным с большей эффективностью использовать его в устройствах с высокими и сверхчастотами.

Преимущества и недостатки диода Шоттки

Несомненными преимуществами подобных полупроводниковых изделий являются:

  • надежное удерживание электротока;
  • минимальная емкость барьера обеспечивает длительную эксплуатацию;
  • быстродействие.

Высокие показатели обратного тока — основной недостаток устройств с диодом Шоттки. Из-за этого при скачке обратного тока диод может выйти из строя.

Важно! При внедрении подобных диодов в цепи с высокой мощностью электротока создается риск теплового пробоя.

Маркировка и схема диода Шоттки

На схеме преподносится почти как стандартный полупроводниковый диод, но имеются и отличия.


Обозначения диодов

В маркировке используется набор символов, они всегда обозначаются сбоку изделия. Используются международные стандарты, но в зависимости от производителя маркировка может отличаться.

Сочетание цифр и букв на корпусе не всегда понятно, но в радиотехнических справочниках всегда можно найти точную расшифровку.

Работа в ИБП

Подобные элементы очень широко используются в импульсных схемах, в приборах для стабилизации напряжения, а также в блоках питания. Преимущественно выбираются сдвоенные элементы, имеющие в одном корпусе общий катод.

Использование в ИБП сдвоенного диода Шоттки с общим катодом является признаком высокого качества и надежности блока питания.

При этом сгоревший элемент относится к частым и типовым неисправностям импульсного устройства. Нерабочее состояние возникает при:

  • утечке на корпус;
  • электроприборе.

Встроенная защита приводит к блокировке ИБП в обоих случаях. При утечке возможно присутствие незначительных нестабильных пульсаций напряжения на выходе, а также слабые «подергивания» вентилятора. В случае пробоя напряжения в блоке питания полностью исключены. Так можно определить вероятную причину нерабочего состояния диода Шоттки, но для окончательного решения понадобится диагностика.

Для диагностики следует выполнить шаги:

  1. Выпаять элемент и схемы.
  2. Осмотреть на предмет механических повреждений, присутствия следов разрушительных химических реакций.
  3. Выполнить проверку мультиметром.

Проверка мультиметром

Отличие процедуры от диагностики обычных диодов заключается в необходимости демонтажа сборки или элемента, иначе проверить его состояние будет очень сложно. Утечку диагностировать сложнее. При использовании типичного мультиметра может отображаться полная работоспособность элемента при работе прибора в режиме «диод». Потому лучше устанавливать режим «омметр» и заменить элемент при демонстрации сопротивления. Показатель 5 кОм не устанавливает точно неисправность диода, но лучше считать его подозрительным и выполнить замену. Доступная стоимость диодов Шоттки позволяет сделать это практически в любой момент без особых трат.

Важно! Если для проверки работоспособности диода Шоттки используется типовой мультиметр, нужно учитывать указанный сбоку показатель электротока.

Применение

Отличительные особенности и принцип работы диода Шоттки обусловливают его широкое применение в быту и в промышленности. Кроме блоков питания компьютера, его часто можно встретить в схемах:

  • бытовых электроприборов;
  • стабилизаторов напряжения;
  • во всем спектре радио- и телеаппаратуры;
  • в другой электронике.

Подобные элементы используются в современных батареях и транзисторах, работа которых обеспечивается сенечной энергией.

Такое универсальное использование элемента связано с способностью полупроводникового диода с эффектом Шоттки во много раз усиливать работоспособность любого прибора и увеличивать его эффективность. Обратное сопротивление электротока восстанавливается, за счет чего он сохраняется в электрической сети. Потери динамики напряжения минимизируются. Также диод Шоттки вбирает несколько видов излучений.

Диод с барьером Шоттки — неприхотливый и простой элемент, обеспечивающий бесперебойную работу множества современных приборов. Доступный, надежный, отличается широкой сферой применения благодаря особенностям в своей конструкции.

Диод Шоттки — характеристики и принцип работы

Очень часто в электротехнике или различных схемах электрических цепей встречается такое понятие, как диод Шоттки. Прежде всего, это специальный диод-полупроводник, имеющий при прямом включении маленькое падение напряжения,и состоящий из полупроводника и металла. Свое название получил в честь изобретателя из Германии Вальтера Шоттки, который изобрел этот электронный элемент.Допустимое обратное напряжение в электронном элементе в промышленных целях ограничено 250 вольтами. На практике применяется в основном в низковольтных цепях, чтобы предотвратить течение тока в обратную сторону. По своей мощности разделяются на несколько групп: маломощные, среднемощные и мощные.

Само устройство состоит из металла — полупроводника, пассивации стеклом, защитного кольца и металла. Когда по цепи начинает идти электрический ток, то на защитном кольце и по всей области барьера-полупроводника будут скапливаться положительные и отрицательные заряды, но в разных частях корпуса, при котором будет возникать электрическое поле и выделяется тепло, что является большим плюсом для некоторых опытов в физике.

Отличие от других полупроводников

Этот электронный элемент отличается от других тем, что в нем в качестве преграды используется металл — полупроводник, который имеет одностороннюю электропроводимость, и обладающий многими другими отличительными свойствами. Такими металлами-полупроводниками могут быть арсенид галлий, золото, карбид кремния, вольфрам, германий, палладий, платина и так далее.

От выбранного металла будет зависеть и вся работа электронного элемента Шоттки. Особенно часто используют кремний, потому что он надежнее других, хорошо работает на больших мощностях. Также чаще других металлов используют полупроводник на основе арсенида галлия (GaAs) — химическое соединение мышьяка и галлия, реже — на основе германия (Ge). Технология изготовления этих электронных элементов очень проста, поэтому он и является самым дешевым.

Также диод Шоттки отличается от других стабильной работой при подаче тока. Для стабильности используют внедрение в корпус этого электронного элемента специальных кристаллов, что является очень тонкой работой, потому что халатность или невнимательность может привести к неисправности устройства. Этим редко занимаются люди, чаще всего эту работу выполняет специальный робот — автомат, запрограммированный для такой операции.

Диод Шоттки обозначение и маркировка

Как и все электронные детали и элементы имеют обозначения, на принципиальных схемах этот электронный элемент изображается вот так (см. рис. 1), что несколько отличается от обозначения обычного полупроводника.

Еще на схемах можно встретить изображение сдвоенного диода Шоттки (см. рис. 2). Это два смонтированных электронных элемента в одном общем корпусе. Аноды или катоды у них спаяны, поэтому имеют три вывода.

Этот электронный элемент, как и большинство, маркируется сбоку. И если непонятны буквы и цифры на обозначении, то можно посмотреть по радиотехническому справочнику их расшифровку.

Достоинства и недостатки

У этого устройства есть свои положительные стороны и свои недостатки.

  1. Хорошо удерживает электрический ток в цепи;
  2. Маленькая емкость барьера из металлов — полупроводников, что увеличивает долгосрочную работоспособность диода;
  3. В отличие от других полупроводников, в диоде Шоттки наблюдается низкое падение напряжения;
  4. В электрической цепи данный диод Шоттки быстро действует.
Большой минус в том, что бывает очень большим обратный ток. В некоторых случаях, например, превышение нужного уровня обратного тока даже на несколько ампер, электронный элемент просто ломается или выходит из строя в самый неподходящий момент вне зависимости от того, новый он или старый. Также часто можно наблюдать утечки диодов, что может привести в некоторых случаях к печальным последствиям, если относится к проверке полупроводников с пренебрежением.

Диод Шоттки применение

Эти электронные элементы, представленные выше, можно встретить в нашем мире практически везде: в компьютерах, стабилизаторах, бытовой технике, радиовещании, телевидении, блоках питания, солнечных батареях, транзисторах и во многих других приборах из всех сферах жизни.

Во всех случаях поднимает эффективность и работоспособность, уменьшает численность потерь динамики напряжения, восстанавливает обратное сопротивление тока, принимает на себя излучение альфа, бета и гамма- зарядов, позволяет работать достаточно много времени без пробоев, удерживает ток в напряжении электрической цепи.

Диагностика диодов Шоттки

Можно провести диагностику электронного элемента Шоттки, если возникнет такая необходимость, но на это уйдет немного времени. Прежде всего, необходимо выпаять один элемент из диодного моста или электронной схемы. Осмотреть визуально и проверить тестером. В результате этих простых технических операций узнаете исправный ли полупроводник или нет. Хотя и необязательно выпаивать всю сборку, ведь это лишняя работа, а самое главное — затраты времени.

Также можно проверить данный диод или диодный мост мультиметром, при этом учитывайте то, что на приборе изготовитель пишет ток сбоку. Мы включаем мультиметр и подводим его щупы к концам анода и катода, и он покажет нам напряжение диода.

Иногда бывает так, что диод Шоттки может стать неисправным по некоторым причинам. Рассмотрим их:

  1. Если в полупроводниковом элементе возникнет пробоина, то он просто перестает держать ток и становится проводником.
  2. Если в полупроводнике или диодном мосту возникнет обрыв, тогда он вообще перестанет пропускать ток.

Причем в обоих случаях запаха гари вы не почувствуете и дыма не увидите, так как в корпусе встроена специальная защита против таких происшествий. Если вдруг в одном транзисторе сгорел вышесказанный диод, то убедитесь, что это единственное устройство, где вы нашли неисправность, потому что диоды обязательно нужно проверять все.

Хотя иногда может и не быть такой возможности для того, чтобы проверить диоды на исправность, когда это будет необходимо. Иногда бывает так, что компьютер начинает тормозить, включаться очень долго, «зависает». Возможно, дело связано именно с диодами, и каждый может разобрать процессор и посмотреть, что внутри случилось.

Нужно, прежде всего, обесточить компьютер и открыть блок питания в системном блоке. Сразу же можно заметить диоды. Проверьте, есть ли в них пробоины или обрывы. Если есть, то нужно их достать и заменить новым полупроводником, устранив неполадки самостоятельно, но лучше обратиться за помощью к профессионалам.

Полупроводники Шоттки в современном мире

Диоды Шоттки получили широкую популярность и распространение во всех сферах современной жизни, особенно в электронике. Их можно найти как сдвоенные выпрямительные диоды, где два полупроводника установлены в одном корпусе и концы анодов или катодов связаны между собой, так и простые, также бывают очень маленькими (например, очень часто встречается в мелких электрических деталях).

Этот полупроводник очень часто используют в импульсных блоках питания в бытовой технике, что значительно снижает потери и улучшает тепловой режим работы. Также данные электронные элементы используются в транзисторах в качестве выпрямителей тока, и в таких специальных диодах, которые используют для объединения параллельных источников питания.

Диод Шоттки

Виды диодов

Диод Шоттки относится к семейству диодов. Выглядит он почти также, как и его собраться, но есть небольшие отличия.

Простой диод выглядит на схемах вот так:

обозначение диода на схеме

Стабилитрон уже обозначается, как диод с “кепочкой”

обозначение стабилитрона на схеме

Диод Шоттки имеет две “кепочки”

обозначение диода шоттки на схеме

Чтобы проще запомнить, можно добавить голову и ножки и представить себе человечка, танцующего ламбаду)

Обратное напряжение диода

Итак, как вы помните, диод пропускает электрический ток только в одном направлении, а в другом направлении блокирует прохождение электрического тока до какого-то критического значения, называемым обратным напряжением диода.

Это значение можно найти в даташите

обратное напряжение диода

Для каждой марки диода оно разное

Если превысить это значение, то произойдет пробой, и диод выйдет из строя.

Падение напряжения на диоде Шоттки

Если же подать прямой ток на диод, то на диоде будет “оседать” напряжение. Это падение напряжения называется прямым падением напряжения на диоде. В даташитах обозначается как Vf , то есть Voltage drop.

прямое падение напряжения на диоде

Если пропустить через такой диод прямой ток, то мощность, которая будет на нем рассеиваться, будет определяться формулой:

Vf – прямое падение напряжение на диоде, В

Поэтому, одним из главных преимуществ диода Шоттки является то, что его прямое падение напряжения намного меньше, чем у простого диода. Следовательно, он будет меньше рассеивать тепло, или простым языком, меньше нагреваться.

Давайте рассмотрим один из примеров. Возьмем диод 1N4007. Его прямое падение напряжения составляет 0,83 Вольт, что типично для простого полупроводникового диода.

падение напряжение на диоде в прямом включении

В настоящий момент через него проходит сила тока, равная 0,5 А. Давайте рассчитаем его рассеиваемую мощность в данный момент. P=0,83 x 0,5 = 0,415 Вт.

Если рассмотреть этот случай через тепловизор, то можно увидеть, что его температура корпуса составила 54,4 градуса по Цельсию.

Теперь давайте проведем тот же самый эксперимент с диодом Шоттки 1N5817. Как вы видите, его прямое падение напряжения составило примерно 0,35 В.

падение напряжения на диоде Шоттки при прямом включении

При прохождении силы тока через диод Шоттки в 0,5 А, мы получим рассеиваемую мощность P=0,5 x 0,35 = 0,175 Вт. При этом тепловизор нам покажет, что температура корпуса уже будет 38,2 градуса.

Следовательно, Шоттки намного эффективнее, чем простой полупроводниковый диод в плане пропускания через себя прямого тока, так как он обладает меньшим падением напряжения, а следовательно, меньше рассеивает тепло в окружающее пространство и меньше нагревается.

Прямое падение напряжения можно также посмотреть и в даташитах. Например, прямое падение напряжения на диоде Шоттки 1N5817 можно найти из графика зависимости прямого тока от падения напряжения на диоде Шоттки

график зависимости прямого тока от напряжения

В нашем случае если следовать графо-аналитическому способу, то мы как раз получаем значение 0,35 В

Диод Шоттки в ВЧ цепях

Также диоды Шоттки обладают быстрой скоростью переключения. Это значит, что мы можем использовать их в высокочастотных (ВЧ) цепях.

Итак, возьмем генератор частоты и выставим синус частотой в 60 Гц

Возьмем диод 1N4007 и диод Шоттки 1N5817. Подключим их по простой схеме однополупериодного выпрямителя

и будем снимать с них показания

Как вы видите, оба они прекрасно справляются со своей задачей по выпрямлению сигнала на частоте в 60 Гц.

Но что будет, если мы увеличим частоту до 300 кГц?

Ого! Диод Шоттки более-менее справляется со своей задачей, что нельзя сказать о простом диоде 1N4007. Простой диод не может справиться со своей задачей не пропускать обратный ток, поэтому на осциллограмме мы видим отрицательный выброс

Отсюда можно сделать вывод: диоды Шоттки рекомендуется использовать в ВЧ цепях.

Обратный ток утечки

Но раз уж диоды Шоттки такие крутые, то почему бы их не использовать везде? Почему мы до сих пор используем простые диоды?

Если мы подключим диод в обратном направлении, то он будет блокировать прохождение электрического тока. Это верно, но не совсем. Очень маленький ток все равно будет проходить через диод. В некоторых случаях это не принимают во внимание. Этот маленький ток называется обратным током утечки. На английский манер это звучит как reverse leakage current.

Он очень мал, но имеет место быть.

Проведем простой опыт. Возьмем лабораторный блок питания, выставим на нем 19 В и подадим это напряжение на диод в обратном направлении

Замеряем ток утечки

обратный ток утечки диода

Как вы видите, его значение составляет 0,1 мкА.

Давайте теперь повторим этот же самый опыт с диодом Шоттки

обратный ток утечки диода Шоттки

Ого, уже почти 20 мкА! Ну да, в некоторых случаях это сущие копейки и ими можно пренебречь. Но есть схемы, где все-таки недопустим такой незначительный ток. Например, в схемах пикового детектора

схема пик детектора

В этом случае эти 20 мкА будут весьма значительны.

Но есть также еще один камень преткновения. С увеличением температуры обратный ток утечки возрастает в разы!

зависимость обратного тока утечки от температуры корпуса диода Шоттки

Поэтому, вы не можете использовать Шоттки везде в схемах.

