Принцип работы диода Шоттки, как его проверить и чем заменить

В большом семействе полупроводников есть так называемый диод Шоттки. Он назван по фамилии учёного Shottky, открывшего этот эффект. В радиоэлектронике занимает свою нишу благодаря своим параметрам. Что это за прибор и чем он отличается от обычных обсуждаем ниже.

Диоды Шоттки (Shottky) могут выглядеть так

Содержание статьи

Основные характеристики диодов

Для начала вспомним, что такое обычный диод и как он работает. Это полупроводниковый прибор, который стоит из двух зон. При определённых условиях через этот переход перемещаются электроны.

Устройство и обозначение диода

Основное свойство элемента — он пропускает ток в одном направлении, и не пропускает в другом. Диоды Шоттки имеет такие же характеристики, как и обычные. На некоторых заострим внимание поподробнее. Это падение напряжения, обратный ток, обратное напряжение, частота.

Диод Шоттки отличается от обычных кремниевых диодов

Диод Шоттки делают из кремния (Si), арсенида галлия (GaAs) и редко — на основе германия (Ge). Металл в соединении с полупроводником определяет многие параметры диода. Этим металлом, может быть, золото (Au), ралладий (Pd), платина (Pt), вольфрам (W) которые наносятся на полупроводники.

А также как и обычный диод соединение полупроводник-металл обладает односторонней проводимостью с рядом положительных, а также отрицательных качеств.

Вольт-амперная характеристика диода шоттки

Вольт-амперная характеристика диода Шоттки отличается от обычного полупроводникового большей нелинейностью.

Что дает использование соединения металл-полупроводник? Два положительных момента:

1. 1. Очень небольшое падение напряжения на прямом переходе — 0,2-0,4 В. Для кремниевого диода «среднее» значение этого параметра — 0,7 В.  Правда, малое падение напряжения имеют только приборы с небольшим напряжением пробоя — до 100 В. Для более мощных это падение только чуть ниже, чем у кремниевых.
   2. Высокое быстродействие. То есть, он быстро меняет своё состояние. Переход из открытого состояния в закрытое и обратно происходит за очень короткий промежуток времени и определяется только барьерной ёмкостью. Их применяют в системах коммутации, где важна скорость реакции.

Что такое диод Шоттки и как он обозначается на схеме

Есть у них и минусы. При повышении температуры у них значительно возрастает обратный ток.

Второй недостаток — при превышении максимально допустимого обратного напряжения происходит необратимый пробой. То есть, прибор выходит из строя. Есть и ещё один минус — малое падение прямого напряжения только у диодов Шоттки с малым напряжением пробоя (до сотни вольт). У вариантов с более высоким напряжением потери сравнимы с кремниевыми.

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.

Условное обозначение и характеристики

На схеме диод Шоттки имеет особое обозначение. Отличие от обычного состоит в том, что перекладина у треугольника имеет загнутые края. Не один, как у стабилитрона, а оба. И края эти загнуты в разные стороны. На рисунке приведено обозначение по ГОСТу.

Диод Шоттки на схеме: условное обозначение

Про характеристики уже говорили. Это три основных параметра:

• Падение напряжения при прямом переходе. Для диодов Шоттки оно ниже, чем у обычных кремневых. При мощности обратного пробоя до 100 В оно будет порядка 0,2-0,4 В (у кремниевых в среднем 0,6–07 В).
• Напряжение пробоя. Обычное значение — до 200 В, но есть и изделия с напряжением более 1000 вольт.
• 

  Параметры популярной серии диодов Шоттки 1N58**

• Обратный ток. В нормальных условиях (до 20 °C) он не слишком велик — порядка 0,05 мА, но при повышении температуры резко повышается.

Приведённые параметры — средние. Есть довольно серьёзный разбег и для каждого случая можно подобрать нужные характеристики по каждому из пунктов. Иногда ещё важен такой параметр, как скорость переключения (быстродействие).

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.

Как проверить

Вообще, он проверяется как обычный диод. Проверка основана на том, что они в одном направлении пропускают ток и имеют малое сопротивление, во втором ток не пропускают и сопротивление имеют высокое — почти обрыв.

Чтобы проверить диод Шоттки мультиметром, переводим его в режим прозвонки. Прикладываем щупы к выводам проверяемой детали. В одном положении должно «звониться», поменяв щупы, должна получить обрыв. Если «звонится» и в любом положении щупов — переход пробит и диод неисправен. Но никакие другие характеристики мультиметром вы не проверите. Можно только сказать работает он или пробит, а также где анод и катод.

Можно проверить диод Шоттки имея обычный мультиметр. В обратном положении должен показывать «обрыв».