Но и это еще не все. Обратное напряжение для диодов Шоттки в разы меньше, чем для простых выпрямительных диодов. Это можно также увидеть из даташита. Если для диода 1N4007 обратное напряжение составляет 1000 В

То для диода Шоттки 1N5817 это обратное напряжение уже будет составлять всего-то 20 В

Поэтому, если это напряжение превысит значение, которое описано в даташите, мы в итоге получим:

Применение диодов Шоттки


Диоды Шоттки находят достаточно широкое применение. Их можно найти везде, где требуется минимальное прямое падение напряжения, а также в цепях ВЧ. Чаще всего их можно увидеть в компьютерных блоках питания, а также в импульсных стабилизаторах напряжения.

Также эти диоды нашли применение в солнечных панелях, так как солнечные панели генерируют электрический ток только в светлое время суток. Чтобы в темное время суток не было обратного процесса потребления тока от аккумуляторов, в панели монтируют диоды Шоттки

Шоттки в солнечных панелях

В компьютерной технике чаще всего можно увидеть два диода в одном корпусе

При написании данной статьи использовался материал с этого видео

Stps3045cw характеристики на русском

Диод Шоттки относится к семейству диодов, но имеет также некоторые особенности. В этой статье мы поговорим о диодах Шоттки, а также об их применении.

Основные диоды Шоттки, которые встречаются в блоках питания

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

Существуют и современные отечественные диодные сборки на большой ток. Вот их маркировка и внутренняя схема:

Также выпускаются высоковольтные диоды Шоттки, которые можно использовать например в БП ламповых усилителей и другой аппаратуры с повышенным питанием. Список приведён ниже:

Хотя более предпочтительным является применение диодов Шоттки в низковольтных мощных выпрямителях с выходными напряжениями в пару десятков вольт, на высоких частотах переключения.

Комментировать

339 просмотров

No related posts.

Источник: http://schemy.ru/info/stps3045cw-harakteristiki-na-russkom/

Гарантия на продукцию

Даем год гарантии на STPS3045CW. Диоды — выпрямители — наборы и массивы производства STMicroelectronics доступны для заказа в нашей компании.

Диоды — выпрямители — наборы и массивы STPS3045CW купить Вы можете в Зенер Электроникс с доставкой по всей России и в страны Таможенного союза.

Источник: http://zener.ru/shop/product/STPS3045CW/

Как проверить диод Шоттки мультиметром?

Для наглядности мы, проведем небольшую проверку диода Шоттки SBL3045PT. Этот диод от блока питания ПК, рассчитан производителем до 45 В, 30 А. (т.е. по 15 А на каждый диод).

При использовании сдвоенных подобных диодов в выпрямителях необходимо учитывать этот момент

,

что производитель часто указывает ток на сборку целиком

,

а не на каждый диод в сборке

.

Схематическая проверка сдвоенного диода Шоттки с общим катодом изображена ниже. Мы видим, что поочередно необходимо проверить каждый из двух диодов.

Наглядно продемонстрируем как проверить диод Шоттки мультиметром?


Важно! При проверке диода можно и важно найти дефекты не только обрыв или пробой. Необходимо пытаться учитывать такой неприятный дефект, как небольшая «утечка».

Если мы производили проверку мультиметром с режимом «диод», и выявили вполне рабочий элемент, но у нас есть подозрение подобную на утечку, тогда необходимо попробовать измерять обратное сопротивление диода, предварительно включив на мультиметре режим омметра. На диапазоне «20 кОм» мультиметр должен показывать обратное сопротивление диода как бесконечно большое. Но если тестер показывает даже небольшое сопротивление, например, около 2—3 кОм, тогда к такому диоду необходимо относиться с большим подозрением и лучше сразу заменить новым.

Одним из самых больших недостатков у диодов Шоттки является то, что они моментально выходят из строя при превышении допустимого напряжения. Учитывая все моменты при самостоятельном ремонте импульсных блоков питания, в случае обнаружения дефектных диодов и после их замены, сразу же необходимо проверять на исправность все силовые транзисторы.

comments powered by HyperComments

Источник: http://diodnik.com/kak-proverit-diod-shottki/

Что такое диод Шоттки

Диод Шоттки относится к семейству диодов. Выглядит он почти также, как и его собратья, но есть небольшие отличия.

Простой диод выглядит на схемах вот так:

обозначение диода на схеме

Стабилитрон уже обозначается, как диод с “кепочкой”

обозначение стабилитрона на схеме

Диод Шоттки имеет две “кепочки”

обозначение диода шоттки на схеме

Чтобы проще запомнить, можно добавить голову и ножки и представить себе человечка, танцующего ламбаду)

Источник: http://ruselectronic.com/schottky-diode/

Цоколевка динистора DB3

Поскольку данный вид полупроводника является симметричным динистором (оба его вывода являются анодами), то нет абсолютно ни какой разницы, как его подключать.

Источник: http://joyta.ru/7143-dinistor-db3-xarakteristiki-proverka/

Общее описание

  • Защита от перенапряжения
  • Малая потеря мощности, высокая эффективность
  • Малое падение прямого напряжения
  • Работа на высоких частотах
  • Выдерживает пайку при температуре 260°C в течение 40 сек.
  • Бессвинцовая технология

Источник: http://catalog.gaw.ru/index.php?page=component_detail&id=20692

Прайс-лист

1. Скачайте наш актуальный прайс-лист:

2. Подпишитесь на рассылку, чтобы еженедельно получать свежий прайс!

Datasheet

SBL3030PT, SBL3040PT (373.8 Кб), 25.11.2008

Производитель


Vishay

Где купить

Дистрибуторы

  • АРКОС
  • КОМПЭЛ
  • Дектел Электроникс
  • EBV Elektronik
  • ФЭК
  • ITC Electronics
  • Мастэек Электроникс
  • ПетроИнТрейд
  • Платан
  • PT Electronics
  • СЭА-Электроникс
  • Симметрон

Дилеры

  • Элкотех
  • Rainbow Electronics

Где купить ещё

  • ХАЛУС-Электроникс
  • Агат-компонент
  • AllChip.ru
  • Альтекс
  • Аргуссофт
  • АТД
  • Чиптрэйд
  • ЭКМ
  • ЭлекПрайм
  • Электронимпорткомплект
  • ГАММА. Выборг
  • Гранд Электроник
  • IGBT Electronics
  • Имотек
  • МаксиТехГрупп
  • Мегапром
  • Мэлком
  • МикроЭМ
  • Нева Электроника
  • Невская Электронная Компания (НЭК)
  • Онлайн-Электроникс
  • ПромЭлком
  • Промэлектроника
  • Radal микроэлектроника
  • Радиотехкомплект
  • Рантэл
  • СМД Компонент
  • Спецтехника
  • Стандарт Электроникс
  • Техностек
  • Транзистор
  • УралСвязьСнаб
  • Виаторис
  • Компонент Поставка
  • Кремний
  • КристЭл
  • Макротек
  • Тестприбор
E-mail:
Неверный адрес E-mail Введите E-mail адрес

+7 (495) 926-81-06

  Напишите нам

Источник: http://pl-1.org/catalog-chip/aktivnie-radiodetali/diody/5942-diod-shottki-sdvoenniy-sbl3040pt-30a-40v-to-247

Обратное напряжение диода Шоттки

Итак, как вы помните, диод пропускает электрический ток только в одном направлении, а в другом направлении блокирует прохождение электрического тока до какого-то критического значения, называемым обратным напряжением диода.

Это значение можно найти в даташите

обратное напряжение диода

Для каждой марки диода оно разное

Если превысить это значение, то произойдет пробой, и диод выйдет из строя.

Источник: http://ruselectronic.com/schottky-diode/

Цены:

Цена за 1 шт: 61,00 р.
Спец 1 (от 5 шт): 49,00 р.
Спец 2 (от 10 шт): 44,40 р.

Источник: http://pl-1.org/catalog-chip/aktivnie-radiodetali/diody/5942-diod-shottki-sdvoenniy-sbl3040pt-30a-40v-to-247

Применение в электронике

Такие свойства, как быстродействие и малое падение напряжения позволяет использовать диоды Шоттки в высокочастотных схемах. Например, в силовых высокочастотных выпрямителях (до сотен килогерц), где они работают как высокочастотные выпрямители. Применяют их и в усилителях звука, так как по сравнению с обычными диодами они дают меньший уровень помех.

Если вы посмотрите на плату источника питания, точно увидите диод Шоттки

Ещё одна область применения — составная часть более сложных полупроводниковых приборов. Например, МОП — транзисторы, диодные сборки и силовые диоды со встроенным диодом Шоттки имеют лучшие характеристики.

Сфера применения изделий велика, но наиболее часто их применяют в блоках питания компьютеров. А также в схемах для модуляции света в приёмниках излучения, солнечных батареях.

Источник: http://elektroznatok.ru/info/elektronika/diod-s-barerom-shottki

Технические характеристики

Корпус TO-247
Вес 8 г
Диод 30A,40V_Schottky x2_Общий катод

Источник: http://pl-1.org/catalog-chip/aktivnie-radiodetali/diody/5942-diod-shottki-sdvoenniy-sbl3040pt-30a-40v-to-247

D83-004 Datasheet – Vrrm = 40V, Schottky Barrier Diode – Fuji

Part Number : D83-004, ESAD83-004

Description : Schottky Barrier Diode ( Vrrm = 40V, Io = 30A )

Manufactures : Fuji Electric

Features

2. Super high speed switching

3. High reliability by planer design.


Applications

1. High speed power switching


Absolute Maximum Ratings

1. Repetitive Peak Reverse Voltage : V rrm = 40 V
2. Non-Repetitive Peak Reverse Voltage : V rsm = 48 V
3. Average Output Current : I o = 30A
4. Surge Current : I fsm = 250A
5. Operating Junction Temperature : Tj = – 40

Pinout ( Connection Diagram )

Источник: http://planshet-info.ru/kompjutery/d83-004-harakteristiki-na-russkom

Виды диодов Шоттки

В настоящее время в электронных устройствах обычно применяют именно этот тип диодов. Бывают следующих видов:

  • Одинарные.
  • Сдвоенные
    • с общим анодом;
    • с общим катодом;

      Два варианта корпусов для сдвоенных диодов Шоттки

    • последовательно соединенные.

Сдвоенные диоды Шоттки (или диодные сборки) выполнены в одном корпусе, похожи на силовые ключи, имеют три вывода. Диоды в сборке имеют одинаковые или очень близкие параметры, так как выполняются в одном технологическом цикле.

Часто диоды Шоттки выглядят именно так, но есть еще и в виде обычных диодов и СМД варианты. Как видите, на пластиковых стоит обозначение связки двух диодов — с общим анодом

Деталь имеет обычный корпус в виде небольших цилиндров с двумя проволочными выводами. Катод помечен полосой.

Таблица названий и характеристик

Диоды Шоттки выпускаются определёнными сериями. Не так много производителей в мире, несколько десятков серий. В таблице собраны наиболее часто встречающиеся элементы отечественного и импортного производства (некитайского).

Отечественные диоды Шоттки Импортные диоды Шоттки U max, V Imax, А Тип
1N5817 20-25 1 Одинарный
1N5820 20-25 3 Одинарный
КД269 А, АС 20-25 5 Одинарный/сдвоенный
КД238АС 20-25 7,5 Сдвоенный
КД270 А, АС 20-25 7,5 Одинарный/сдвоенный
КД271 А, АС 20-25 10 Одинарный/сдвоенный
КД272 А, АС SR1620 20-25 15 Одинарный/сдвоенный
КД273 А, АС 20-25 20 Одинарный/сдвоенный
1N5818 30-35 1 Одинарный
1N5821 30-35 3 Одинарный
КД638 А, АС 30-35 5 Сдвоенные
КД238 А, АС 30-35 7,5 Сдвоенные
10TQ0.5 30-35 10 Одинарный
12TQ035 30-35 15 Одинарный
20TQ035 30-35 20 Одинарный
SR5030 30-35 50 Сдвоенные
1N5819 40-45 1 Одинарный
1N5822 40-45 3 Одинарный
КД638 АС SR540 40-45 5 Одинарный
КД238 АС 6TQ045 40-45 7.5 Сдвоенные
10TQ045 40-45 10 Одинарный
12TQ045 40-45 15 Одинарный
20TQ045 40-45 20 Одинарный
SR350 50 3 Одинарный
КД269 Б, БС 50 5 Одинарный/сдвоенный
КД270 Б, БС SR850 50 7.5 Одинарный/сдвоенный
КД271 Б, БС 50 10 Одинарный/сдвоенный
КД272 Б, БС 50 15 Одинарный/сдвоенный
КД273 Б, БС 18TQ050 50 20 Одинарный/сдвоенный
SR160 60 1 Одинарный
SR360 60 3 Одинарный
КД638 БС SR560 60 5 Сдвоенные
КД636 АС SR1660 60 15 Сдвоенные
КД637 АС 60 25 Сдвоенные
КД269 В, ВС 50SQ080 75 5 Одинарный/сдвоенный
КД270 В, ВС 8TQ060 75 7,5 Одинарный/сдвоенный
КД271 В, ВС 75 10 Одинарный/сдвоенный
КД272 В, ВС 75 15 Одинарный/сдвоенный
КД273 В, ВС 75 20 Одинарный/сдвоенный
30CPQ80 75 30 Сдвоенные
11DQ09 90-100 1.1 Одинарный
31DQ10 90-100 3.3 Одинарный
КД638 ВС 90-100 5 Сдвоенные
КД269 Г, ГС 50SQ100 90-100 5 Одинарный/сдвоенный
КД270 Г, ГС 8TQ100 90-100 7.5 Одинарный/сдвоенный
КД271 Г, ГС 90-100 10 Одинарный/сдвоенный
КД272 Г, ГС 90-100 15 Одинарный/сдвоенный
КД273 Г, ГС 90-100 20 Одинарный/сдвоенный
30CPQ100 90-100 30 Сдвоенные
КД638 ГС 150 5 Сдвоенные
КД269 Д, ДС 150 5 Одинарный/сдвоенный
КД638 ДС 150 5 Сдвоенные
КД270 Д, ДС 150 7,5 Одинарный/сдвоенный
КД271 Д, ДС 10CTQ150 150 10 Одинарный/сдвоенный
КД636 БС 150 15 Сдвоенные
КД272 Д, ДС 150 15 Одинарный/сдвоенный
КД273 Д, ДС 150 20 Одинарный/сдвоенный
КД637 БС 150 25 Одинарный/сдвоенный
30CPQ150, SF303 150 30 Сдвоенные
UF4003, SF14 200 1 Одинарный
SF24 200 2 Одинарный
SF34, HER303 200 3 Одинарный
КД369 Е, ЕС 200 5 Одинарный/сдвоенный
КД638 ЕС 200 5 Сдвоенные
КД270 Е, ЕС 200 7,5 Одинарный/сдвоенный
КД271 Е, ЕС 200 10 Одинарный/сдвоенный
КД272 Е, ЕС 200 15 Одинарный/сдвоенный
КД638 ВС 200 15 Сдвоенные
КД273 Е, ЕС 200 20 Одинарный/сдвоенный
КД637 ВС 200 25 Сдвоенные
SF304, 30EPF02 200 30 Одинарный
UF4004. SF16 400 1 Одинарный
SF26 400 2 Одинарный
SF26, HER305 400 3 Одинарный
КД640 А, АС 400 8 Одинарный/сдвоенный
КД271 К, КС, К1 10ETF04 400 10 Одинарный/сдвоенный
КД272 К, КС, К1 16CTU04 400 15 Одинарный/сдвоенный
КД641 А, АС 400 15 Одинарный/сдвоенный
КД636ГС 400 15 Сдвоенные
КД273К, КС, К1 400 20 Одинарный/сдвоенный
КД637ГС 30CPF04 400 25 (30) Сдвоенные
КД640 Б, БС 500 8 Одинарный/сдвоенный
КД640 Е, ЕС 500 8 Одинарный/сдвоенный
КД271 Л, ЛС, Л1 500 10 Одинарный/сдвоенный
КД272 Л, ЛС, Л1 500 15 Одинарный/сдвоенный
КД640 Б, БС 500 15 Одинарный/сдвоенный
КД640 Е, ЕС 500 15 Одинарный/сдвоенный
КД273 Л, ЛС, Л1 500 20 Одинарный/сдвоенный
UF4005, SF17 600 1 Одинарный
SF27 600 2 Одинарный
SF37, HER306 600 3 Одинарный
HFA04TB60 600 4 Одинарный
КД640 В, ВС HFA08TB60, HFA08pB60 600 8 Одинарный/сдвоенный
КД271, М, МС, М1 10ETF06 600 10 Одинарный/сдвоенный
КД636 ДС 600 12 Сдвоенные
КД272, М, МС, М1 600 15 Одинарный/сдвоенный
КД641В, ВС 600 15 Одинарный/сдвоенный
КД273, М, МС, М1 600 20 Одинарный/сдвоенный
КД637 ДС 600 25 Сдвоенные
30СPF06 600 30 Одинарный/сдвоенный
40EPF06 600 40 Одинарный
60EPF06 600 60 Одинарный
КД640 Г, ГС 700 8 Одинарный/сдвоенный
КД640 Г, ГС 700 15 Одинарный/сдвоенный
UF4006, SF18 800 1 Одинарный
SF28 800 2 Одинарный
SF38, HER307 800 3 Одинарный
КД636 ЕС 800 12 Сдвоенные
КД637 ЕС 20ETF08 800 25 Сдвоенные
UF4007, SF19 1000-1200 1 Одинарный
SF29 1000-1200 2 Одинарный
SF39, HER308 1000-1200 3 Одинарный
HFA06TB120 1000-1200 6 Одинарный
HFA08TB120, HFA06PB120 1000-1200 8 Одинарный
20ETF12 1000-1200 20 Одинарный
30ETF12 1000-1200 30 Одинарный/сдвоенный
60ETF12 1000-1200 60 Одинарный

Для удобства они отсортированы по напряжению пробоя. Внутри группы прямой ток идет по возрастающей. Так удобнее ориентироваться.

Отличия в графическом изображении диода Шоттки и обычного

Некоторые из перечисленных супербыстрые: SF 17/18/19 в группе с высоким обратным напряжением (от 600 В). В группе с напряжением пробоя 400 В их несколько — всё по списку начиная от тока 8А. Такая же картина наблюдается с пробоем на 300 В. В этой группе почти все отличатся высоким быстродействием. Только три позиции (UF4003 и SF 24 и 34) имеют «нормальную» для диодов Шоттки скорость срабатывания. Она всё равно намного выше, чем у обычных кремниевых деталей.

Если проанализировать таблицу, можно заметить, что диоды с малым обратным током почти без исключений импортного производства.

Источник: http://elektroznatok.ru/info/elektronika/diod-s-barerom-shottki

Разработка приемников на основе диодов с барьером Шоттки

Коллектив: Корнеев Александр Александрович, Зильберлей Татьяна Леонидовна, Третьяков Иван Васильевич

Приёмники терагерцового диапазона востребованы в реализующихся сейчас космических проектах, таких как JUICE (Jupiter Icy Moons Explorer, проект Европейского космического агентства, направленный на исследование Юпитера и его спутников), в метеорологических спутниках, обладающих инструментами субмиллиметровых длин волн, таких как CIWSIR, GOMOS, PREMIER и MetOp. С точки зрения практического приборостроения в сфере систем мониторинга и безопасности, биомедицинских применениях детектирующие системы субмиллиметрового и терагерцового диапазона способны осуществлять регистрацию сверхслабых излучений, обеспечивая при этом высокое пространственное и спектральное разрешение. Высокая проникающая способность субмиллиметрового излучения позволяет создавать системы получения изображений объектов, скрытых от наблюдателя в других диапазонах длин волн (препятствием, одеждой и т.п.).

На сегодняшний день существует ряд отработанных технологических решений, позволяющих создавать системы регистрации слабых источников излучения субмиллиметровой области электромагнитного спектра: кремниевые болометры, детекторы на основе транзисторов с высокой подвижностью электронов, болометры на основе эффекта электронного разогрева в тонких разупорядоченных плёнках высоко- и низкотемпературных сверхпроводящих материалов, диоды с барьером Шоттки (ДБШ) и др. Одни устройства требуют для эксплуатации сложного криогенного оборудования, другие способны обеспечить пусть и не столь высокую чувствительность но зато уже при комнатной температуре.

В случаях, когда речь идёт о создании практической системы детектирования, дешевизна и простота обслуживания инструмента выходит на первый план, и технология ДБШ, известная и развивающаяся на протяжении уже многих десятилетий, выглядит наиболее привлекательной. Однако, существует лишь небольшое число научно-технических центров в мире, обладающих технологией создания контактов Шоттки, пригодных для практического использования при детектировании излучения субмиллиметровой области электромагнитного спектра. Имеющийся опыт и научный задел у коллектива лаборатории позволяет создать отечественный приемник на основе ДБШ с характеристиками на уровне мировых аналогов.

В рамках проекта ведется совместная работа с Московским педагогическим государственным университетом (МПГУ) по разработке планарных диодов с барьером Шоттки (ПДБШ) на основе GaAs для систем терагерцового мониторинга. На данный момент, уже отлажена базовая технология изготовления ПДБШ, в рамках которой можно получать структуры с транспортными характеристиками (коэффициент неидеальности, последовательное сопротивление, высота барьера при плоских зонах) близкими к мировому уровню. Численное моделирование и результаты измерений показывают возможность применения данных структур в диапазоне частот до ~500 ГГц. За счет оптимизации параметров слоистой структуры ПДБШ (геометрия и степени легирования слоев GaAs) планируется в ближайшее время увеличить максимальную рабочую частоту ПДБШ до >1500 ГГц. Обновленный дизайн структур будет адаптирован под волноводную (высока чувствительность на заданной частоте) и квазиоптическую (широкая полоса входных рабочих частот) схемы реализации, а детекторы на их основе будут применимы как для прямого детектирования слабых терагерцовых сигналов, так и для гетеродинных наблюдений.

Стенд для тестирования ПДБШ структур

Список публикаций исполниителей проекта:

1. Shurakov A, Lobanov Y and Goltsman G 2016 Supercond. Sci. Technol. 29 (2) 023001

2. Shurakov A, Tong CYE, Grimes P, Blundell R, Golt’sman G 2015 IEEE Terahertz Sci. Technol. 5 (1) 81-84

Общие сведения о характеристиках диода Шоттки Технические характеристики »Электроника

Хотя диоды Шоттки имеют много общих параметров с другими формами диодов, их характеристики отличаются, как и некоторые технические характеристики и параметры.


Учебное пособие по диодам с барьером Шоттки Включает:
диод с барьером Шоттки Технология диодов Шоттки Характеристики диода Шоттки Выпрямитель мощности на диоде Шоттки

Другие диоды: Типы диодов


Хотя диод Шоттки имеет много общих характеристик с более традиционными формами диодов, он все же имеет некоторые существенные отличия.

Понимание спецификаций и параметров диодов Шоттки помогает использовать их наиболее эффективно в любых схемах, в которых они могут использоваться.

Обозначение схемы диода с барьером Шоттки

Основные характеристики диода Шоттки

Диод Шоттки — это основной носитель, то есть электроны в материале N-типа.

Это дает ему значительное преимущество с точки зрения скорости, поскольку он не зависит от рекомбинации дырок или электронов, когда они попадают в область противоположного типа, как в случае обычного диода.

Кроме того, уменьшив размеры устройств, можно уменьшить постоянную времени обычного RC-типа, что сделает эти диоды на порядок быстрее, чем обычные PN-диоды. Этот фактор является основной причиной того, почему они так популярны в радиочастотных приложениях, а также во многих других энергетических приложениях, где важна скорость переключения, например в импульсных источниках питания.

Диод Шоттки также имеет гораздо более высокую плотность тока, чем обычный PN переход. Это означает, что прямое падение напряжения намного меньше.Это делает диод идеальным для использования в выпрямительных устройствах.

Основным недостатком диода Шоттки является уровень его обратного пробоя, который намного ниже, чем у диода PN.

Еще одним недостатком является относительно высокий уровень обратного тока. Для многих случаев использования это может не быть проблемой, но это фактор, на который стоит обратить внимание при использовании в более требовательных приложениях.

Общая ВАХ показана ниже. Можно видеть, что диод Шоттки имеет типичную характеристику прямого полупроводникового диода, но с гораздо более низким напряжением включения.При высоких уровнях тока он выравнивается и ограничивается последовательным сопротивлением или максимальным уровнем подачи тока. В обратном направлении происходит пробой выше определенного уровня. Механизм аналогичен ударно-ионизационному пробою в PN-переходе.

Диод Шоттки ВАХ

ВАХ обычно такая, как показано ниже. В прямом направлении ток растет экспоненциально, имея излом или напряжение включения около 0,2 В. В обратном направлении наблюдается больший уровень обратного тока, чем при использовании более обычного диода с PN-переходом.

Кроме того, напряжение обратного пробоя также обычно ниже, чем у эквивалентного кремниевого диода с PN переходом.

ВАХ диода Шоттки

Использование защитного кольца, включенного в структуру некоторых диодов Шоттки, улучшает его характеристики как в прямом, так и в обратном направлении.

Основным преимуществом включения защитного кольца в конструкцию является улучшение характеристики обратного пробоя. Разница в напряжении пробоя между ними составляет около 4: 1.Некоторые малосигнальные диоды без защитного кольца могут иметь обратный пробой всего от 5 до 10 В. Хотя это может быть приемлемо для некоторых приложений с низким уровнем сигнала, это не идеально для большинства ситуаций.

Основные технические характеристики и параметры диода Шоттки

Есть несколько ключевых характеристик диодов Шоттки, которые необходимо понимать при использовании этих диодов — они сильно отличаются от характеристик обычного диода с PN переходом.

  • Прямое падение напряжения: Ввиду низкого прямого падения напряжения на диоде, этот параметр вызывает особую озабоченность.Как видно из ВАХ диода Шоттки, напряжение на диоде изменяется в зависимости от протекающего тока. Соответственно, любая приведенная спецификация обеспечивает прямое падение напряжения для заданного тока. Обычно предполагается, что напряжение включения составляет около 0,2 В.
  • Обратный пробой: Диоды Шоттки не имеют высокого напряжения пробоя. Цифры, относящиеся к этому, включают максимальное пиковое обратное напряжение, максимальное постоянное напряжение блокировки и другие аналогичные названия параметров.Если эти цифры превышены, существует вероятность обратного пробоя диода. Следует отметить, что среднеквадратичное значение для любого напряжения будет в 1 / √2 раза больше постоянного значения. Верхний предел обратного пробоя невысок по сравнению с обычными диодами с PN переходом. Максимальные значения, даже для выпрямительных диодов, достигают только около 100 В. Выпрямители на диодах Шоттки редко превышают это значение, потому что устройства, которые будут работать выше этого значения даже в умеренных количествах, будут иметь прямое напряжение, равное или превышающее эквивалентные выпрямители с PN переходом.
  • Емкость: Параметр емкости имеет большое значение для ВЧ-приложений с малым сигналом. Обычно площади переходов диодов Шоттки небольшие, и поэтому емкость мала. Типичные значения в несколько пикофарад являются нормальными. Поскольку емкость зависит от областей истощения и т. Д., Емкость должна быть указана при заданном напряжении.
  • Время обратного восстановления: Этот параметр важен, когда диод используется в приложении переключения.Это время, необходимое для переключения диода из его прямого проводящего состояния или состояния «ВКЛ» в обратное состояние «ВЫКЛ». Заряд, который течет в течение этого времени, называется «зарядом обратного восстановления». Время для этого параметра для диода Шоттки обычно измеряется в наносекундах, нс. Некоторые выставляют времена 100 пс. Фактически, то небольшое время восстановления, которое требуется, в основном связано с емкостью, а не с рекомбинацией основных носителей. В результате наблюдается очень небольшой выброс обратного тока при переключении из состояния прямой проводимости в состояние блокировки обратного хода.
  • Обратный ток утечки: Параметр обратной утечки может быть проблемой для диодов Шоттки. Установлено, что повышение температуры значительно увеличивает параметр тока обратной утечки. Обычно на каждые 25 ° C повышения температуры диодного перехода происходит увеличение обратного тока на порядок величины при том же уровне обратного смещения.
  • Рабочая температура: Максимальная рабочая температура перехода Tj обычно ограничивается диапазоном от 125 до 175 ° C.Это меньше того, что можно использовать с обычными кремниевыми диодами. Следует позаботиться о том, чтобы теплоотвод силовых диодов не допускал превышения этого значения.

Обзор характеристик диода Шоттки

Диод Шоттки используется во многих приложениях из-за его характеристик, которые заметно отличаются от некоторых характеристик более широко используемых стандартных диодов с PN переходом.

Диод Шоттки / Сравнение диодов PN
Характеристика Диод Шоттки PN Соединительный диод
Механизм прямого тока Перевозка основных транспортных средств. Из-за диффузионных токов, т.е. переноса неосновных носителей заряда.
Обратный ток Результаты от большинства перевозчиков, преодолевших барьер. Это меньше зависит от температуры, чем для стандартного PN-перехода. Результат диффузии неосновных носителей заряда через обедненный слой. Имеет сильную температурную зависимость.
Включить напряжение Маленький — около 0,2 В. Сравнительно большой — около 0.7 В.
Скорость переключения Fast — в результате использования основных носителей, поскольку рекомбинация не требуется. Ограничено временем рекомбинации введенных неосновных носителей.

Пример технических характеристик диода Шоттки

Чтобы дать некоторое представление об ожидаемых характеристиках диодов Шоттки, ниже приводится пара реальных примеров. В них обобщены основные технические характеристики, чтобы дать представление об их производительности.

1N5828 Силовой выпрямительный диод с барьером Шоттки

Этот диод описывается как диод Шоттки стержневого типа, то есть для выпрямления мощности. Он показывает, как работает силовой диод Шоттки.

Типичные характеристики диода Шоттки 1N5258 / Технические характеристики
Характеристика Типичное значение Блок Детали
Максимальное рекуррентное пиковое обратное напряжение 40 В
Максимальное напряжение блокировки постоянного тока 40 В
Средний прямой ток, IF (AV) 15 A Т = 100 ° С
Пиковый прямой импульсный ток, IFSM 500 A
Максимальное мгновенное прямое напряжение, VF 0.5 В При IFM = 15 A и Tj = 25 ° C
Максимальный мгновенный обратный ток при номинальном напряжении блокировки, IR 10

250

мА Tj = 25 ° C

Tj = 125 ° C

1N5711 Переключающий диод с барьером Шоттки

Этот диод описывается как сверхбыстрый переключающийся диод с высоким обратным пробоем, низким прямым падением напряжения и защитным кольцом для защиты перехода.

Типовой 1N5711 Характеристики / Технические характеристики
Характеристика Типичное значение Блок Детали
Макс.напряжение блокировки постоянного тока, Vr 70 В
Максимальный постоянный ток в прямом направлении, Ifm 15 мА
Напряжение обратного пробоя, В (БР) R 70 В при обратном токе 10 мкА
Обратный ток утечки, IR 200 мкА При VR = 50 В
Прямое падение напряжения, VF 0.41

1,00

В при IF = 1,0 мА

IF = 15 мА

Емкость перехода, Кдж 2,0 пФ VR = 0 В, f = 1 МГц
Время обратного восстановления, trr 1 нС

Несмотря на то, что приведенные здесь примеры дают характеристику обратного напряжения 40 В, что довольно типично, обычно можно получить максимум около 100 В.

Следует отметить, что даже несмотря на то, что эти цифры приведены в качестве примеров цифр, которые можно ожидать для типичных диодов Шоттки, цифры даже для данного номера устройства также будут незначительно отличаться между разными производителями.