Где анод, а где катод? Анод там где положительный щуп, катод — где земляной при таком положении когда диод ток пропускает. В обычном исполнении (КД) катод там, где корпус имеет расширение.

Проверить исправность диода Шоттки вообще не проблема, если имеете универсальный тестер. В слоты вставляем ножки детали и нажимаем на кнопку тестирования. На экране должен высветиться символ диода и характеристики, которыми он обладает. Перечень характеристик зависит от модели измерителя, но падение напряжения на прямом переходе, напряжение пробоя и обратный ток должны быть обязательно. А ещё вам распишут, к какому слоту подключён анод, а к какому катод. Если он сдвоенный, то и общий коллектор/база будут прописаны.

Чем заменить

Заменить диод диодом Шоттки вполне возможно, лишь бы подходил по основным характеристикам, напряжение и ток. А вот обратная замена нежелательна. Дело в том, что Шоттки в силу своих характеристик, меньше греются. При такой замене он быстро выйдет из строя. Конечно если проанализировать схему, то можно подобрать аналог с запасом по мощности.

принцип работы, устройство и маркировка

Диод Шоттки был создан немецким физиком, инженером Вальтером Шоттки в 30-х годах прошлого века. Им было замечено, что электрическое поле влияет на свободные электроны, тем самым заставляя их вылетать из зоны проводимости. Буквально, это выглядит как выход из твердого тела. Эта зависимость получила свое название в честь ее первооткрывателя, то есть самого Вальтера Шоттки. В научной литературе подобное явление называется эффектом Шоттки.

В зоне контакта это приводит к появлению слоя, который содержит малое количество электронов и имеет выраженные вентильные свойства. Спустя некоторое время, они стали использоваться в электротехнике, в создании различного оборудования. В статье подробно описаны все особенности строения диода, сфера его применения и как он используется. В дополнении, статья содержит видеоролик и научную статья по выбранной теме.

Диод Шоттки.

Металл и полупроводник: особенности контакта

В контактной области полупроводниковых и металлических материалов эффект Шоттки приводит к образованию в полупроводнике слоя, сильно обеднённого электронами. Он обладает вентильными свойствами, присущими полупроводниковому p-n-переходу. Эта зона представляет собой преграду для носителей заряда, поэтому данные радиокомпоненты часто называют диодами с барьером Шоттки.

Элементы отличаются от обычных полупроводниковых вентилей следующими качествами:

1. пониженное падение напряжения при прямом смещении;
2. незначительная собственная ёмкость;
3. малый обратный ток;
4. низкое допустимое обратное напряжение.

При прямом смещении разность потенциалов на диоде Шоттки не превышает 0,5 В, тогда как на обычном выпрямительном вентиле падение напряжения составляет около 2-3 В. Это объясняется небольшим сопротивлением переходного участка между полупроводником и металлом. В таблице ниже представлены характеристики диодов Шоттки.

Хорошие частотные характеристики диодов Шоттки обусловлены отсутствием в переходной зоне неосновных носителей заряда. Из-за этого в контактной области не протекают обычные для чисто полупроводникового p-n-перехода процессы диффузии и рекомбинации дырок и электронов.

Следовательно, собственная ёмкость этого слоя стремится к нулю. Данное свойство делает диоды с барьером Шоттки предпочтительными для использования в высоко- и сверхвысокочастотных схемах, а также аппаратуре с импульсными режимами работы – всевозможных цифровых устройствах, системах управления электроникой и импульсных блоках питания.

Низковольтные диоды

Особенность диодов Шоттки состоит в том, что они являются низковольтными. Если приложенная разность потенциалов превышает некоторый допустимый уровень, то в соответствии с квантовыми законами происходит пробой, который в обычном полупроводниковом радиокомпоненте может быть туннельным, лавинным или тепловым. После первых двух диод восстанавливается и продолжает исправно работать. Тепловой пробой означает фатальную поломку.

Мост из диодов Шоттки

 

Однако чувствительность этих радиокомпонентов не всегда является их недостатком. Например, благодаря этой характеристике диоды с барьером Шоттки используются в особо чувствительных гетеродинах, которые получают способность обрабатывать радиосигналы очень малой мощности.

Основные параметры:

1. Максимальное постоянное обратное напряжение;
2. Максимальное импульсное обратное напряжение;
3. Максимальный (средний) прямой ток;
4. Максимальный импульсный прямой ток;
5. Постоянное прямое напряжение на диоде при заданном прямом токе через него;
6. Обратный ток диода при предельном обратном напряжении;
7. Максимальная рабочая частота диода;
8. Время обратного восстановления;
9. Общая емкость диода.