Другие электронные компоненты:
Резисторы Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор Полевой транзистор Типы памяти Тиристор Разъемы Разъемы RF Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты».. .

Разница между нормальным выпрямительным диодом и диодом Шоттки

Диод — это пассивное устройство или компонент, который позволяет току течь только в одном направлении, а полностью блокирует прохождение тока в другом. Но поскольку существует так много типов диодов, как различать их и, самое главное, какой из них использовать в соответствии с его требованиями в нашей схеме? Итак, в этом посте я попытался дать вам представление о « Различии между обычным выпрямительным диодом и диодом Шоттки »

Прежде чем перейти к основам выпрямителя или диода Шоттки, давайте рассмотрим некоторые из основных характеристик диодов.

Основные характеристики диода: —

Характеристики диода
Свойство диода Определение
V f Указывает на прямое падение напряжения , когда ток течет от вывода P к N диода.
I f Максимальный ток в прямом направлении диод может выдержать
V R Это напряжение обратного пробоя , когда ток течет от клеммы N к клемме P.
I R Величина тока, протекающего при обратном смещении диода.
т RR Когда диод внезапно выключается, прямому току, протекающему через диод, требуется небольшое время, чтобы утихнуть, и это время называется Время обратного восстановления .

Что такое выпрямительный диод?
  • Выпрямительный диод — это простейший диод с p-n переходом, который в основном используется для выпрямления в полумостовых и полномостовых выпрямителях.И это из-за высокого напряжения пробоя, обычно порядка 200–1000 вольт, что очевидно.
  • Прямое падение напряжения (Vf) выпрямительного диода составляет от 0,7 до 0,9 В.
Выпрямительные диоды в схеме полного мостового выпрямителя
  • В качестве примера предположим, что вы хотите разработать мостовой выпрямитель для своего проекта преобразователя переменного тока в постоянный. Для этого мостового выпрямителя диод выпрямительной серии 1N4 является оптимальным выбором.
  • Диод
1N4007 в схеме мостового выпрямителя

Диод Шоттки
  • В отличие от простого выпрямительного диода (1N4007), переход диода Шоттки находится между полупроводником n-типа и металлической пластиной.
  • Диод Шоттки
  • , также известный как барьерный диод , в основном используется в цепях низкого напряжения, поскольку прямое падение напряжения диода Шоттки (Vf) меньше, чем у выпрямительного диода. Прямое падение напряжения на диоде Шоттки обычно находится в диапазоне от 0,25 до 0,5 В, тогда как напряжение выпрямительного диода V f составляет около 0,7 В.
  • Допустим, вы работаете с цепью низкого напряжения (скажем, 3 В), и в этой цепи используется диод. В этом случае лучше использовать диод Шоттки, потому что на нем будет меньше падение напряжения.И напряжения хватит для дальнейшего использования.
Диод Шоттки является униполярным устройством.
  • Кроме того, электроны являются основными носителями заряда с обеих сторон перехода, таким образом, это униполярное устройство .
  • Он в основном используется в высокочастотных приложениях, таких как SMPS. И это из-за небольшого повышения температуры и высокой скорости переключения при небольшом времени восстановления.
Диод Шоттки в ИИП

ВРЕМЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ:

Когда диод внезапно выключается, прямому току, протекающему через диод, требуется небольшое время, чтобы утихнуть, и это время называется Время обратного восстановления .По сравнению с обычным диодом, время обратного восстановления диодов Шоттки намного меньше, что делает его пригодным для использования в схемах с быстрой коммутацией.

Недостатки диода Шоттки:

  • Недостатком Schottky является низкое напряжение пробоя (от 20 до 40 В), что делает его непригодным для выпрямительной схемы.
Недостаток диода Шоттки

Применение диода Шоттки:

  • В качестве примера предположим, что мы проектируем понижающий преобразователь.Поскольку Mosfet в понижающем преобразователе переключается с очень высокой частотой, диод в этой схеме должен иметь высокую скорость переключения. Таким образом, диод Шоттки является здесь оптимальным выбором.

И, заканчивая описанным выше приложением, теперь вы знаете все основные различия между диодом Шоттки и выпрямительным диодом.

Диод Шоттки

— характеристики, параметры и применение

Диод

является одним из основных компонентов, которые обычно используются в конструкциях электронных схем, его обычно можно встретить в выпрямителях, клипсаторах, зажимах и многих других широко используемых схемах.Это двухконтактное полупроводниковое устройство, которое позволяет току течь только в одном направлении, а именно от анода к катоду (+ к -), и блокирует ток в обратном направлении, то есть от катода к аноду. Причина в том, что он имеет ок. Нулевое сопротивление в прямом направлении и бесконечное сопротивление в обратном направлении. Существует много типов диодов, каждый со своими уникальными свойствами и возможностями применения. Мы уже узнали о стабилитронах и их работе, в этой статье мы узнаем о другом интересном типе диода, называемом , диод Шоттки , и о том, как его можно использовать в наших схемах.

Диод Шоттки (названный в честь немецкого физика Вальтера Х. Шоттки) — это другой тип полупроводникового диода, но вместо PN перехода диод Шоттки имеет переход металл-полупроводник, что снижает емкость и увеличивает скорость переключения диода Шоттки. , и этим он отличается от других диодов. Диод Шоттки также имеет другие названия, например, поверхностный барьерный диод , барьерный диод Шоттки, горячий носитель или диод горячих электронов .

Символ диода Шоттки

Символ диода Шоттки основан на общем символе диода, но вместо прямой линии он имеет S-образную структуру на отрицательном конце диода, как показано ниже.Этот схематический символ можно легко использовать, чтобы отличить диод Шоттки от других диодов при чтении принципиальной схемы. На протяжении всей статьи мы будем сравнивать диод Шоттки с обычным диодом для лучшего понимания.

Даже по внешнему виду компонента диод Шоттки похож на обычный диод, и часто бывает трудно определить разницу, не прочитав на нем номер детали. Но в большинстве случаев диод Шоттки будет казаться немного громоздким, чем обычные диоды, но это не всегда так.Изображение выводов диода Шоттки показано ниже.

Что делает диод Шоттки особенным?

Как обсуждалось ранее, диод Шоттки выглядит и работает очень похоже на обычный диод, но уникальными характеристиками диода Шоттки являются очень низкое падение напряжения и высокая скорость переключения . Чтобы лучше понять это, давайте подключим диод Шоттки и обычный диод к идентичной цепи и проверим, как она работает.

На приведенных выше изображениях у нас есть две схемы: одна для диода Шоттки, а другая — для типичного диода с PN переходом. Эти схемы будут использоваться для различения падений напряжения на обоих диодах. Таким образом, левая цепь предназначена для диода Шоттки, а правая — для типичного диода с PN переходом. Оба диода запитаны 5В. Когда ток проходит от обоих диодов, диод Шоттки имеет падение напряжения только 0,3 В и оставляет 4,7 В для нагрузки, с другой стороны, типичный диод с PN-переходом имеет падение напряжения 0.7 вольт и оставляет 4,3 вольта на нагрузку. Таким образом, диод Шоттки имеет на меньшее падение напряжения, чем обычный диод с PN-переходом . За исключением падения напряжения, диод Шоттки также имеет некоторые другие преимущества по сравнению с типичным диодом с PN-переходом, таким как диод Шоттки, который имеет более высокую скорость переключения , меньший шум и лучшие характеристики , чем типичный диод с PN-переходом.

Недостатки диода Шоттки

Если диод Шоттки имеет очень низкое падение напряжения и высокую скорость переключения, обеспечивая лучшую производительность, тогда зачем нам вообще нужны диоды с обычным P-N переходом? Почему бы просто не использовать диод Шоттки во всех схемах?

Хотя это правда, что диоды Шоттки лучше, чем диоды с P-N переходом, и постепенно они становятся более предпочтительными, чем диоды с P-N переходом.Двумя основными недостатками диода Шоттки являются его низкое обратное напряжение пробоя и высокий обратный ток утечки по сравнению с обычным диодом. Это делает его непригодным для коммутации высокого напряжения. Также диоды Шоттки на сравнительно дороже на , чем обычные выпрямительные диоды.

Диод Шоттки против выпрямительного диода

Краткое сравнение PN-диода и диода Шоттки приведено в таблице ниже:

PN-переходной диод Диод Шоттки
Диод с PN-переходом — это биполярное устройство . означает, что токопроводимость происходит за счет как неосновных, так и основных носителей заряда. В отличие от диода с PN-переходом, диод Шоттки является униполярным устройством . означает, что токопроводимость происходит только за счет основных носителей заряда.
PN-диод с переходом полупроводник-полупроводник. В то время как диод Шоттки имеет переход металл-полупроводник.
PN-переходный диод имеет большое падение напряжения . Диод Шоттки имеет небольшое падение напряжения .
High По состоянию потерь. Low Состояние потерь.
Медленная скорость переключения. Быстрая скорость переключения.
Высокое напряжение включения (0,7 В) Низкое напряжение включения (0,2 В)
Высокое обратное напряжение блокировки Низкое обратное напряжение блокировки
Низкий обратный ток Большой обратный ток

Структура диода Шоттки Диоды Шоттки

построены с использованием перехода металл-полупроводник , как показано на рисунке ниже.Диоды Шоттки имеют соединение металла с одной стороны перехода и легированный кремний с другой стороны, поэтому диод Шоттки не имеет обедненного слоя . Из-за этого свойства диоды Шоттки известны как униполярные устройства, в отличие от типичных диодов с PN-переходом, которые являются биполярными устройствами.

Базовая структура диода Шоттки показана на изображении выше. Как вы можете видеть на изображении, диод Шоттки имеет металлическое соединение на одной стороне, которое может варьироваться от платины до вольфрама, молибдена, золота и т. Д.и полупроводник N-типа с другой стороны. Когда соединение металла и полупроводник N-типа объединяются, они создают переход металл-полупроводник. Этот переход известен как барьер Шоттки . Ширина барьера Шоттки зависит от типа металлических и полупроводниковых материалов, которые используются при формировании перехода.

Барьер Шоттки работает по-разному в несмещенном, прямом или обратном смещении. В состоянии прямого смещения , когда положительный вывод батареи соединен с металлом, а отрицательный вывод соединен с полупроводником n-типа, диод Шоттки пропускает ток.Но в состоянии обратного смещения , когда положительный вывод батареи соединен с полупроводником n-типа, а отрицательный вывод соединен с металлом, диод Шоттки блокирует ток. Однако, если напряжение с обратным смещением увеличится выше определенного уровня, сломает барьер , и ток начнет течь в обратном направлении, и это может повредить компоненты, подключенные к диоду Шоттки.

V-I характеристики диода Шоттки

Одной из важных характеристик, которую следует учитывать при выборе диода, является график зависимости прямого напряжения (В) от прямого тока (I).График VI наиболее популярных диодов Шоттки 1N5817, 1N5818 и 1N5819 показан ниже

.

Характеристики

V-I диода Шоттки очень похожи на типичный диод с PN-переходом. Наличие более низкого падения напряжения, чем у типичного диода с PN-переходом, позволяет диоду Шоттки потреблять меньшее напряжение, чем типичный диод. Из приведенного выше графика вы можете видеть, что 1N517 имеет наименьшее прямое падение напряжения по сравнению с двумя другими, также можно отметить, что падение напряжения увеличивается с увеличением тока через диод.Даже для 1N517 при максимальном токе 30 А падение напряжения на нем может достигать 2 В. Следовательно, эти диоды обычно используются в слаботочных приложениях.

Параметры, которые следует учитывать при выборе диода Шоттки

Каждый инженер-конструктор должен выбрать правильный диод Шоттки в соответствии с потребностями его применения. Для выпрямительных схем потребуются диоды с номинальными характеристиками высокого напряжения, низкого / среднего тока и низкой частоты.Для схем переключения номинальная частота диода должна быть высокой.

Некоторые общие и важные параметры диода, о которых следует помнить, перечислены ниже:

Падение напряжения в прямом направлении: Падение напряжения при включении диода с прямым смещением является падением напряжения в прямом направлении. Это зависит от разных диодов. Для диода Шоттки обычно предполагается, что напряжение включения составляет около 0,2 В.

Напряжение обратного пробоя: Определенная величина напряжения обратного смещения, после которой диод выходит из строя и начинает проводить в обратном направлении, называется напряжением обратного пробоя.Напряжение обратного пробоя для диода Шоттки составляет около 50 вольт.

Время обратного восстановления: Это время, необходимое для переключения диода из его прямого проводящего состояния или состояния «ВКЛ» в обратное состояние «ВЫКЛ». Наиболее важным различием между типичным диодом с PN-переходом и диодом Шоттки является время обратного восстановления. В типичном диоде с PN-переходом время обратного восстановления может варьироваться от нескольких микросекунд до 100 наносекунд. У диодов Шоттки нет времени восстановления, потому что диод Шоттки не имеет обедненной области на переходе.

Обратный ток утечки: Ток, проводимый полупроводниковым устройством при обратном смещении, является током обратной утечки. В диоде Шоттки повышение температуры значительно увеличивает обратный ток утечки.

Применение диода Шоттки Из-за своих уникальных свойств диоды Шоттки

находят множество применений в электронной промышленности. Вот некоторые из приложений:

1.Цепи ограничения / ограничения напряжения

Схемы ограничителей и схемы фиксаторов обычно используются в приложениях для формирования волн. Низкое падение напряжения делает диод Шоттки полезным в качестве ограничивающего диода.

2. Защита от обратного тока и разряда

Как мы знаем, диод Шоттки также называется блокирующим диодом , потому что он блокирует ток в обратном направлении; его можно использовать в качестве защиты от разряда.Например, в аварийной вспышке , диод Шоттки используется между суперконденсатором и двигателем постоянного тока, чтобы предотвратить разряд суперконденсатора через двигатель постоянного тока.

3. Цепи выборки и хранения

Диоды Шоттки с прямым смещением не имеют неосновных носителей заряда, и благодаря этому они могут переключаться быстрее, чем типичные диоды с PN-переходом. Таким образом, диоды Шоттки используются, потому что они имеют меньшее время перехода от выборки к шагу удержания, и это приводит к более точной выборке на выходе.

4. Выпрямитель мощности

Диоды Шоттки

имеют высокую плотность тока, а низкое прямое падение напряжения означает, что меньше энергии тратится впустую, чем у типичного диода с PN переходом, и это делает диоды Шоттки более подходящими для силовых выпрямителей.

Далее вы можете найти практическое применение диода во многих схемах, перейдя по ссылке.

диодов — learn.sparkfun.com

Добавлено в избранное Любимый 63

Введение

После того, как вы перейдете от простых пассивных компонентов, таких как резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности, пора перейти в удивительный мир полупроводников.Одним из наиболее широко используемых полупроводниковых компонентов является диод.

В этом уроке мы рассмотрим:

  • Что такое диод !?
  • Теория работы диодов
  • Важные свойства диода
  • Различные типы диодов
  • Как выглядят диоды
  • Типовые применения диодов

Рекомендуемая литература

Некоторые концепции в этом руководстве основаны на предыдущих знаниях в области электроники. Прежде чем перейти к этому руководству, подумайте о том, чтобы сначала прочитать (по крайней мере, бегло просмотреть) следующие:

Что такое схема?

Каждый электрический проект начинается со схемы.Не знаю, что такое схема? Мы здесь, чтобы помочь.

Что такое электричество?

Мы можем видеть электричество в действии на наших компьютерах, освещающее наши дома, как удары молнии во время грозы, но что это такое? Это непростой вопрос, но этот урок прольет на него некоторый свет!

Как пользоваться мультиметром

Изучите основы использования мультиметра для измерения целостности цепи, напряжения, сопротивления и тока.

Хотите изучить различные диоды?

Идеальные диоды

Ключевая функция диода perfect — управлять направлением тока. Ток, проходящий через диод, может идти только в одном направлении, называемом прямым направлением. Ток, пытающийся течь в обратном направлении, заблокирован. Они похожи на односторонний клапан электроники.

Если напряжение на диоде отрицательное, ток не может течь *, и идеальный диод выглядит как разомкнутая цепь.В такой ситуации говорят, что диод на или с обратным смещением .

Пока напряжение на диоде не отрицательное, он «включается» и проводит ток. В идеале * диод должен действовать как короткое замыкание (0 В на нем), если он проводит ток. Когда диод проводит ток, он смещен в прямом направлении (жаргон электроники означает «включено»).

Соотношение тока и напряжения идеального диода. Любое отрицательное напряжение дает нулевой ток — разрыв цепи.Пока напряжение неотрицательно, диод выглядит как короткое замыкание.

Характеристики идеального диода
Рабочий режим Вкл. (Смещение вперед) Выкл. В = 0 В
Диод выглядит как Короткое замыкание Обрыв цепи

Символ цепи

Каждый диод имеет две клеммы — соединения на каждом конце компонента — и эти клеммы поляризованы , что означает, что эти две клеммы совершенно разные.Важно не перепутать соединения на диоде. Положительный конец диода называется анодом , а отрицательный конец называется катодом . Ток может течь от конца анода к катоду, но не в другом направлении. Если вы забыли, в каком направлении протекает ток через диод, попробуйте вспомнить мнемонику ACID : «анодный ток в диоде» (также анодный катод — это диод ).

Обозначение цепи стандартного диода представляет собой треугольник, соприкасающийся с линией.Как мы расскажем позже в этом руководстве, существует множество типов диодов, но обычно их обозначение схемы будет выглядеть примерно так:

Вывод, входящий в плоский край треугольника, представляет собой анод. Ток течет в направлении, указанном треугольником / стрелкой, но не может идти в обратном направлении.

Выше приведены несколько простых примеров схем диодов. Слева диод D1 смещен в прямом направлении и пропускает ток через цепь. По сути это похоже на короткое замыкание.Справа диод D2 имеет обратное смещение. Ток не может течь по цепи, и она выглядит как разомкнутая цепь.

* Внимание! Звездочка! Не совсем так … К сожалению, идеального диода не существует. Но не волнуйтесь! Диоды действительно настоящие, у них просто есть несколько характеристик, которые заставляют их работать немного хуже, чем наша идеальная модель …


Реальные характеристики диода

В идеале, , диоды будут блокировать любой ток, текущий в обратном направлении, или просто действовать как короткое замыкание, если ток идет вперед.К сожалению, реальное поведение диодов не совсем идеальное. Диоды действительно потребляют некоторое количество энергии при проведении прямого тока, и они не будут блокировать весь обратный ток. Реальные диоды немного сложнее, и все они имеют уникальные характеристики, которые определяют, как они на самом деле работают.

Соотношение тока и напряжения

Наиболее важной характеристикой диода является его вольт-амперная зависимость ( i-v ). Это определяет ток, протекающий через компонент, с учетом того, какое напряжение на нем измеряется.Резисторы, например, имеют простую линейную зависимость i-v … Закон Ома. Кривая i-v диода, однако, полностью не является линейной. Выглядит это примерно так:

Вольт-амперная зависимость диода. Чтобы преувеличить несколько важных моментов на графике, масштабы как в положительной, так и в отрицательной половине не равны.

В зависимости от приложенного к нему напряжения диод будет работать в одном из трех регионов:

  1. Прямое смещение : Когда напряжение на диоде положительное, диод включен, и ток может протекать через него.Напряжение должно быть больше прямого напряжения (V F ), чтобы ток был значительным.
  2. Обратное смещение : Это режим «выключения» диода, при котором напряжение меньше V F , но больше -V BR . В этом режиме ток (в основном) заблокирован, а диод выключен. Очень малый ток (порядка нА), называемый током обратного насыщения, может протекать через диод в обратном направлении.
  3. Пробой : Когда напряжение, приложенное к диоду, очень большое и отрицательное, большой ток может течь в обратном направлении, от катода к аноду.

прямое напряжение

Чтобы «включиться» и провести ток в прямом направлении, диод требует приложения определенного количества положительного напряжения. Типичное напряжение, необходимое для включения диода, называется прямым напряжением F ).Его также можно назвать либо , , либо , .

Как мы знаем из кривой i-v , ток через диод и напряжение на диоде взаимозависимы. Больше тока означает большее напряжение, меньшее напряжение означает меньший ток. Однако, когда напряжение приближается к номинальному прямому напряжению, большое увеличение тока по-прежнему должно означать лишь очень небольшое увеличение напряжения. Если диод полностью проводящий, обычно можно предположить, что напряжение на нем соответствует номинальному прямому напряжению.

Мультиметр с настройкой диода можно использовать для измерения (минимального) прямого падения напряжения на диоде.

V F конкретного диода зависит от того, из какого полупроводникового материала он сделан. Обычно кремниевый диод имеет напряжение V F около 0,6–1 В . Диод на основе германия может быть ниже, около 0,3 В. Диод типа также имеет некоторое значение для определения прямого падения напряжения; светоизлучающие диоды могут иметь гораздо большее значение V F , в то время как диоды Шоттки разработаны специально, чтобы иметь гораздо более низкое, чем обычно, прямое напряжение.

Напряжение пробоя

Если на диод подается достаточно большое отрицательное напряжение, он поддается и позволяет току течь в обратном направлении. Это большое отрицательное напряжение называется напряжением пробоя . Некоторые диоды на самом деле предназначены для работы в области пробоя, но для большинства нормальных диодов не очень полезно подвергаться воздействию больших отрицательных напряжений.

Для обычных диодов это напряжение пробоя составляет от -50 В до -100 В или даже более отрицательное.

Таблицы данных диодов

Все вышеперечисленные характеристики должны быть подробно описаны в даташите на каждый диод. Например, в этом техническом описании диода 1N4148 указано максимальное прямое напряжение (1 В) и напряжение пробоя (100 В) (среди множества другой информации):

Таблица данных может даже представить вам хорошо знакомый график вольт-амперной характеристики, чтобы более подробно описать поведение диода. Этот график из таблицы данных диода увеличивает изогнутую переднюю часть кривой i-v .Обратите внимание, как больший ток требует большего напряжения:

Эта диаграмма указывает на еще одну важную характеристику диода — максимальный прямой ток. Как и любой другой компонент, диоды могут рассеивать только определенное количество энергии, прежде чем они взорвутся. На всех диодах должны быть указаны максимальный ток, обратное напряжение и рассеиваемая мощность. Если диод подвергается большему напряжению или току, чем он может выдержать, ожидайте, что он нагреется (или, что еще хуже, расплавится, задымится и т. Д.).

Некоторые диоды хорошо подходят для больших токов — 1 А или более — другие, например, малосигнальный диод 1N4148, показанный выше, могут работать только на ток около 200 мА.


Этот 1N4148 — лишь крошечная выборка всех существующих типов диодов. Далее мы рассмотрим, какое удивительное разнообразие существует и для какой цели служит каждый тип.

Типы диодов

Нормальные диоды

Сигнальные диоды

Стандартные сигнальные диоды являются одними из самых простых, средних и простых членов семейства диодов. Обычно они имеют средне-высокое прямое падение напряжения и низкий максимальный ток.Типичный пример сигнального диода — 1N4148.

Очень общего назначения, он имеет типичное прямое падение напряжения 0,72 В и максимальный номинальный прямой ток 300 мА.

Слабосигнальный диод 1N4148. Обратите внимание на черный кружок вокруг диода, который отмечает, какой из выводов является катодом.

Силовые диоды

Выпрямитель или силовой диод — стандартный диод с гораздо более высоким максимальным током. Этот более высокий номинальный ток обычно достигается за счет большего прямого напряжения.1N4001 — это пример силового диода.

1N4001 имеет номинальный ток 1 А и прямое напряжение 1,1 В.

Диод 1N4001 PTH. На этот раз серая полоса указывает, какой вывод является катодом.

И, конечно же, большинство типов диодов также выпускаются для поверхностного монтажа. Вы заметите, что у каждого диода есть способ (независимо от того, насколько он крошечный или плохо различимый), чтобы указать, какой из двух контактов является катодом.

Светодиоды (светодиоды!)

Самым ярким членом семейства диодов должен быть светодиод (LED).Эти диоды буквально загораются при подаче положительного напряжения.

Горстка сквозных светодиодов. Слева направо: желтый 3 мм, синий 5 мм, зеленый 10 мм, сверхяркий красный 5 мм, RGB 5 мм и синий 7-сегментный светодиод.

Как и обычные диоды, светодиоды пропускают ток только в одном направлении. Они также имеют номинальное прямое напряжение, то есть напряжение, необходимое для их включения. Рейтинг светодиода V F обычно выше, чем у обычного диода (1.2 ~ 3 В), и это зависит от цвета, излучаемого светодиодом. Например, номинальное прямое напряжение сверхяркого синего светодиода составляет около 3,3 В, а для сверхяркого красного светодиода такого же размера — всего 2,2 В.

Очевидно, вы чаще всего найдете светодиоды в осветительных приборах. Они веселые и веселые! Но более того, их высокая эффективность привела к широкому использованию в уличных фонарях, дисплеях, подсветке и многом другом. Другие светодиоды излучают свет, невидимый человеческому глазу, например инфракрасные светодиоды, которые являются основой большинства пультов дистанционного управления.Другое распространенное использование светодиодов — оптическая изоляция опасной высоковольтной системы от низковольтной цепи. Оптоизоляторы соединяют инфракрасный светодиод с фотодатчиком, который пропускает ток при обнаружении света от светодиода. Ниже приведен пример схемы оптоизолятора. Обратите внимание на то, как схематический символ диода отличается от обычного диода. Светодиодные символы добавляют пару стрелок, выходящих из символа.

Диоды Шоттки

Другой очень распространенный диод — диод Шоттки.

Диод Шоттки

В наличии COM-10926

Диоды Шоттки известны своим низким прямым падением напряжения и очень быстрым переключением. Этот диод Шоттки 1A 40V равен…

1

Полупроводниковый состав диода Шоттки немного отличается от обычного диода, и это приводит к значительному на меньшему прямому падению напряжения , которое обычно находится между 0.15 В и 0,45 В. Однако они все равно будут иметь очень большое напряжение пробоя.

Диоды Шоттки

особенно полезны для ограничения потерь, когда необходимо сохранить каждый последний бит напряжения . Они достаточно уникальны, чтобы получить собственное обозначение схемы с парой изгибов на конце катодной линии.

Стабилитроны

Стабилитроны

— это странный изгой из семейства диодов. Обычно они используются, чтобы намеренно проводить обратный ток .

Стабилитрон — 5.1 В 1 Вт

В отставке COM-10301

Стабилитроны полезны для создания опорного напряжения или в качестве стабилизатора напряжения в слаботочных приложениях. Эти диоды…

На пенсии Стабилитрон

разработан для обеспечения очень точного напряжения пробоя, называемого стабилитроном или напряжением стабилитрона . Когда через стабилитрон протекает достаточный ток в обратном направлении, падение напряжения на нем будет стабильным на уровне напряжения пробоя.

За счет преимущества своих пробивных свойств стабилитроны часто используются для создания известного опорного напряжения, точно равного их напряжению стабилитрона. Их можно использовать в качестве регуляторов напряжения для небольших нагрузок, но на самом деле они не предназначены для регулирования напряжения в цепях, которые потребляют значительный ток.

Стабилитроны

достаточно особенные, чтобы иметь собственное обозначение схемы с волнистыми концами на катодной линии. Этот символ может даже обозначать, что такое напряжение стабилитрона диода.Вот стабилитрон 3,3 В, создающий надежное опорное напряжение 3,3 В:

Фотодиоды

Фотодиоды — это специально сконструированные диоды, которые улавливают энергию фотонов света (см. Физика, квантовая) для генерации электрического тока. Вид работы как анти-светодиод.

Фотодиод BPW34 (не четверть, да еще мелочь). Поместите его на солнце, и он может генерировать около нескольких мкВт энергии !.

Солнечные элементы — главный благодетель фотодиодной технологии.Но эти диоды также могут использоваться для обнаружения света или даже для оптической связи.


Применение диодов

Для такого простого компонента диоды имеют множество применений. Вы найдете диод того или иного типа практически в каждой цепи. Они могут быть представлены в чем угодно, от цифровой логики слабого сигнала до схемы преобразования энергии высокого напряжения. Давайте рассмотрим некоторые из этих приложений.

Выпрямители

Выпрямитель — это схема, преобразующая переменный ток (AC) в постоянный (DC).Это преобразование критично для всякой бытовой электроники. Сигналы переменного тока выходят из розеток вашего дома, но именно постоянный ток питает большинство компьютеров и другой микроэлектроники.

Ток в цепях переменного тока буквально чередуется — быстро переключается между положительным и отрицательным направлениями — но ток в сигнале постоянного тока течет только в одном направлении. Итак, чтобы преобразовать переменный ток в постоянный, вам просто нужно убедиться, что ток не может течь в отрицательном направлении. Похоже на работу для ДИОДОВ!

Однополупериодный выпрямитель может быть выполнен только из одного диода.Если сигнал переменного тока, такой как, например, синусоида, передается через диод, любая отрицательная составляющая сигнала отсекается.

Формы сигналов входного (красный / левый) и выходного (синий / правый) напряжения после прохождения через схему однополупериодного выпрямителя (в центре).

Двухполупериодный мостовой выпрямитель использует четыре диода для преобразования этих отрицательных выступов в сигнале переменного тока в положительные.

Схема мостового выпрямителя (в центре) и форма выходной волны, которую она создает (синий / правый).

Эти цепи являются критическим компонентом источников питания переменного тока в постоянный, которые преобразуют сигнал 120/240 В переменного тока сетевой розетки в сигналы постоянного тока 3,3 В, 5 В, 12 В и т. Д. Если вы разорвали стенную бородавку, вы, скорее всего, увидели бы там несколько диодов, которые ее исправили.

Можете ли вы заметить четыре диода, образующие мостовой выпрямитель в этой бородавке?

Защита от обратного тока

Когда-нибудь вставлял батарею неправильно? Или поменять местами красный и черный провода питания? Если это так, то диод может быть благодарен за то, что ваша схема все еще жива.Диод, расположенный последовательно с положительной стороной источника питания, называется диодом обратной защиты. Это гарантирует, что ток может течь только в положительном направлении, а источник питания подает только положительное напряжение в вашу цепь.

Это применение диода полезно, когда разъем источника питания не поляризован, что позволяет легко испортить и случайно подключить отрицательный источник питания к положительному полюсу входной цепи.

Недостатком диода обратной защиты является то, что он вызывает некоторую потерю напряжения из-за прямого падения напряжения.Это делает диоды Шоттки отличным выбором для диодов обратной защиты.

Логические ворота

Забудьте о транзисторах! Простые цифровые логические вентили, такие как И или ИЛИ, могут быть построены из диодов.

Например, диодный вентиль ИЛИ с двумя входами может быть построен из двух диодов с общими катодными узлами. Выход логической схемы также находится в этом узле. Когда один из входов (или оба) являются логической 1 (высокий / 5 В), выход также становится логической 1.Когда оба входа имеют логический 0 (низкий / 0 В), на выходе через резистор подается низкий уровень.

Логический элемент И построен аналогичным образом. Аноды обоих диодов соединены вместе, где находится выход схемы. Оба входа должны иметь логическую единицу, заставляя ток течь по направлению к выходному выводу и также подтягивать его к высокому уровню. Если на каком-либо из входов низкий уровень, ток от источника питания 5 В проходит через диод.

Для обоих логических вентилей можно добавить больше входов, добавив только один диод.