В диодах с барьером Шоттки пробой всегда бывает только тепловым. Такова особенность металло-полупроводникового перехода. При большом обратном смещении элемент выходит из строя и нуждается в замене. Этим, кстати, объясняется сильная чувствительность диодов Шоттки к статическому электричеству – при их монтаже и обслуживании радиоаппаратуры с этими элементами необходимо заземлять спецодежду и инструменты.

Диод Шоттки на электросхеме

Производство диодов Шоттки

В качестве полупроводниковой составляющей используются стандартные материалы – кремний, германий и арсенид галлия. На них в процессе изготовления радиокомпонентов напыляются такие металлы, как золото, серебро, палладий, вольфрам. Именно эти элементы таблицы Менделеева обеспечивают достаточно высокий потенциальный барьер, определяющий функциональность диодов Шоттки. Германиевые радиокомпоненты показывают высокую устойчивость к изменению температурного режима, поэтому данный материал чаще кремния и арсенида галлия используется при производстве диодов для мощных схем питания. Зато кремниевые и галлиевые элементы демонстрируют лучшие частотные параметры.

Материал в тему: Что такое кондесатор

Диоды Шоттки в блоках питания

В системных блоках питания, диоды Шоттки используются для выпрямления тока каналов +3.3В и +5В, а, как известно, величина выходных токов этих каналов составляет десятки ампер, что приводит к необходимости очень серьезно относиться к вопросам быстродействия выпрямителей и снижения их энергетических потерь. Решение этих вопросов способно значительно увеличить КПД источников питания и повысить надежность работы силовых транзисторов первичной части блока питания.

Итак, для уменьшения динамических коммутационных потерь и устранения режима короткого замыкания при переключении, в самых сильноточных каналах (+3.3В и +5В), где эти потери наиболее значительны, в качестве выпрямительных элементов используются диоды Шоттки. Применение диодов Шоттки в этих каналах обусловлено следующими соображениями:

• Диод Шоттки является практически безынерционным прибором с очень малым временем восстановления обратного сопротивления, что приводит к уменьшению обратного вторичного тока и к уменьшению броска тока через коллекторы силовых транзисторов первичной части в момент переключения диода. Это в значительной степени снижает нагрузку на силовые транзисторы, и, как результат, увеличивает надежность блока питания.
• Прямое падение напряжения на диоде Шоки также очень мало, что при величине тока 15–30 А обеспечивает значительный выигрыш в КПД.

Так как в современных блоках питания очень мощным становится и канал напряжения +12В, то применение диодов Шоттки в этом канале также дало бы значительный энергетический эффект, однако их применение в канале +12В нецелесообразно. Это связано с тем, что при обратном напряжении свыше 50В (а в канале +12В обратное напряжение может достигать величины и 60В) диоды Шоттки начинают плохо переключаться (слишком долго и при этом возникают значительные обратные токи утечки), что приводит к потере всех преимуществ их применения. Поэтому в канале +12В используются быстродействующие кремниевые импульсные диоды.

Устройства диода.

Хотя промышленностью сейчас выпускаются диоды Шоттки и с большим обратным напряжением, но их использование в блоках питания считается нецелесообразным по разным причинам, в том числе и экономического плана. Но в любых правилах имеются исключения, поэтому в отдельных блоках питания можно встретить диодные сборки Шоттки и в каналах +12В. В современных системных блоках питания компьютеров диоды Шоттки представляют собой, как правило, диодные сборки из двух диодов (диодные полумосты), что однозначно повышает технологичность и компактность блоков питания, а также улучшает условия охлаждения диодов. Использование отдельных диодов, а не диодных сборок, является сейчас показателем низкокачественного блока питания.

Проявление неисправностей диодов Шоттки

Как уже отмечалось, неисправность диодов Шоттки является одной из основных проблем современных блоков питания. Так по каким же предварительным признакам можно предположительно определить их неисправность? Таких признаков несколько. Во-первых, при пробоях и утечках вторичных выпрямительных диодов, как правило, срабатывает защита, и блок питания не запускается. Это может проявляться по-разному:

• При включении блока питания вентилятор «дергается», т. е. совершает несколько оборотов и останавливается; после этого выходные напряжения полностью отсутствуют, т. е. источник питания блокируется.
• После включения блока питания вентилятор «дергается» постоянно, на выходах блока питания можно наблюдать пульсации напряжения, т. е. защита срабатывает периодически, но блок питания при этом полностью не блокируется.
• Признаком неисправности диодов Шоттки является чрезвычайно сильный разогрев вторичного радиатора, на котором они установлены.
• Признаком утечки диодов Шоттки может являться самопроизвольное выключение блока питания, а значит и компьютера, при увеличении нагрузки (например, при запуске программ, обеспечивающих 100% загрузку процессора), а также невозможность запустить компьютер после «апгрейда», хотя мощность блока питания является достаточной.