Обратные диоды и подавление скачков напряжения

Диоды

очень часто используются для ограничения возможного повреждения из-за неожиданных больших скачков напряжения. Диоды подавления переходных напряжений (TVS) — это специальные диоды, вроде стабилитронов с низким пробивным напряжением (часто около 20 В), но с очень большими номинальными мощностями (часто в диапазоне киловатт). Они предназначены для шунтирования токов и поглощения энергии, когда напряжение превышает их напряжение пробоя.

Обратные диоды

выполняют аналогичную работу по подавлению скачков напряжения, в частности, вызванных индуктивным компонентом, таким как двигатель.Когда ток через катушку индуктивности внезапно изменяется, создается всплеск напряжения, возможно, очень большой отрицательный всплеск. Обратный диод, помещенный на индуктивную нагрузку, даст этому отрицательному сигналу напряжения безопасный путь для разряда, фактически многократно проходя через индуктивность и диод, пока он в конечном итоге не погаснет.

Это всего лишь несколько вариантов применения этого удивительного маленького полупроводникового компонента.


Покупка диодов

Теперь, когда ваш текущий движется в правильном направлении, пришло время найти хорошее применение вашим новым знаниям.Независимо от того, ищете ли вы отправную точку или просто пополняете запасы, у нас есть набор изобретателя, а также отдельные диоды на выбор.

Наши рекомендации:

Диод Шоттки

В наличии COM-10926

Диоды Шоттки известны своим низким прямым падением напряжения и очень быстрым переключением.Этот диод Шоттки 1A 40V равен…

1

Комплект изобретателя SparkFun — версия 3.2

В отставке КОМПЛЕКТ-12060

** Как вы, возможно, видели из [нашего сообщения в блоге] (https://www.sparkfun.com/news/2241), мы недавно перенесли нашу пресс-форму для SIK…

76 На пенсии

Ресурсы и дальнейшее развитие

Теперь, когда вы разобрались с диодами, возможно, вы захотите продолжить изучение других полупроводников:

Или откройте для себя другие распространенные электронные компоненты:

Характеристики диода Шоттки и его применение

Ⅰ Введение

Диоды Шоттки названы в честь их изобретателя, доктора философии.Шоттки, сокращение от диод с барьером Шоттки (сокращенно SBD ). SBD изготавливается не по принципу формирования PN-перехода путем контакта полупроводника P-типа с полупроводником N-типа, а по переходу металл-полупроводник, основанному на принципе контакта металл-полупроводник. Поэтому SBD также называют диодом металл-полупроводник или диодом с поверхностным барьером, который представляет собой диод с горячим носителем .

В этом видео представлены характеристики диода Шоттки и его применение

Каталог


Ⅱ Терминология

2.1 Принцип работы

Диод Шоттки — это металл-полупроводниковый прибор , изготовленный из благородного металла (золото, серебро, алюминий, платина и т. Д.) В качестве положительного электрода A, а полупроводник N-типа в качестве отрицательный электрод B и барьер, имеющий выпрямляющую характеристику, сформированный на его контактной поверхности. Поскольку в полупроводнике N-типа присутствует большое количество электронов, в благородном металле присутствует только очень небольшое количество свободных электронов, в результате электроны диффундируют от высокой концентрации B к низкой концентрации A.И в A нет дырки, следовательно, нет диффузионного движения дырок от A к B. Поскольку электрон непрерывно диффундирует от B к A, концентрация электронов на поверхности B постепенно уменьшается, разрушая электрическая нейтральность поверхности, и потенциальный барьер формируется, а направление электрического поля — от B к A. Однако под действием этого электрического поля электроны в A также будут производить дрейфовое движение от A к B, что ослабляет электрическое поле, образованное диффузионным движением.Когда устанавливается определенная область пространственного заряда, дрейфовое движение электронов, вызванное электрическим полем, и диффузионное движение электронов, вызванное различными концентрациями, достигают относительного баланса, что является принципом формирования SBD.

Символ диода Шоттки

Структура внутренней схемы типичного диода Шоттки основана на полупроводнике N-типа, на котором сформирован N-эпитаксиальный слой с использованием мышьяка в качестве легирующей примеси. Анод изготовлен из такого материала, как молибден или алюминий, для образования барьерного слоя, а SiO2 используется для устранения электрического поля в краевой области и увеличения выдерживаемого напряжения трубки.Подложка N-типа имеет небольшое сопротивление в открытом состоянии, а ее концентрация легирования в 100 раз выше, чем у H-слоя. Катодный слой N + формируется под подложкой для уменьшения контактного сопротивления катода. Регулируя структурные параметры, между подложкой N-типа и анодным металлом формируется барьер Шоттки. Когда прямое смещение прикладывается к обоим концам барьера Шоттки (металл анода соединяется с положительным электродом источника питания, а подложка N-типа соединяется с отрицательным электродом), барьерный слой Шоттки сужается, и внутреннее сопротивление становится небольшим; Когда через барьер Шоттки прикладывается обратное смещение, барьерный слой Шоттки становится шире, а его внутреннее сопротивление увеличивается.

Короче говоря, принцип конструкции диода Шоттки сильно отличается от принципа конструкции диодов с PN переходом . Тип PN-перехода обычно называется переходным диодом, а контактный диод металл-полупроводник называется диодом Шоттки. Кроме того, были также представлены алюмо-кремниевые диоды Шоттки, изготовленные с использованием кремниевого планарного процесса, который не только экономит драгоценные металлы, значительно снижает затраты, но также улучшает согласованность параметров.

2.2 Конструкция

Конструкция и материалы нового высоковольтного SBD отличаются от традиционных. Обычный SBD формируется путем контакта металла с полупроводником. Металлическим материалом может быть алюминий, золото, молибден, никель, титан и т. Д., А полупроводником обычно является кремний (Si) или арсенид галлия (GaAs). Поскольку подвижность электронов больше подвижности дырок, для получения хороших частотных характеристик в качестве подложки выбран полупроводниковый материал N-типа.Кроме того, уменьшая емкость перехода SBD и увеличивая напряжение обратного пробоя без создания большого последовательного сопротивления, на подложку N + обычно добавляют высокоомный тонкий слой N-типа.

Структурная схема диода Шоттки

Если материал вывода диода Шоттки изготовлен из бескислородной меди высокой чистоты, это улучшит проводимость и толщину. Он также имеет лучшую проводимость и долго не нагревается.В то время как обычная медная проволока будет легко окисляться и паяться, что приводит к низкой производительности и легкой поломке.

Схема диода Шоттки

Хорошо известно, что внутри металлического проводника находится большое количество проводящих электронов . Когда металл находится в контакте с полупроводником (расстояние между ними составляет всего один атом), уровень Ферми металла ниже уровня Ферми полупроводника, а электронная плотность меньше электронной плотности полупроводника. полосу по сравнению с зоной проводимости полупроводника внутри металла.Следовательно, после того, как они соединяются, электроны диффундируют от полупроводника к металлу, заставляя металл нести отрицательный заряд, а полупроводник заряжается положительно. Поскольку металл является идеальным проводником, отрицательный заряд распределяется только в тонком слое атомного размера. В случае полупроводника N-типа примесные атомы, которые теряют электроны, становятся положительными ионами и распределяются в большом толстом слое. В результате диффузии электронов от полупроводника к металлу формируются область пространственного заряда, собственное электрическое поле и барьер, а обедненный слой находится только на стороне полупроводника N-типа (барьер все области со стороны полупроводника).Направление собственного электрического поля в области барьера направлено к металлу областью N-типа . По мере того, как тепловая электронная эмиссия увеличивается из созданного поля, дрейфовый ток, противоположный направлению диффузионного тока, увеличивается, в конечном итоге достигая динамического равновесия, образуя контактный барьер между металлом и полупроводником, и это барьер Шоттки.

Когда приложенное напряжение равно нулю , диффузионный ток электрона равен току обратного дрейфа, обеспечивая динамический баланс.Когда прикладывается прямое смещение (то есть на металл прикладывается положительное напряжение, а на полупроводник — отрицательное), собственное поле ослабевает, и боковой барьер полупроводника понижается, так что прямой ток от металла к полупроводнику. Когда прикладывается обратное смещение, собственное поле усиливается, а высота барьера увеличивается, чтобы сформировать небольшой обратный ток от полупроводника к металлу. Следовательно, SBD, как и диод с PN-переходом, является нелинейным устройством с однонаправленной проводимостью.

2.3 Упаковка

Диоды Шоттки доступны как в корпусах с выводами, так и в корпусах для поверхностного монтажа ( SMD ), а диоды Шоттки с поверхностным монтажом доступны в различных корпусах, включая однотрубные, двухтрубные и тройные. -трубные версии. Диоды Шоттки в свинцовом корпусе обычно используются в качестве высокочастотных, сильноточных выпрямительных диодов, диодов свободного хода или защитных диодов. Выпускается в однотрубном и двухдиодном корпусах. Кроме того, у Шоттки есть три типа распиновки для лампы, то есть общий катод (катоды соединены), общий анод (аноды соединены) и последовательный (анод одного диода соединен с катодом). другого диода).

Ⅲ Технические параметры

1) Падение напряжения во включенном состоянии VF : VF — это падение напряжения на диоде Шоттки, когда диод Шоттки находится в прямой проводимости. Выбирать его нужно было, чтобы уделить больше внимания VF.

2) Обратный ток утечки насыщения IR : IR относится к току, протекающему через трубку, когда к ней приложено обратное напряжение. Поскольку диод Шоттки имеет большой обратный ток утечки, при выборе одного из них требуется меньшее значение IR.

3) Номинальный ток IF : IF относится к среднему значению тока, рассчитанному по допустимому повышению температуры, когда диод работает в течение длительного периода времени.

4) Импульсный ток IFSM : Прямой ток в момент включения питания. Это не нормальный ток, а мгновенный ток, который довольно велик.

5) Обратное пиковое напряжение VRM : Даже если обратный ток отсутствует, пока обратное напряжение постоянно увеличивается, диод рано или поздно выйдет из строя.VRM относится к максимальному обратному напряжению, которое можно приложить, чтобы избежать пробоя.

6) Обратное напряжение постоянного тока VR : Вышеупомянутый VRM представляет собой многократно приложенное пиковое напряжение, а VR — значение, когда напряжение постоянного тока подается непрерывно. Для цепей постоянного тока максимальное обратное напряжение постоянного тока важно для определения допустимых и верхних пределов.

7) Рабочая частота FM : Из-за емкости PN перехода, когда рабочая частота превышает определенное значение, его однонаправленная проводимость ухудшается.Диоды Шоттки имеют высокие значения ЧМ до 100 ГГц.

8) Время обратного восстановления Trr : Когда рабочее напряжение изменяется с прямого на обратное, идеальная работа диода состоит в том, что ток может быть мгновенно отключен. На самом деле обычно требуется небольшая задержка. Величина, определяющая текущую задержку отключения, — это время обратного восстановления. Другими словами, когда диод Шоттки внезапно инвертируется за счет проводимости, обратный ток значительно ослабляется до времени, необходимого для приближения к ИК.Это напрямую влияет на скорость переключения диода, но не означает, что это значение должно быть меньше. И этот показатель важен, когда переключатель большой мощности работает в состоянии переключателя высокой частоты.

Ⅳ Характеристики диодов Шоттки

4.1 Характеристики

1) Поскольку высота барьера Шоттки ниже, чем высота барьера PN-перехода, его пороговое напряжение прямой проводимости и прямое падение напряжения ниже (около 0.На 2 В ниже), чем диод на PN переходе.

2) Поскольку SBD является проводящим устройством для большинства несущих, не возникает проблем со сроком службы неосновных носителей и обратным восстановлением. Время обратного восстановления SBD — это только время заряда и разряда конденсатора с барьером Шоттки, которое полностью отличается от времени обратного восстановления диода с PN переходом. Поскольку заряд обратного восстановления SBD очень мал, скорость переключения очень высока, а потери переключения также очень малы, что особенно подходит для высокочастотных приложений.Однако обратный барьер SBD тонкий, и на его поверхности более вероятно возникновение пробоя, обратное напряжение пробоя относительно низкое. Поскольку SBD более подвержен тепловому пробою, чем диод с PN-переходом, обратный ток утечки больше, чем у диода с PN-переходом.

Диод с барьером Шоттки (SBD)

Самая большая яркая особенность диода Шоттки — однонаправленная проводимость, что означает, что ток может проходить только в одном направлении.Из-за этой характеристики его часто используют в качестве переключающего элемента для управления током.

4.2 Преимущества и недостатки

SBD имеет преимущества высокой частоты переключения, низкого прямого напряжения и низкого обратного напряжения пробоя, в основном менее 60 В, а максимальное значение составляет всего около 100 В, что ограничивает диапазон его применения. Например, в схемах импульсного источника питания (SMPS) и коррекции коэффициента мощности (PFC), диод свободного хода устройства переключения мощности, вторичная обмотка трансформатора и т. Д.Все они требуют высокочастотного выпрямительного диода на 100 В или более. В демпфирующей цепи УЗО используется высокоскоростной диод от 600 В до 1,2 кВ, требованиям может соответствовать только эпитаксиальный диод с быстрым восстановлением (FRED) или сверхбыстрый восстанавливающийся диод (UFRD). Время обратного восстановления UFRD также превышает 20 нс, что не может удовлетворить потребности SMPS от 1 МГц до 3 МГц в таких областях, как космические станции. Даже с SMPS 100 кГц, поскольку потери проводимости и коммутационные потери UFRD велики, температура корпуса высока, и требуется большой радиатор, так что объем и вес SMPS увеличиваются, что не является допустимым. совместим с тенденцией миниатюризации.Поэтому разработка SBD высокого давления выше 100 В всегда была темой исследований и вызывала беспокойство. В последние годы компания SBD совершила прорыв. Запущены в производство высоковольтные БРД на 150 В и 200 В, а также успешно разработаны БРД более 1 кВ из новых материалов.

Самый большой недостаток диодов Шоттки — это их низкое обратное смещение и большой обратный ток утечки. Для диодов Шоттки из кремния и металла номинальное напряжение обратного смещения составляет до 50 В.Значение тока обратной утечки находится в положительной температурной характеристике, которая легко увеличивается при повышении температуры. Так что необходимо следить за тепловым разгоном. Чтобы избежать вышеуказанных проблем, напряжение обратного смещения диода Шоттки в реальных условиях применения будет намного меньше его номинального значения. Однако технология диодов Шоттки также продвинулась вперед, с номинальными значениями обратного смещения до 200 В.

Ⅴ Применение диодов Шоттки

Диоды Шоттки широко используются в различных схемах саморегулирования , схемах связи, измерительных схемах, схемах домашних компьютеров и телевизорах из-за их высокой скорости переключения, длительного срока службы, отсутствия контакта, небольшого размера размер и высокая надежность.Они также используются в DVD-плеерах, видеомагнитофонах и других схемах.

Структура и характеристики SBD делают его подходящим для высокочастотного выпрямления в низковольтных, сильноточных выходных ситуациях, а также для обнаружения и микширования на очень высоких частотах (таких как X-диапазон, C-диапазон, S -диапазон и Ku-диапазон). Используется как фиксатор в высокоскоростных логических схемах. SBD также широко используется в ИС.

Диоды Шоттки — маломощные сверхбыстрые полупроводниковые приборы .Наиболее примечательной особенностью является то, что время обратного восстановления чрезвычайно короткое (может составлять всего несколько наносекунд), а прямое падение напряжения составляет всего около 0,4 В. Он широко используется в качестве высокочастотного, низковольтного, сильноточного выпрямительного диода, обратного диода, защитного диода, а также используется в качестве выпрямительного диода и диода обнаружения слабого сигнала в таких схемах, как микроволновая связь. Это чаще встречается в источниках питания и инверторах связи.

Типичное применение диода Шокли — в цепи переключения биполярного транзистора BJT.Зажмите, подключив диод Шокли к BJT, чтобы транзистор казался выключенным, когда он находится во включенном состоянии, чтобы улучшить скорость переключения транзистора. Этот метод используется во внутренних цепях TTL типичных цифровых ИС, таких как 74LS, 74ALS и 74AS.