Кроме того, необходимо осознавать, что в блоках питания с плохой и непродуманной схемотехникой, утечки выпрямительных диодов приводят к перегрузкам первичной цепи и к всплескам тока через силовые транзисторы, что может стать причиной их отказа. Таким образом, профессиональный подход к ремонту блоков питания, диктует обязательную проверку вторичных выпрямительных диодов при каждой замене силовых транзисторов-ключей первичной части блока питания.

Материал по теме: Что такое реле времени

Диагностика диодов Шоттки

Проверка и точная диагностика диодов Шоттки, на практике, является достаточно непростым делом, т. к. многое здесь определяется типом используемого измерительного прибора и опытом подобных измерений, хотя определить обычный пробой одного или двух диодов диодной сборки Шоттки не составляет особого труда. Для этого необходимо выпаять диодную сборку и проверить тестером оба диода согласно схеме на рис. 5. При подобной диагностике тестер необходимо установить в режим проверки диодов. Неисправный диод в обоих направлениях покажет одинаковое сопротивление (как правило, очень малое, т. е. покажет короткое замыкание), что и указывает на его непригодность для дальнейшего использования. Однако явные пробои диодных сборок в практике встречаются очень и очень редко.

В основном же, приходится иметь дело с утечками (причем зачастую с тепловыми утечками) диодов Шоттки. А вот утечки, выявить таким способом невозможно. «Утекающий» диод при проверках тестером в режиме «диод» является в подавляющем большинстве случаев полностью исправным. Гарантированную точность диагностики, на наш взгляд, позволяет дать только такой метод, как замена диода на заведомо исправный аналогичный прибор.

Но все-таки, выявить «подозрительный» диод можно попытаться с помощью методики, заключающейся в измерении сопротивления его обратного перехода. Для этого будем пользоваться не режимом проверки диодов, а обычным омметром.

Внимание! При использовании этой методики следует помнить, что разные тестеры могут давать отличающиеся показания, что объясняется различием самих тестеров.

Итак, устанавливаем предел измерений на значение [20К] и измеряем обратное сопротивление диода (рис. 6). Как показывает практика, исправные диоды на этом пределе измерений должны показывать бесконечно большое сопротивление.

Принцип работы диода Шоттки.

Если же при измерении выявляется некоторое, как правило, небольшое сопротивление (2–10 КОм), то такой диод можно считать «очень подозрительным» и его лучше заменить, или хотя бы проверить методом замены. Если же проводить проверку на пределе измерений [200К], то даже исправные диоды могут показывать в обратном направлении очень небольшое сопротивление (единицы и десятки кОм), поэтому и рекомендуется использовать предел [20К]. Естественно, что на больших пределах измерений (2 Мом, 20 Мом и т. д.) даже абсолютно исправный диод оказывается полностью открытым, т. к. его p-n переходу прикладывается слишком высокое (для диодов Шоттки) обратное напряжение. На пределе [200К] можно проводить проверку сравнительным методом, т. е. брать гарантированно-исправный диод, измерять его обратное сопротивление и сравнивать с сопротивлением проверяемого диода. Значительные отличия в этих измерениях будут указывать на необходимость замены диодной сборки.

Иногда встречаются ситуации, когда выходит из строя только один из диодов сборки. В этом случае неисправность также легко выявляется методом сравнения обратного сопротивления двух диодов одной сборки. Диоды одной сборки должны иметь одинаковое сопротивление. Предложенную методику можно дополнить еще и проверкой на термическую устойчивость. Суть этой проверки заключается в следующем. В тот момент времени, когда проверяется сопротивление обратного перехода на пределе измерений [20K] (см. предыдущий абзац), необходимо коснуться разогретым паяльником контактов диодной сборки, обеспечивая тем самым прогрев ее кристалла.

Неисправная диодная сборка практически мгновенно начинает «плыть», т. е. ее обратное сопротивление начинает очень быстро уменьшаться, в то время как исправная диодная сборка достаточно долго удерживает обратное сопротивление на бесконечно большом значении. Эта проверка очень важна, т. к. при работе диодная сборка сильно нагревается (не зря же ее размещают на радиаторе) и вследствие нагрева изменяет свои характеристики. Рассмотренная методика обеспечивает проверку устойчивости характеристик диодов Шоттки к температурным колебаниям, ведь увеличение температуры корпуса до 100 или 125°C увеличивает значение обратного тока утечки в сто раз (см. данные табл. 1).

Вот так можно попытаться проверить диод Шоттки, однако предложенными методиками не стоит злоупотреблять, т. е. не следует проводить проверки на слишком большом пределе измерений сопротивления и слишком сильно разогревать диод, т. к. теоретически, все это может привести к повреждению диода.

Кроме того, из-за возможности отказа диодов Шоттки под действием температуры, необходимо строго соблюдать все рекомендуемые условия пайки (температурный режим и время пайки). Хотя надо отдать должное производителям диодов, так как многие из них добились того, что монтаж сборок можно осуществлять при высокой температуре 250 °C в течение 10 секунд.

Заключение

В статье описаны все аспекты работы и устройства диода Шоттки. Еще больше информации можно найти в статье Устройство высоковольтных диодов Шоттки. В нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессиональных электронщиков. Чтобы подписаться на группу, вам необходимо будет перейти по следующей ссылке: https://vk.com/electroinfonet. В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию:

www.xprt.ru

www.eandc.ru

www.texnic.ru

Следующая

ПолупроводникиЧто такое полупроводниковые диоды и как они устроены

ДИОД ШОТТКИ

   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.

   Форум по теоретическим вопросам

   Обсудить статью ДИОД ШОТТКИ

принцип его работы, положительные и отрицательные качества

Большинство современных радиосхем использует диод Шоттки. Его действие основано на физическом эффекте, который открыл немецкий ученый Вальтер Шоттки, поэтому он и носит его имя. Этот элемент имеет много таких же параметров, как и обычные диоды, но есть у него и существенные отличия.

Принцип действия и обозначение

Если обычный полупроводниковый диод основан на свойствах p-n перехода, то принцип работы диода Шоттки основан на свойствах перехода при контакте металла и полупроводника. Такой контакт получил в физике получил название «барьер Шоттки». В качестве полупроводника чаще всего используется арсенид галлия (GaAs), а из металлов применяют в основном следующие:

• вольфрам;
• платину;
• серебро;
• золото;
• палладий.

На радиотехнических схемах обозначение диода Шоттки похоже на обозначение обычного полупроводникового элемента, но есть заметное различие: со стороны катода, где есть небольшая перпендикулярная к основной линии черта, у нее дополнительно загибаются края в разные стороны под прямым углом или с плавным изгибом.

Иногда на принципиальных схемах затруднительно графически обозначить этот элемент, его рисуют, как обычный диод, а в спецификации дополнительно указывают тип.

Положительные и отрицательные качества

Полупроводниковый элемент Шоттки широко применяется в различных электронных и радиотехнических устройствах из-за своих положительных свойств. К ним относят следующие:

• очень низкое падение напряжения на переходе, максимальное значение которого составляет всего 0,55 В;
• большая скорость срабатывания;
• малая емкость барьера (перехода), что дает возможность применять диод Шоттки в схемах с высокой частотой тока.

Но есть и несколько отрицательных свойств, которые необходимо учитывать при использовании этого радиотехнического элемента. А именно:

• мгновенный необратимый выход из строя даже при кратковременном повышении обратного напряжения выше предельного значения;
• возникновение теплового пробоя на обратном токе из-за выделения тепла;
• часто встречаются утечки диодов, которые определить затруднительно.

Сфера применения и популярные модели

Полупроводниковый радиотехнический элемент Шоттки характеризуется отсутствием диффузной емкости из-за отсутствия неосновных носителей. Поэтому этот элемент в первую очередь — это СВЧ-диод широкого спектра применения. Его используют в роли следующих элементов:

• тензодатчик;
• приемник излучения;
• модулятор света;
• детектор ядерного излучения;
• выпрямитель тока высокой частоты.

Малое падение напряжения, к сожалению, наблюдается у большинства этих элементов при рабочем напряжении в пределах 55−60 В. Если напряжение выше этого значения, то диод Шоттки имеет такие же качества, как и обычный полупроводниковый элемент на кремниевой основе. Максимум обратного напряжения обычно составляет порядка 250 В, но есть особые модели, которые выдерживают и 1200 В (например, VS-10ETS12-M3).

Из сдвоенных моделей популярной среди радиолюбителей является 60CPQ150. Этот радиоэлемент имеет максимум обратного напряжения 150 В, а каждый отдельный диод из сборки рассчитан на пропускание тока в прямом включении силой 30 А. В мощных импульсных источниках питания иногда можно встретить модель VS-400CNQ045, у которой сила тока на выходе после выпрямления достигает 400 А.

У радиолюбителей пользуются популярностью диоды Шоттки серии 1N581x. Такие образцы, как 1N5817, 1N5818, 1N5819 имеют максимальный номинальный прямой ток 1 А, а обратное напряжение у них составляет 20−40 В. Падение напряжения на барьере (переходе) в диапазоне от 0.45 до 0.55 В. Также в радиолюбительской практике встречается элемент 1N5822 с прямым током до 3 А.

На печатных платах используют миниатюрные диоды серий SK12 — SK16. Несмотря на очень небольшие размеры, они выдерживают прямой ток до 1 А, а напряжение «обратки» составляет от 20 до 60 В. Есть и более мощные диоды, например, SK36. У него прямой ток доходит до 3 А.

Диагностика возможных неисправностей

Существует всего три вида возможных неисправностей. Это пробой, обрыв и утечка. Если первые два вида можно диагностировать самостоятельно в домашних условиях с помощью обычного мультиметра, то третья неисправность в домашних условиях практически не поддается диагностике.

Для надежного определения выхода из строя диода его необходимо выпаять из схемы, иначе шунтирование через другие элементы схемы будет искажать полученные показания. При пробое элемент ведет себя как обычный проводник. При замере его сопротивления в обоих направлениях измерительный прибор будет составлять «0». При обрыве деталь вообще не пропускает электрический ток в любом направлении. Его сопротивление равно бесконечности в каждом направлении.

Косвенным признаком утечки в элементе является его нестабильная работа. Иногда может срабатывать встроенная защита в блоке питания компьютера, монитора и т. д.

Мультиметром определить утечку невозможно, так как она возникает при работе элемента, а замеры необходимо производить при его отключении от схемы.

Светодиодный драйвер из «энергосберегайки». Лабораторная работа №4. Продолжение. Диоды Шоттки SR5100 мне в помощь

В предыдущем обзоре уже переделывал драйвер от «энергосберегайки» под светодиодный. Можно, но нюансы имеются. Решил усовершенствовать/упростить реализацию. На этот раз использовал среднестатистический драйвер (драйверы с большим окном у дросселя встречаются редко). Для снижения потерь поставил диоды Шоттки. Но не только от них КПД зависит. Схемку тоже изменил.
Кому интересно, заходим.
Это мои запасы, я их уже показывал.

Не так давно делал обзор по этой теме:
mysku.ru/blog/aliexpress/48771.html
На тот момент диоды Шоттки были в пути. Вот, наконец, получил. С момента покупки до доставки прошло полтора месяца. Трек типа LP00065654700863 отслеживается только до границы.
track24.ru/?code=LP00065654700863

Стандартный пакет с пупыркой внутри, кинули прямо в ящик. Почта Грузии, однако. Наверное, так удобнее. Диоды были в пакетике с замком. Рекламка в нагрузку.

Ровно 20 штук.
Размеры «заценить» можно на фоне более понятных габаритов:).

По размерам аналог наших КД226. Вместо них и поставлю. Схему включения тоже изменю.
Пора напомнить, почему именно Шоттки.
У обычных кремниевых диодов падение напряжения составляет приблизительно 1В. Я уже подключал диод КД226 к блоку питания в режиме отсечки по току.

При токе 0,5А падение напряжения на выпрямительном диоде 1,0В. При бОльшем токе падение напряжения может вырасти до 1,2В. Т. е. Р=1А*1,2В=1,2Вт! И это только на одном диоде. А схемы бывают разные.
При замене на диоды Шоттки потери должны снизиться. Это и проверю. Диоды SR5100 достаточно распространены. Лично я видел аналогичные в зарядках к смартфону (SR560). Полные характеристики можно глянуть здесь:
Datasheet SR5100.pdf
Основные я выложил.

Решил проверить свои диоды, те, что получил. Заявлено 100В, 5А. Сначала проверил на стойкость по напряжению 🙂 Заявлено 100В, ровно 100В и подал с установки П320 (в обратном направлении). Нормально. Затем проверил ток. Проверяется просто. С блока питания подавал напряжение (уже в прямом направлении) на диод с отсечкой по току через кратные промежутки, а вольтметром (мультиметра) дублировал показания. На этом пределе у блока питания вольтметр в качестве измерителя никакой, именно поэтому дублировал мультиметром. Эти фото чисто для ознакомления.

Всё, что получилось, занёс в таблицу и построил график.

Зависимость нелинейная. Чем больше ток, тем больше падение напряжения.
Диод выдержал 5А. Но меня интересовала и другая величина. Падение напряжения на диоде при токе 0,5А составило 539мВ, а при токе 1А – 555мВ. Эти показания можно считать средними для моего заказа. Я проверил почти все диоды. Разброс несущественный. Это почти в два раза меньше, чем у широко распространённого отечественного диода КД226. Фото было чуть раньше.
Диоды Шоттки изначально предполагал использовать в качестве ремкомплекта (для зарядок, одна сломанная имеется). А получилось, что часть диодов использую для самоделок. Возможно, есть другие, более предпочтительные варианты (диодов). Я же использую то, что у меня есть.
Перехожу к разбору схемы лампочки. Схемы у разных производителей «энергосберегаек» отличаются незначительно. Присутствуют упрощения или наоборот добавляются элементы для лучшей и более долговечной работы. Но суть одна.

На первом рисунке собственно схема с элементами (красного цвета), которые нужно убрать. На втором и третьем два варианта переделки оконечной части под светодиодный драйвер (схема «допилинга»).
Поверх обмотки дросселя «энергосберегайки» нужно намотать несколько (десятков) витков провода. Дроссель превращается в трансформатор. Затем выходное напряжение трансформатора нужно выпрямить и сгладить.
Существуют две схемы двухполупериодных выпрямителей. Две и зарисовал.
2. Мостовая схема.
3. Схема со средней (нулевой) точкой.
Мостовая схема позволяет экономить медь, но рассеивает в два раза больше энергии на диодах.
Схема со средней (нулевой) точкой более экономична в этом плане, но требует наличия двух совершенно симметричных вторичных обмоток. Асимметрия по количеству витков или расположению может привести к насыщению магнитопровода.
Но я решил пойти другим путём. Он должен быть приемлем для большинства.
Изначально подгонял свой драйвер под необходимый результат. На этот раз задачу упрощу. Сначала сделаю драйвер (намотаю трансформатор), а уж затем подберу светодиоды (их количество) под то, что получилось.
Теперь можно будет использовать небольшой размер окна. Лампочек с такими драйверами намного больше, значит и задача проще. Схему я тоже изменил. Это оконечная часть.

Никакой мостовой схемы. По сути только один диод (диода два, но работают по очереди). Каждая полуволна питает свою линию светодиодов.
Светильник изготовить стало ещё проще. Просто мотаем дополнительные витки до упора на дроссель. Вот сколько влезет, столько и мотаем.
Сначала собрал временную схему №2 с мостиком. Нагружаю её сопротивлением 50 Ом. Замеряю напряжение. Затем, согласно измеренному, подбираю количество светодиодов на выходе (3В на светодиод).
Затем собираю схему №4. Электролиты 470мкФ*50В. Светодиодов беру в два раза больше. Будет две линии, работающие каждая на своей полуволне. Ток контролирую. Он не должен превышать допустимый для светодиодов.
В качестве донора использую драйвер от неисправной люминесцентной лампочки («энергосберегайки»).
Я нашёл как минимум три штуки.

Этот оказался самым удобным. Конденсатор уже выпаян (был вздут). Трансформатор выпаивать будет легче.

Я старался подписывать мощность драйверов при демонтаже. Те, которые с неотпаянным цоколем, подписывать нет смысла, они уже подписаны на цоколе.
Для экспериментов взял 26-тиваттный драйвер.
Сразу припаял перемычку от дросселя согласно схеме переделки.
Дроссель выпаял.
Первичку изолировал липкой китайской лентой на тряпичной основе (если вдруг, не расплавится при нагреве).

Мотать придётся, не разбирая. Такие дроссели (трансформаторы) плохо разбираются. Они склеены.
Первый ряд мотал виток к витку. Понял, что идеально уложить провод через окошко не получится. Остальные мотал в навал. Поверх обмотки дросселя у меня уместилось около 25 витков эмалированного провода.
Макетку собрал по схеме №2. Сначала необходимо определиться с тем, что получилось. Измерить напряжение на выходе драйвера. Измерить мощность под нагрузкой. Прикинуть нужное количество светодиодов. Именно поэтому сначала подключил готовый мостик из наших КД226.
Макетка выглядит так.

Включил.
Работает. Напряжение на 50-Омной нагрузке 21,6В. Теперь собираю схему №4 с диодами Шоттки.
Включаю. Светят. Но… У одной линии яркость свечения значительно отличается. Достаю осциллограф.
Подключаю к выходу дросселя/трансформатора. Снова нагружаю на мостик с сопротивлением для исключения неравномерной нагрузки.

Такой драйвер для моей схемы не подходит. Драйвер работает неправильно. Полуволны несимметричны. Искать неисправность в копеечном драйвере не вижу смысла. В топку.
Взял другой (Camelion 20Вт).

Мотать по новому мне очень не хотелось. Дроссель выпаял, а подключил уже готовый от предыдущего драйвера. Напряжение немного упало. Но картинка меня полностью устроила.

Всю дальнейшую последовательность действий описывать не буду. Это слишком нудно. Отмечу только основные этапы. Как уже писал, напряжение с этим драйвером немного упало. Количество светодиодов пришлось уменьшить до пяти в каждой ветке.

Включил. Всё работает. Обе ветки светят равномерно. Что и следовало ожидать.

Сделал замеры.
Некоторые моменты лучше отсеять сразу. Достал осциллограф. Смотрим пульсации. Только факты.
Эта информация чисто ознакомительная.

Частота 100Гц (кто бы сомневался), размах пульсаций почти как у лампы накаливания.
Кто хочет, величину пульсаций можете посчитать по формуле из ГОСТа. Но смысла особого не вижу.

В данном случае пульсации 100Гц. Это не последствия преобразования. Преобразователь работает на частоте в несколько десятков кГц. Это недостаточное сглаживание по входу выпрямителя 220В «энергосберегайки». Оно почти у всех так. Для них это не так критично. Кого такая картинка не устраивает, увеличивайте входную ёмкость драйвера.
Так какой же КПД самодельного драйвера? Для его определения необходимо знать, сколько потребляет от сети, и сколько потребляют светодиоды по постоянному току. Ничего сложного. Мультиметр и ваттметр мне в помощь. Мощность колеблется в зависимости от напряжения в сети. У меня в сети около 233В.
При мощности потребления от сети 12,6Вт, ток через каждую линию светодиодов (у меня их две, смотрите схему) приблизительно 0,33А. Напряжение на светодиодах я тоже измерил. Оно составило 15,31В.

Мощность по постоянному току Р=15,31В*0,33А*2=10,1Вт.
Ƞ=10,1Вт/12,6Вт*100%=80%
Неплохой результат. При бОльшей мощности и более высоком выходном напряжении КПД будет ещё выше (это для тех, кто сможет намотать больше витков).
Драйвер даже на холостом ходу немало потребляет от сети (ознакомительно).

Просто отключил от светодиодов. Ничего не производя полезного, он уже берёт от сети 3,4Вт!
Мне интересно, с каким результатом будет трудиться мой драйвер с мостиком на выходе. Стоит ли овчинка выделки? Разбираю, подключаю по мостовой схеме №2 с диодами КД226. Две ветки светодиодов подключаю параллельно.

Включил.

Всё работает. Делаю замеры.

Мощность по постоянному току Р=15,06В*0,44А=6,63Вт.
Ƞ=6,63Вт/10,8Вт*100%=61%
Увеличение количества выпрямительных диодов (мостовая схема) с одновременным увеличением падения напряжения на них (КД226) привело к снижению «светодиодной» мощности. Это всё в комплексе привело к значительному снижению КПД. Полную логическую зависимость я выстраивать не стал. Она слишком сложна для формулировки и восприятия:)
С КПД более менее разобрался. Более глубоко влезать не вижу особого смысла. Основные нюансы выделил, должны быть понятны.
Снимать зависимость мощности лампочки от напряжения в сети я не вижу смысла как минимум по двум причинам.
В-первых, я уже это делал в предыдущем обзоре.
Во-вторых, я не смог нагрузить данный драйвер на номинальную мощность (20Вт). Соответственно, полученные данные будут (как минимум) не корректны.
Есть у меня светильник на балконе. В него и буду вживлять.

Корпус из жести (сталь), будет служить теплоотводом.

Всё лишнее убрал.

Приклеить светодиоды на теплопроводящий клей сложности не составляет. Схема уже собрана. Но, следуя поговорке (умные мысля приходят опосля), решил немного повременить. Бессмысленно выполнять двойную работу.
Дроссель решил перемотать более тонким проводом. В оригинале 0,5мм. Намотаю проводом 0,31мм. Таким образом, увеличу количество витков за счёт уменьшения диаметра провода. Увеличу количество светодиодов, снизив нагрузку на них. Рабочий ток 330мА для одноваттных светодиодов – это предельный режим. Нужно учитывать и скачки напряжения в сети. Светодиоды с запасом по мощности работают намного дольше, это факт.
На данном этапе можно подвести итог.

Полученные мною диоды Шоттки в купе с изменённой схемой подключения позволяют повысить КПД всего устройства, снизив одновременно тепловую нагрузку на всё устройство.
В заключение немного напомню: паять и клепать лампочки — занятие неблагодарное, хотя и интересное. Заводская пайка конечно же надёжней. Гораздо проще пристроить какую-нибудь готовую светодиодную лампочку. Но самоделки работают намного надёжнее. А если руки чешутся – вообще никто не остановит!
Надеюсь, что хоть кому-то помог. Кому что-то неясно по поводу этой самоделки, задавайте вопросы. С остальным – кидайте в личку, обязательно отвечу.
На этом ВСЁ!
Удачи!