Самая большая особенность диодов Шоттки заключается в том, что прямое падение напряжения VF относительно невелико. В случае того же тока его прямое падение напряжения намного меньше. Кроме того, время его восстановления невелико.У него также есть некоторые недостатки: низкое выдерживаемое напряжение и больший ток утечки. Их необходимо учитывать при выборе диода Шоттки.

Ⅵ Обнаружение

Диод Шоттки широко используется в импульсных источниках питания, инверторах, драйверах и других схемах в качестве высокочастотных, низковольтных, сильноточных выпрямительных диодов, обратных диодов и защитных диодов. Его основные неисправности — обрыв цепи, короткое замыкание и нестабильное регулирование напряжения.

При использовании цифрового мультиметра для проверки диода Шоттки красная ручка подключается к отрицательному полюсу диода Шоттки, а черная ручка — к отрицательному полюсу диода.Значение сопротивления, измеренное в это время, является сопротивлением прямой проводимости диода Шоттки.

Ⅶ Диод быстрого восстановления и диод Шоттки

Принцип конструкции отличается от . Диод Шоттки представляет собой комбинацию благородного металла и полупроводника n-типа, в то время как диод с быстрым восстановлением представляет собой обычный pn-переход с тонкой базой.

В выпрямителе Шоттки используется только один вид носителя (электрон) для переноса заряда, и нет избыточного накопления неосновных носителей за пределами барьера.Следовательно, нет проблемы накопления заряда, что делает характеристики переключения видимыми. Время обратного восстановления может быть сокращено до менее 10 нс. Однако его обратное выдерживаемое напряжение низкое, обычно не превышает 100 В. Следовательно, он подходит для работы в условиях низкого напряжения и высокого тока. Благодаря низкому падению напряжения он может повысить эффективность низковольтных, сильноточных выпрямительных цепей (или схем с обратным ходом).

Диоды Шоттки

Диод с быстрым восстановлением относится к диодам с коротким временем обратного восстановления (менее 5 мкс).Процесс в основном легирован золотом. Большинство из них имеют структуру PN-перехода, а некоторые используют улучшенную структуру PIN. Его прямое падение напряжения выше, чем у обычных диодов (1-2 В), а обратное выдерживаемое напряжение составляет более 1200 В. По производительности его можно разделить на два уровня: быстрое восстановление и сверхбыстрое восстановление. Первое время обратного восстановления составляет сотни наносекунд или больше, а второе — менее 100 наносекунд.

диоды Шоттки, имеющие преимущества , низкое прямое падение напряжения (0.4 ~ 1,0 В) и короткое время обратного восстановления (0 ~ 10 наносекунд) с недостатками большого обратного тока утечки и низкого выдерживаемого напряжения, обычно ниже 150 В, в основном используются в приложениях с низким напряжением.

Обратное напряжение пробоя диода Шоттки обычно не превышает 60 В, а максимальное значение составляет всего около 50 В, что не подходит для условий высокого напряжения. Обратный пик диода с быстрым восстановлением может составлять от нескольких сотен до нескольких тысяч вольт, например, как высокочастотные выпрямительные диоды в схеме импульсного трансформатора питания.

Время восстановления диода Шоттки примерно в сто раз меньше, чем у диодов с быстрым восстановлением, обычно около нескольких наносекунд.

Преимуществами первого являются низкое энергопотребление , большой ток и сверхвысокая скорость. В диодах с быстрым восстановлением используется легирование золотом, простая диффузия и другие процессы для получения более высоких скоростей переключения и более высоких напряжений пробоя. В настоящее время диоды с быстрым восстановлением в основном используются в инверторных источниках питания в качестве выпрямительных компонентов.

Диоды Шоттки: это диод с «переходом металл-полупроводник », и его прямое пусковое напряжение низкое. В дополнение к материалу металлический слой также может быть изготовлен из золота, молибдена, никеля, титана или тому подобного; Используя кремний или арсенид галлия, большинство полупроводниковых материалов относятся к N-типу. Это устройство является электропроводным для большинства носителей, поэтому его обратный ток насыщения намного больше, чем у диодов на основе PN перехода.

Поскольку эффект памяти неосновных носителей в диодах Шоттки очень мал, его частотная характеристика ограничена только постоянной времени RC.Таким образом, это идеальное устройство для высокочастотного и быстрого переключения, а его рабочая частота может достигать 100 ГГц. Кроме того, МДП (металл-изолятор-полупроводник) диоды Шоттки могут использоваться для производства солнечных элементов или светодиодов.

Диод с быстрым восстановлением, с падением прямого напряжения 0,8–1,1 В, временем обратного восстановления 35–85 нс, может быстро преобразовывать рабочее состояние (проводящее и отключенное), увеличивая частоту использования устройства и улучшая форму волны.

Диоды Шоттки

обладают хорошими коммутационными характеристиками, коротким временем обратного восстановления, большим прямым током, небольшими размерами и простой установкой.Диод со сверхбыстрым восстановлением (SRD) разработан на основе диода с быстрым восстановлением, время обратного восстановления которого близко к времени восстановления диода Шоттки. Они могут широко использоваться в импульсных источниках питания, широтно-импульсных модуляторах (ШИМ), источниках бесперебойного питания, регулировании частоты вращения двигателя переменного тока, высокочастотном нагреве и т. Д. В качестве высокочастотных, сильноточных импульсных диодов или выпрямителей.

Часто задаваемые вопросы о диодах Шоттки

1.Что такое диод Шоттки?
Диод Шоттки, также известный как диод с барьером Шоттки или диод с горячей несущей, представляет собой диод металл-полупроводник с низким прямым падением напряжения и очень высокой скоростью переключения.

2. Для чего нужен диод Шоттки? Диоды Шоттки
используются из-за их низкого напряжения включения, быстрого времени восстановления и низких потерь энергии на высоких частотах. Эти характеристики делают диоды Шоттки способными выпрямлять ток, облегчая быстрый переход из проводящего состояния в состояние блокировки.

3. Как работает диод Шокли?
Знакомство с диодом Шокли
Его также называют четырехслойным диодом. Он функционирует как обычный диод без каких-либо триггерных входов, в состоянии обратного смещения ток через него не протекает, а в состоянии прямого смещения ток течет через него, когда напряжение на нем больше, чем его напряжение разрыва.

4. В чем разница между диодом Шоттки и обычным диодом?
Диод Шоттки имеет более низкий потенциальный барьер (~ 0.3 В), чем обычный диод (~ 0,6 В), и намного быстрее с точки зрения переключения и частотной характеристики (у него меньшая емкость в переходе). Недостатком является то, что обратное напряжение, которое он может выдерживать, примерно вдвое меньше, чем у обычного диода.

5. Каковы две важные особенности диода Шоттки?
Мы видели здесь, что диод Шоттки, также известный как диод с барьером Шоттки, представляет собой твердотельный полупроводниковый диод, в котором металлический электрод и полупроводник n-типа образуют ms-переход диодов, что дает ему два основных преимущества по сравнению с традиционным pn-переходом. диоды, более высокая скорость переключения и низкое прямое смещение.

6. Что означает диод Шоттки?
Schottky), также известный как диод с барьером Шоттки или диод с горячими носителями, представляет собой полупроводниковый диод, образованный соединением полупроводника с металлом.

7. Как определить диод Шоттки?
Диод Шоттки измеряется как в прямом, так и в обратном направлении. Если да, то измерение на Рисунке 8-25 показывает, что трубка представляет собой кремниевый диод. Если это германиевый диод, показание прямого напряжения должно быть меньше 0.3В.

8. Как выбрать диод Шоттки?
Для диода Шоттки это обычно может быть в диапазоне от 0,3 до 0,6 В. Номинальная мощность зависит не только от силы тока, но и от того, сколько времени ток будет протекать через диод. Если у вас есть постоянный ток, то номинальная мощность пакета должна быть больше, чем рассеиваемая диодом.

9. Почему диод Шоттки известен как диод с горячей несущей?
Когда диод Шоттки находится в несмещенном состоянии, электроны, расположенные на стороне полупроводника, имеют очень низкий уровень энергии по сравнению с электронами, присутствующими в металле.Таким образом, электроны не могут проходить через переходной барьер, который называется барьером Шоттки. … Таким образом, диод называется диодом с горячей несущей.

10. Что такое выпрямитель Шоттки?
Диод Шоттки или выпрямитель с барьером Шоттки, названный в честь немецкого физика Вальтера Х. Шоттки, представляет собой полупроводниковый диод, в котором металл у полупроводникового перехода. Он имеет низкое прямое падение напряжения и очень быстрое переключение. … На самом деле, это один из старейших реально существующих полупроводниковых приборов.

Вам также может понравиться

Лавинный фотодиод

Учебное пособие по основам работы со светодиодами

Функция и принцип действия диода

Физические карты и символы диодов

Учебное пособие по стабилитронам

: каков принцип работы стабилитронов?

Принцип работы стабилитрона и определение положительного и отрицательного полюсов

Альтернативные модели

Часть Сравнить Производители Категория Описание
ПроизводительНомер детали: LCMXO2280C-3TN100I Сравнить: LCMXO2280C-3FTN256I VS LCMXO2280C-3TN100I Производители: Lattice Semiconductor Категория: CPLD Описание: Макроячейки семейства CPLD MachXO 1140 1.8 В / 2,5 В / 3,3 В 100-контактный лоток TQFP
Номер детали производителя: LCMXO2280C-4FTN256C Сравнить: Текущая часть Производители: Lattice Semiconductor Категория: CPLD Описание: Макроячейки семейства CPLD MachXO 1140 1.8 В / 2,5 В / 3,3 В 256-контактный лоток FTBGA
Номер детали производителя: LCMXO2280C-4FT256C Сравнить: LCMXO2280C-4FTN256C VS LCMXO2280C-4FT256C Производители: Lattice Semiconductor Категория: CPLD Описание: Макроячейки семейства CPLD MachXO 1140 1.8 В / 2,5 В / 3,3 В 256-контактный лоток FTBGA
Номер детали производителя: LCMXO2280C-4FTN256I Сравнить: LCMXO2280C-4FTN256C VS LCMXO2280C-4FTN256I Производители: Lattice Semiconductor Категория: CPLD Описание: Макроячейки семейства CPLD MachXO 1140 1.8 В / 2,5 В / 3,3 В 256-контактный лоток FTBGA

Снижение номинальных характеристик диодов Шоттки

Снижение номинальных характеристик диодов Шоттки

Герд Фишер

В диодах Шоттки

используется переход металл-полупроводник, в отличие от переходов полупроводник-полупроводник, используемых в стандартных диодах.Эта конфигурация позволяет снизить падение напряжения прямого смещения (0,15–0,45 В против 0,5–0,7 В) и сократить время переключения, что делает их идеальными для операций переключения источников питания. К недостаткам диодов Шоттки относятся гораздо более высокие значения тока утечки обратного смещения. Поскольку p-n-рекомбинация не влияет на время задержки переключения, только емкость влияет на время обратного переключения.

Эти диоды обычно используются для выпрямления напряжений на выходе источника питания. Их быстрое время отклика и низкое потребление напряжения делают их идеальными для этой цели, и предполагается, что они выполняют эту функцию.Таким образом, мы в первую очередь рассмотрим влияние температуры на падение напряжения прямого смещения, емкость и утечку обратного тока.

Для демонстрации снижения характеристик диодов Шоттки в качестве примеров были выбраны три части.

  • 40L15CT Международный выпрямитель
  • MBR4015CTL на полупроводнике
  • STPS40L15CT ST Микроэлектроника

Температура в зависимости от прямого смещения

Повышенная температура снижает прямое падение напряжения на выпрямителях Шоттки при токах ниже примерно 50 А.Выше этой точки повышенные температуры увеличивают количество напряжения, используемого устройством.

Поскольку номинальный максимальный рабочий ток составляет 40 А для всех выбранных выпрямителей, повышение температуры будет рассматриваться только как уменьшение прямого падения напряжения во всем рабочем диапазоне выпрямителей. Использование выпрямителей Шоттки более низкого напряжения обычно желательно и поэтому не вызывает беспокойства при работе при повышенных температурах. Снижение номинальных значений прямого тока не требуется до тех пор, пока температура корпуса не достигнет 85 ° C, что не соответствует требованиям к окружающей среде.

Температура против обратного смещения

Повышение температуры при сохранении обратного смещения выпрямительных диодов приводит к увеличению обратного тока через диод. На каждые 25 ° C повышения температуры перехода происходит соответствующее увеличение обратного тока на порядок. Диоды Шоттки обычно устанавливаются на радиаторах, чтобы уменьшить эти эффекты. Однако рассеяние тепла может стать важным фактором при повышении температуры окружающей среды, что приведет к еще большему обратному току и большему тепловыделению.

Рассеивание тепла будет критичным и будет зависеть от окружающих условий вокруг диодов, на которое в основном влияют общие условия окружающей среды и близость устройства к другим устройствам, генерирующим тепло.

Функциональные параметры (не указаны в спецификации)

Емкость перехода указана только для температуры окружающей среды 25 ° C и не показана, поскольку она зависит от температуры. Однако емкость перехода может увеличиваться при повышении температуры. Это может увеличить время переключения выпрямителей, хотя и не критично, поскольку рекомбинация p-n практически отсутствует, чтобы еще больше замедлить время.Таким образом, по мере того как время восстановления увеличивается из-за увеличения электрической емкости, оно все равно будет достаточно коротким, чтобы исключить условие теплового разгона.3 Если схема построена с небольшим допуском в отношении времени переключения, это может стать проблемой. , позволяя протекать обратному току при обратном смещении диодов, что приводит к повреждению чувствительных устройств ниже по потоку.

Электрическое перенапряжение (устойчивость)

Выход из строя диодов Шоттки в условиях перенапряжения обычно является результатом электростатического разряда (ESD).Накопление всего лишь 1000–1500 В и последующий разряд достаточно, чтобы повредить эти детали. Обратное смещение является наиболее распространенным условием возникновения электростатического разряда. Результатом этого является сдвиг кривой I-E, который варьируется по степени от небольшого до полного короткого замыкания. Поскольку не ожидается, что емкость увеличится более чем на 5% при 85 ° C, повышенный риск накопления заряда и электростатического разряда считается незначительным.

Износ

Диод Шоттки выходит из строя редко из-за механизмов износа.Это особенно касается диодов Шоттки, используемых на выходе источников питания, где отказ обычно происходит из-за единственного эффекта обратного тока. Были опубликованы исследования надежности SiC Шоттки, которые показывают срок службы> 50 лет4. Из-за большинства отказов из-за электрического перенапряжения механизмы долговременных отказов диодов Шоттки, как известно, не имели исторического значения.

Заключение
Выход из строя диода

Шоттки в результате повышения температуры почти полностью зависит от надлежащего отвода тепла диода через его радиатор и может быть уменьшен путем размещения диодов вдали от других устройств, генерирующих тепло.Отказ сборки из-за измененных рабочих характеристик диода (т. Е. Большего обратного тока) более вероятен, чем прямой отказ самих диодов.

Приложение
Международный выпрямитель, 40L15CT

Перечисленное устройство рассчитано на работу в диапазоне температур перехода от -55 ° C до + 125 ° C. Следствие: Некоторые параметрические характеристики определяются температурой корпуса (макс. 100ºC)

Проблемы с производительностью: Диоды имеют несколько проблемных параметров, включая обратный ток, прямой ток, импульсный ток, поведение при падении напряжения, емкость перехода и потери мощности.Основное внимание уделяется максимально допустимому прямому току и току утечки в обратном направлении смещения. Прямой ток не является проблемой, поскольку снижение номинальных характеристик не требуется до тех пор, пока температура корпуса не достигнет 85 ° C, что соответствует требованиям к окружающей среде. Обратный ток действительно увеличивается на порядки с повышением температуры, и его необходимо учитывать.

Проблемы с надежностью: Ожидается, что долгосрочная деградация на уровне кристалла не будет проблемой.Повышенная температура в сочетании с повторяющимися циклами включения и выключения питания может вызвать утомление приставки штампа.

на полу, MBR4015CTL

Перечисленное устройство рассчитано на работу в диапазоне температур перехода от -65 ° C до + 125 ° C. Следствие: Некоторые параметрические характеристики определяются температурой корпуса (макс. 125ºC)

Проблемы с производительностью: Диоды имеют несколько проблемных параметров, включая обратный ток, прямой ток, импульсный ток, поведение при падении напряжения, емкость перехода и потери мощности.Основное внимание уделяется максимально допустимому прямому току и току утечки в обратном направлении смещения. Прямой ток не является проблемой, поскольку снижение номинальных характеристик не требуется до тех пор, пока температура корпуса не достигнет 90 ° C, что находится в пределах требований к окружающей среде. Обратный ток действительно увеличивается на порядки с повышением температуры, и его необходимо учитывать.

Проблемы с надежностью: Ожидается, что долгосрочная деградация на уровне кристалла не будет проблемой.Повышенная температура в сочетании с повторяющимися циклами включения и выключения питания может вызвать утомление приставки штампа.

ST Micro, STP40L15CT

Перечисленное устройство не обеспечивает диапазон температур. Перечислено несколько максимальных температур Максимальная температура перехода + 125 ° C на первой странице спецификации Максимальная температура перехода + 150 ° C на некоторых параметрических диаграммах Максимальная температура окружающей среды + 150 ° C для прямого тока

Проблемы с производительностью: Диоды имеют несколько проблемных параметров, включая обратный ток, прямой ток, импульсный ток, поведение при падении напряжения, емкость перехода и потери мощности.Основное внимание уделяется максимально допустимому прямому току и току утечки в обратном направлении смещения. Прямой ток может быть проблемой, поскольку может потребоваться снижение номинальных характеристик при температуре окружающей среды до 50 ° C. Обратный ток действительно увеличивается на порядки с повышением температуры, и его необходимо учитывать.

Проблемы с надежностью: Ожидается, что долгосрочная деградация на уровне кристалла не будет проблемой. Повышенная температура в сочетании с повторяющимися циклами включения и выключения питания может вызвать утомление приставки штампа.

ОТКАЗ ОТ ОТВЕТСТВЕННОСТИ

DfR означает, что были предприняты разумные усилия для обеспечения точности и надежности информации, содержащейся в этом отчете. Тем не менее, DfR Solutions не дает никаких гарантий, как явных, так и подразумеваемых, в отношении содержания этого отчета, включая, помимо прочего, наличие каких-либо скрытых или патентных дефектов, коммерческой ценности и / или пригодности для конкретного использования. DfR не несет ответственности за потерю использования, выручку, прибыль или любые особые, случайные или косвенные убытки, возникшие в результате, связанные или возникшие в результате информации, представленной в этом отчете.

Кривые зависимости тока диода от напряжения [Analog Devices Wiki]

Цель:

Целью этого мероприятия является исследование характеристик тока и напряжения различных твердотельных диодов с PN переходом, таких как обычный кремниевый диод, диод с барьером Шоттки, стабилитрон и светоизлучающий диод (LED).

Ноты:

Как и во всех лабораториях ALM, мы используем следующую терминологию при описании подключений к разъему M1000 и настройке оборудования.Зеленые заштрихованные прямоугольники обозначают подключения к разъему аналогового ввода-вывода M1000. Контакты аналогового канала ввода / вывода обозначаются как CA и CB. При настройке для принудительного измерения напряжения / измерения тока — В добавляется , как в CA- V , или при настройке для принудительного измерения тока / измерения напряжения добавляется -I, как в CA-I. Когда канал настроен в режиме высокого импеданса только для измерения напряжения, -H добавляется как CA-H.

Следы осциллографа аналогичным образом обозначаются по каналу и напряжению / току.Например, CA- V , CB- V для сигналов напряжения и CA-I, CB-I для сигналов тока.

Фон:

Диод с PN переходом — это устройство, которое обычно используется в схемах, таких как выпрямление, где ток может течь только в одном направлении. Когда диод изготовлен из кремния, прямое падение напряжения обычно составляет 0,7 В , и характеристика В D в зависимости от I D , связывающая напряжение и ток диода, может быть описана экспоненциальной зависимостью:

где I S и n — масштабные коэффициенты, а kT / q (~ 25.4 мВ при комнатной температуре) — это так называемое тепловое напряжение В Т .

Условные обозначения на схеме диодов:

Каждый тип диода имеет определенный схематический символ, который является вариациями обычного символа диода, показанного слева на рисунке 1. Катод в форме буквы Z обозначает стабилитрон, как и второй символ на рисунке 1. Буква «S». Катод в форме катода обозначает диод Шоттки, как в следующем символе. Стрелки, указывающие от диода, обозначают светодиод, как в символе справа.Стрелки, указывающие на диод, будут представлять фотодиодный детектор света.

Рисунок 1, условные обозначения диодов

Основы стабилитрона:

Стабилитрон похож по конструкции и работе на обычный диод. В отличие от обычного диода, предназначенного для предотвращения тока в обратном направлении, стабилитрон в основном используется в обратной области выше напряжения пробоя. Его характеристика I vs V аналогична характеристике обычного диода.Регулируя легирование сторон P и N перехода, можно создать стабилитрон, который выходит из строя при напряжении от нескольких вольт до нескольких сотен вольт. См. Рисунок 2. В этой области пробоя или стабилитрона напряжение на диоде будет оставаться примерно постоянным в широком диапазоне токов. Максимальный потенциал обратного смещения, который может быть приложен до входа в область стабилитрона, называется пиковым обратным напряжением (PIV) или пиковым обратным напряжением (PRV).

Рисунок 2, Характеристики прямого и обратного стабилитронов I / V

При напряжениях выше начала пробоя увеличение приложенного напряжения вызовет прохождение большего тока через диод, но напряжение на диоде будет оставаться почти на уровне В Z .Стабилитрон, работающий в режиме обратного пробоя, может обеспечивать опорное напряжение для таких систем, как регуляторы напряжения или компараторы напряжения.

Основы диода Шоттки:

Диод с барьером Шоттки использует выпрямляющий переход металл-полупроводник, образованный путем нанесения, испарения или напыления одного из множества металлов на полупроводниковый материал n-типа или p-типа. Обычно кремний n-типа и GaAs n-типа используются в коммерчески доступных диодах Шоттки. Свойства диода с барьером Шоттки, смещенного в прямом направлении, определяются явлением большинства носителей заряда.Свойства обычного диода с PN-переходом определяются неосновными носителями. Диоды Шоттки — это устройства с большинством несущих, которые можно быстро переключать с прямого на обратное смещение без эффекта накопления неосновных несущих.

Кривая нормальной зависимости тока от напряжения (I / В ) диода с барьером Шоттки похожа на кривую диода с PN-переходом, за следующими исключениями:

1. Напряжение обратного пробоя диода с барьером Шоттки ниже, а обратный ток утечки выше, чем у диода с PN-переходом, изготовленного из того же полупроводникового материала с удельным сопротивлением.
2. Прямое напряжение при определенном прямом токе также ниже для диода с барьером Шоттки, чем для диода с PN переходом. Например, при токе прямого смещения 2 мА кремниевый диод Шоттки с низким барьером будет иметь прямое напряжение ~ 0,3 В, а кремниевый диод с PN переходом будет иметь напряжение ~ 0,7 В. Это более низкое прямое падение напряжения может снизить мощность, рассеиваемую диодом, более чем наполовину. Эта экономия энергии может быть очень значительной, когда диоды должны пропускать большие прямые токи.Зависимость тока от напряжения (I / В ) для диода с барьером Шоттки задается следующим уравнением, известным как уравнение Ричардсона. Основное отличие от уравнения обычного диода заключается в I S с добавлением модифицированной постоянной Ричардсона A *.

Где:
A = площадь перехода
A * = модифицированная постоянная Ричардсона (значение зависит от материала и присадки) = 110 A / (° K 2 -см 2 ) для Si n-типа
T = абсолютная температура в ºK
q = электронный заряд = 1.6 * 10 -19 C
f B = высота барьера в вольтах k = постоянная Больцмана = 1,37 * 10 -23 Дж / K
n = коэффициент идеальности (коэффициент прямого наклона, определяемый границей раздела металл-полупроводник)

Основы светодиодов:

Светодиод представляет собой переходной диод, который излучает свет при прямом смещении. Фактически все диоды с PN-переходом излучают фотоны при прямом смещении, просто фотоны находятся в инфракрасном диапазоне, а физическая форма диода не позволяет фотонам покинуть корпус.Чтобы достичь свойства излучения видимого света, необходимо изготавливать светодиод из материалов с большей шириной запрещенной зоны, отличных от кремния. В результате прямое падение напряжения светодиода превышает 0,7 В; обычно порядка 1,5–2 вольт в зависимости от длины волны излучаемого света. Светодиод также выполнен в специальном прозрачном корпусе, как показано на рисунке 3.

Рисунок 3, Светодиоды

Светодиод — это полупроводниковое устройство, излучающее электромагнитное излучение в оптических и инфракрасных частотах.Устройство представляет собой диод с PN-переходом, сделанный из полупроводников p-типа и n-типа, обычно GaAs, GaP или SiC. Они излучают свет только тогда, когда внешнее приложенное напряжение используется для прямого смещения диода выше минимального порогового значения. Прирост электрической потенциальной энергии, передаваемой этим напряжением, достаточно, чтобы заставить электроны вытекать из материала n-типа через барьер перехода в область p-типа. Это пороговое напряжение для начала протекания тока через переход и образования света составляет В 0 .Излучение света происходит после того, как электроны входят в p-область (а дырки — в n-область). Эти электроны — небольшое меньшинство, окруженное дырками (по сути, античастицами электронов), и они быстро найдут дырку для рекомбинации. Энергетически электрон релаксирует из возбужденного состояния (зона проводимости) в основное состояние (валентная зона). Диоды называются светоизлучающими, потому что энергия, отдаваемая электроном при релаксации, излучается в виде фотона. Выше порогового значения ток и светоотдача экспоненциально возрастают с увеличением напряжения смещения на диоде.Квант энергии или фотон имеет энергию E = hf. Соотношение между энергией фотона и напряжением включения В 0 составляет:

Где:
E g — размер энергетической щели
V 0 — пороговое напряжение
f и λ — частота и длина волны испускаемых фотонов
c — скорость света
e — заряд электрона
ч — постоянная Планка

Лабораторные эксперименты:

Вы будете делать I vs. В измерений на различных типах диодов в этой части лаборатории.

Материалы:

Аппаратный модуль ADALM1000
Макетная плата без пайки
1 — Резистор (47 Ом или любое аналогичное значение от 47 Ом до 1 кОм)
1 — Обычный диод (1N4001 или аналогичный)
1 — Диод Шоттки (1N5817 или аналогичный)
1 — 6,2 стабилитрон вольт (1N4735 или аналогичный)
Различные — светодиодный диод (5 мм красный, желтый, зеленый, синий или белый и т. д.)

Направление:

Текущий vs.Характеристики напряжения PN-переходного диода могут быть измерены с помощью модуля M1000 и следующих подключений, показанных на рисунке 4. Зеленые прямоугольники указывают, где подключить ALM1000. Установите на макетной плате выход генератора канала А, подключенный к одному концу резистора. Другой конец резистора подключается к одному концу измеряемого диода, как показано на схеме. Вход каналов B также подключен ко второму концу резистора. Другой конец диода заземлен.Обязательно обратите внимание на правильную полярность диода.

Рисунок 4, Схема подключения диода I в зависимости от В, кривые

Настройка оборудования:

Генератор канала А должен быть настроен на треугольную волну 100 Гц с максимальным напряжением 3 вольта и минимальным напряжением 0 вольт. Токовая трасса канала А используется для измерения тока в резисторе (и диоде). Канал осциллографа B используется для измерения напряжения на диоде. Вертикальный диапазон должен быть установлен с каналом A на 5 мА на деление и каналом B также на 0.2В на деление. Ток, протекающий через диод, I D , также является напряжением, измеренным на резисторе (в данном примере 100 Ом). Математическая кривая, которая представляет собой разницу между CA- V — CB- V , деленную на резистор, также является током. Используйте режим отображения XY для построения графика зависимости напряжения на диоде (канал B- V ) по оси X от тока в диоде (CA-I) по оси Y.

Процедура:

Загрузите захваченные данные для каждого типа диода в программу анализа данных, такую ​​как MATLAB или электронную таблицу (Excel), и вычислите ток диода I D .Постройте график зависимости тока от напряжения прямого смещения на диоде. Соотношение напряжения на диоде и тока должно быть логарифмическим. При нанесении на логарифмическую шкалу линия должна быть прямой.

Анализ данных светодиодов:

Как обсуждалось в разделе «Предпосылки», посвященном светодиодам, для измерения постоянной Планка можно использовать соотношение I / V для светодиодов разного цвета (, т.е. длины волны). В технических описаниях светодиодов различных цветов должна быть указана длина волны излучаемого света.Используйте эти числа в своих расчетах.

Один из способов, который следует рассмотреть, начинается с нанесения данных I / V для каждого цветного светодиода на полулогарифмический график. Ваши данные должны быть аппроксимированы прямой линией, что указывает на экспоненциальный характер зависимости тока от напряжения. Рабочим определением порогового напряжения может быть значение напряжения смещения, когда ток достигает 0,01 мА . Экстраполируйте кривые I / В туда, где они пересекают ток 0,01 мА, и используйте это как рабочее значение В 0 .

Постройте таблицу со столбцами для V 0 , λ и f. Для каждого светодиода используйте измеренное значение V 0 и значение f, чтобы определить значение постоянной Планка и введите его в столбец таблицы. Найдите среднее значение постоянной Планка и ее неопределенность из ваших экспериментальных значений. Сравните со значением, указанным ранее.

Вопросы:

Каково математическое выражение для тока диода I D при напряжении на диоде В, D ?

Как меняются параметры диода в зависимости от типа диода, Шоттки, светодиода и т. Д.?

Измерения напряжения пробоя стабилитрона:

Дополнительные материалы:

2 — последовательные элементы на 1,5 В (например, элементы AA)

Направление:

Чтобы измерить обратное напряжение пробоя стабилитрона, нам нужно получить разность напряжений, большую, чем напряжение пробоя 6,2 В 1N4735 диода. Аппаратное обеспечение ADALM1000 может создавать (и измерять) напряжения только до 5 В максимум. Мы можем добавить внешний источник отрицательного напряжения, чтобы в сочетании с положительным внутренним напряжением получить общее напряжение, достаточно высокое для этого эксперимента.Самый простой способ — добавить фиксированное отрицательное напряжение от внешней батареи (3 В ), как показано на рисунке 5. При использовании разного количества 1,5 В ячеек возможны отрицательные напряжения -1,5, -3 и -4,5. . Полное обратное напряжение, приложенное к стабилитрону, будет отрицательным напряжением, вычтенным из положительного напряжения, генерируемого каналом A AWG.

Рисунок 5, стабилитрон I в сравнении с настройкой В и

Настройка оборудования:

Генератор канала A должен быть настроен для треугольной волны 100 Гц с максимальным напряжением 3 вольт и минимальным напряжением 0 вольт, чтобы он колебался от 0 вольт до +3 вольт.Это колебание, добавленное к смещению -3 В от внешней батареи, должно быть достаточно большим, чем напряжение пробоя вашего стабилитрона 4,7 В 1N5230. Перед выполнением измерений обязательно подключите внешнюю батарею.

Процедура:

Загрузите захваченные данные для каждого типа диода в программу анализа данных, такую ​​как MATLAB или электронную таблицу (Excel), и вычислите ток диода I D . Не забудьте добавить смещение 3 вольта к измерениям для канала B, чтобы получить истинное напряжение на стабилитроне.Вероятно, вам следует измерить фактическое напряжение батареи для точного измерения напряжения пробоя.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *