Как работает диод шоттки: ДИОД ШОТТКИ

Содержание

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

   Форум по обсуждению материала ДИОД ШОТТКИ




МИКРОФОНЫ MEMS

Микрофоны MEMS — новое качество в записи звука. Подробное описание технологии.


SMD ПРЕДОХРАНИТЕЛИ

Приводятся основные сведения о планарных предохранителях, включая их технические характеристики и применение.



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

 

Работа диода Шоттки и его применение

Диод Шоттки — это один из типов электронный компонент , который также известен как барьерный диод. Он широко используется в различных приложениях, таких как смеситель, в радиочастотных приложениях и в качестве выпрямителя в энергетических приложениях. Это низковольтный диод. Падение мощности ниже по сравнению с Диоды с PN переходом . Диод Шоттки назван в честь ученого Шоттки. Его также иногда называют диодом с горячими носителями или диодом с горячими электронами и даже диодом с поверхностным барьером. В этой статье рассказывается, что такое диод Шоттки, конструкция, применение, характеристики и преимущества.



Что такое диод Шоттки?

Диод Шоттки также известен как диод с горячей несущей. полупроводниковый диод с очень быстрым переключением, но с низким падением прямого напряжения. Когда через диод протекает ток, на выводах диода возникает небольшое падение напряжения. В нормальном диоде падение напряжения составляет от 0,6 до 1,7 вольт, тогда как в диоде Шоттки падение напряжения обычно составляет от 0,15 до 0,45 вольт. Это меньшее падение напряжения обеспечивает более высокую скорость переключения и лучшую эффективность системы. В диоде Шоттки между полупроводником и металлом образуется переход полупроводник-металл, создавая таким образом барьер Шоттки. Полупроводник N-типа действует как катод, а металлическая сторона действует как анод диода.


Диод Шоттки



Конструкция диода Шоттки

Это односторонний переход. Переход металл-полупроводник формируется на одном конце, а другой контакт металл-полупроводник формируется на другом конце. Это идеальный омический двунаправленный контакт без потенциала между металлом и полупроводником, и он не выпрямляющий. Встроенный потенциал на диоде с разомкнутой цепью с барьером Шоттки характеризует диод Шоттки.

Физическая структура диода Шоттки


Диод Шоттки является функцией понижения температуры. Снижается и увеличивается температурная концентрация легирования в полупроводнике N-типа. В производственных целях используются металлы диода с барьером Шоттки, такие как молибден, платина, хром, вольфрам, алюминий, золото и т. Д., И используются полупроводники N-типа.

Диод с барьером Шоттки

Диод с барьером Шоттки также известен как диод Шоттки или диод с горячей несущей. Диод с барьером Шоттки — это металл-полупроводник. Переход образуется путем приведения металла в контакт с умеренно легированным полупроводниковым материалом N-типа. Диод с барьером Шоттки — это однонаправленное устройство, проводящее ток только в одном направлении (обычный ток, протекающий от металла к полупроводнику).

Диод с барьером Шоттки

V-I характеристики барьерного диода Шоттки

ВАХ диода с барьером Шоттки ниже

  • Прямое падение напряжения на диоде с барьером Шоттки очень мало по сравнению с обычным диодом с PN переходом.
  • Прямое падение напряжения составляет от 0,3 до 0,5 вольт.
  • Прямое падение напряжения на барьере Шоттки состоит из кремния.
  • Прямое падение напряжения увеличивается одновременно с увеличением концентрации легирования полупроводника N-типа.
  • ВАХ диода с барьером Шоттки очень крутые по сравнению с ВАХ нормального диода с PN переходом из-за высокой концентрации носителей тока.
Текущие компоненты в диоде Шоттки

В диоде с барьером Шоттки ток проходит через основные носители, которыми являются электроны в полупроводнике N-типа. Формула в диоде с барьером Шоттки:

яТ= ЯРаспространение+ ЯТуннелирование+ ЯТермоэлектронная эмиссия

Где я Распространение— диффузионный ток, обусловленный градиентом концентрации и плотностью диффузионного тока J пзнак равно D п* Какие * dn / dx для электронов, где D п— постоянная диффузии электронов, q — заряд электрона = 1,6 * 10 19кулонов, dn / dx — градиент концентрации электронов.
IT-туннелирование — это туннельный ток из-за квантово-механического туннелирования через барьер. Вероятность туннелирования увеличивается с уменьшением барьера или встроенного потенциала и уменьшением ширины обедненного слоя. Этот ток прямо пропорционален вероятности туннелирования.
я Термоэлектронная эмиссия— ток, обусловленный током термоэмиссии. Из-за теплового перемешивания некоторые носители имеют энергию, равную или превышающую энергию зоны проводимости для границы раздела металл-полупроводник и протекающего тока. Это известно как ток термоэлектронной эмиссии.
Поскольку ток, протекающий непосредственно через диод с барьером Шоттки, проходит через основные носители заряда. Следовательно, он подходит для приложений с высокоскоростной коммутацией, поскольку прямое напряжение очень низкое, а время обратного восстановления очень короткое.

Применение диода Шоттки

Диоды Шоттки используются для ограничения напряжения и предотвращения насыщения транзисторов из-за высокой плотности тока в диоде Шоттки. Кроме того, в диодах Шоттки наблюдается низкое прямое падение напряжения, они тратятся меньше тепла, что делает их эффективным выбором для чувствительных и очень эффективных приложений. Поскольку диод Шоттки используется в автономных фотоэлектрических системах, чтобы предотвратить разряд батарей для солнечные панели ночью, а также в подключенных к сети системах, содержащих несколько цепочек, соединенных параллельно. Диоды Шоттки также используются в качестве выпрямителей в Источники питания .

Преимущества диода Шоттки

Диоды Шоттки используются во многих приложениях по сравнению с другие типы диодов s, которые не работают хорошо.

  • Низкое напряжение включения: Напряжение включения диода составляет от 0,2 до 0,3 вольт. Для кремниевого диода оно составляет от 0,6 до 0,7 В у стандартного кремниевого диода.
  • Быстрое время восстановления: Быстрое время восстановления означает небольшой накопленный заряд, который можно использовать для приложений высокоскоростного переключения.
  • Низкая емкость перехода: Он занимает очень небольшую площадь по сравнению с результатом, полученным при точечном контакте кремния. Так как уровни емкости очень маленькие.
Особенности диода Шоттки

К особенностям диода Шоттки в основном относятся следующие

  • Более высокая эффективность
  • Низкое прямое падение напряжения
  • Низкая емкость
  • Низкопрофильный корпус для поверхностного монтажа, сверхкомпактный размер
  • Встроенное защитное кольцо для защиты от стресса

Таким образом, это все о работе диода Шоттки, его принципе работы и применениях. Мы надеемся, что вы лучше понимаете эту концепцию. Кроме того, при любых сомнениях относительно этой статьи или электротехнические и электронные проекты , пожалуйста, дайте свои ценные предложения в разделе комментариев ниже. Вот вам вопрос, какова основная функция диода Шоттки?

Фото:

Диод штоки. Диод шоттки — принцип работы, назначение.

Общая информация и принцип работы

Многие великие ученые исследовали свойства p-n перехода. Как вы уже догадались, это обычный диод, который можно увидеть в любой электронной схеме. На момент его изобретения это был элемент, который произвел настоящую революцию и изменил все представления о будущем электроники. Также без внимания не оставалась и технология его изготовления. Появился диод Зеннера и Ганна. Еще был изобретен диод Шоттки,

обладающий интересными свойствами. Его использование в электронике не было таким сенсационным, как у его знаменитых “собратьев”. Особые свойства этого элемента ранее применялись в узкоспециализированных схемах и не находили широкого применения. Тем интереснее, что в последнее время диод Шоттки начал использоваться как основной элемент в импульсных источниках питания. Он работает практически во всех электронных бытовых приборох: телевизорах, магнитофонах, персональных компьютерах, ноутбуках и т.д.

Особые свойства прибора проявляются в низком падении напряжения на р-n переходе. Оно не превышает 0,4 Вольта. То есть по этому параметру он максимально приближен к идеальному элементу, который используется в расчетах. Правда, при напряжении более 50 вольт эти свойства пропадают. Но тем не менее, диод Шоттки стал широко использоваться в схемах с Питание таких схем не превышало 15 Вольт постоянного напряжения, что позволяло в полной мере воспользоваться свойствами этого прибора. Он мог стоять в цепи обратной связи в качестве ограничительного элемента или участвовать в работе регуляторов.

Кроме такого немаловажного свойства, как на p-n переходе, диод Шоттки обладает небольшой емкостью. Это позволяет ему работать в высокочастотных схемах. Практически “идеальные” свойства этого элемента не искажают сигнал высокой частоты. Именно поэтому его стали ставить в импульсные блоки питания, устройства связи и регуляторы.

Но кроме положительных качеств необходимо отметить и недостатки. Диоды Шоттки очень чувствительны даже к кратковременному превышению обратного напряжения от допустимого значения.

Это приводит к выходу элемента из строя. В отличие от своих кремниевых “собратьев” он не восстанавливается. Тепловой пробой приводит либо к появлениям токов утечки, либо к “превращению” прибора в проводник.

Первая неисправность приведет к нестабильной работе всего электронного устройства. Ее достаточно сложно найти и устранить. Что касается теплового пробоя, то, например, в это приведет к срабатыванию защиты от После замены неисправного элемента блок питания будет нормально работать.

Современная промышленность выпускает достаточно мощные диоды Шоттки. Импульсный ток в таких приборах может достигать 1,2 кА. Постоянный рабочий ток в некоторых типах доходит до 120 А. Такие приборы обладают широким токовым диапазоном и неплохими эксплуатационными характеристиками. Они с успехом применяются в бытовых приборах и промышленной электронике.

Во время сборки блоков питания и преобразователей напряжения для автомобильных усилителей часто возникает проблема с выпрямлением тока с трансформатора. Раздобыть мощные импульсные диоды довольно серьезная проблема, поэтому решил напечатать статью, в которой приводится полный перечень и парметры мощных диодов Шоттки. Некоторое время назад лично у меня возникла проблема с выпрямителем преобразователя для авто усилителя. Преобразователь довольно мощный (500-600 ватт), частота выходного напряжения 60кГц, любой распространенный диод, который можно найти в старом хламе, сразу сгорит, как спичка. Единственным доступным вариантом в то время были отечественные КД213А. Диоды достаточно хорошие, держат до 10 Ампер, рабочая частота в пределах 100кГц, но и они под нагрузкой страшно перегревались.

На самом деле мощные диоды можно найти почти у каждого. Компьютерный БП является , который питает целый компьютер. Как правило их делают с мощностью от 200 ватт до 1кВт и более, а поскольку компьютер питается от постоянного тока, значит в блоке питания должен быть выпрямитель. В современных блоках питания для выпрямления напряжения используют мощные диодные сборки Шоттки — именно у них минимальный спад напряжения на переходе и возможность работы в импульсных схемах, где рабочая частота намного выше сетевых 50 Герц. Недавно на халяву принесли несколько блоков питания, откуда и были сняты диоды для этого небольшого обзора. В компьютерных блоках питания можно найти самые разные диодные сборки, единичных диодов тут почти не бывает — в одном корпусе два мощных диода, часто (почти всегда) с общим катодом. Вот некоторые из них:

D83-004 (ESAD83-004) — Мощная сборка из диодов Шоттки, обратное напряжение 40 Вольт, допустимый ток 30А, в импульсном режиме до 250А — пожалуй, один из самых мощных диодов, который можно встретить в компьютерных блоках питания.


STPS3045CW — Сдвоенный диод Шоттки, ток выпрямленный 15A, прямое напряжение 570мВ, обратный ток утечки 200мкА, напряжение обратное постоянное 45 Вольт.

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

Высоковольтные силовые диоды Шоттки с напряжением до 1200 В

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

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:

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.

Диод Шоттки – это полупроводниковый диод, выпрямительные свойства которого основаны на использовании выпрямляющего электрического перехода между металлом и полупроводником

Эффект Шотки возникает при контакте металла с полупроводниковым материалом. В самых старых диодах (точечных) использовалось металлическое остриё. В металле при его соприкосновении с полупроводником образуется область пространственного заряда, что позволяет току течь в одном направлении, но не пропускает его в другом. Диоды Шотки являются развитием этой технологии. Современные диоды Шотки имеют структуру, изображённую на Рис.1

Рис.1 Структура современного диода Шоттки

Выпрямительный переход создаётся слоем металла (обычно золота, платины, алюминия или палладия), нанесённого на поверхность слаболегированного полупроводника. Применяемый металл и уровень легирования влияют на характеристики выпрямления. Свойство выпрямления возникает вследствие разности энергетических уровней материалов. Тыльная сторона полупроводника легируется сильнее, а контакт с обратной стороны называется омическим, так как энергетические уровни материалов очень близки, и область контакта по своим свойствам напоминает резистор. Ток течёт через диод Шотки вследствие того, что под воздействием прямого напряжения смещения p-n-перехода электроны в металле преодолевают потенциальный барьер. Поэтому диоды Шоттки называются также диодами с «горячими» носителями заряда.

а)

б)

в)

г)

д)

Рис 2. Схема контакта металл — полупроводник (а) и его энергетическая диаграмма при нулевом (б), прямом (г) и обратном (д) смещении

Рассмотрим особенности работы диода с барьером Шоттки на основе контакта металла с полупроводником n-типа для случая, когда работа выхода металла больше, чем работа выхода полупроводника (Рис 2 а). При образовании контакта электроны переходят из материала с меньшей работой выхода в материал с большей работой выхода, в результате чего уровни Ферми металла и полупроводника выравниваются. При этом полупроводник оказывается заряженным положительно, а возникающее внутреннее электрическое поле препятствует переходу электронов в металл. Между металлом и полупроводником возникает контактная разность потенциалов Uк=Aп-Ам (Ап и Ам работа выхода полупроводника и металла соответственно).

Благодаря разности работ выхода металла и полупроводника между ними происходит обмен электронами. Электроны из полупроводника, имеющего меньшую работу выхода, переходят в металл с большей работой выхода. В равновесном состоянии (рис. 2 а) металл заряжается отрицательно, в результате чего возникает электрическое поле, прекращающее однородный переход электронов.

Из-за резкого различия концентраций свободных электронов по обе стороны от контакта практически все падение напряжения приходится на приконтактную область полупроводника. Приложенное внешнее напряжение изменяет высоту барьера лишь со стороны полупроводника. Электроны зоны проводимости отталкиваются возникшим контактным полем. Создается обедненный слой с пониженной концентрацией подвижных носителей. Около контакта вследствие изгиба границ зон полупроводник n-типа переходит в полупроводник p-типа.

Распределение электрического поля (рис. 2 в) и объемного заряда в этом случае описывается теми же уравнениями, что и для резкого p-n-перехода. В полупроводнике возникает область, обедненная основными носителями заряда с пониженной проводимостью, ширина которой зависит от уровня легирования полупроводника. В состоянии равновесия поток электронов (основных носителей полупроводника) в металл уравновешивается потоком электронов из металла в полупроводник.

При прямом смещении (рис. 2 г) потенциальный барьер со стороны полупроводника понижается и число переходов электронов в металл увеличивается. При обратном смещении (рис. 2 д), напротив, ток из полупроводника уменьшается, стремясь с ростом напряжения к нулю. Ток электронов из металла все время остается неизменным: роль его незначительна при прохождении прямого тока, им же обусловлен ток утечки при обратном смещении. Величина этого обратного тока в приборах с барьером Шоттки порядка единиц микроампер.

В реальных контактах линейная зависимость высоты барьера от работы выхода металла наблюдается редко ввиду того, что на поверхности полупроводника из-за её неидеальности, имеются поверхностные заряды. При нанесении металла такой поверхностный заряд экранирует влияние металла, вследствие чего высота потенциального барьера в основном определяется состоянием поверхности полупроводника. Кроме того, на свойства контакта металл — полупроводник влияют токи утечки, токи генерации — рекомбинации носителей заряда в обедненной области и возможность туннельного перехода электронов в случае сильнолегированного полупроводника.

Диоде Шоттки отсутствуют накопление неосновных носителей заряда в областях диода при прямом напряжении и рассасывание этого заряда при изменении знака напряжения. Это улучшает быстродействие диода, т. е. частотные и импульсные свойства. Время восстановления обратного сопротивления с диодом Шоттки при использовании кремния и золота — примерно 10 нс и меньше.

Достоинством диода Шоттки при современном уровне технологии является также то, что его вольт-амперная характеристика оказывается очень близкой к характеристике идеализированного p-n-перехода.

Ток в полупроводниковом материале представляет собой поток электронов. Электроны — основные носители заряда, и скорость протекания тока выше, чем p-материале плоскостного диода. Поэтому диоды Шоттки — самые быстродействующие из всех диодов. Поскольку в области перехода отсутствуют неосновные носители заряда, диод запирается сразу же, как только прикладываемое напряжение снижается до нуля. Однако процесс заряда ёмкости перехода вызывает протекание обратного тока. Эта ёмкость весьма мала, поэтому и обратный ток имеет чрезвычайно низкую величину. Диоды Шотки характеризуются практически нулевым временем прямого и обратного восстановления, потому что их проводимость не зависит от неосновных носителей заряда.

Прямое падение напряжения у кремниевого диода Шоттки очень мало, обычно порядка 0.2…0.45 В. Падение напряжения пропорционально максимальному обратному напряжению. Например, падение напряжения на диоде с обратным напряжением 10 В может составлять всего лишь 0.3 В. Чем выше максимальное обратное напряжение и номинальный ток, тем больше прямое падение напряжения вследствие увеличения толщины n-слоя. Диод с повышенной предельно допустимой температурой имеет большее прямое падение напряжения, которое уменьшается с понижением температуры перехода. Этот отрицательный температурный коэффициент по току позволяет снизить рассеивание мощности, но усложняет параллельное включение диодов.

Для многих видов диодов (таких как выпрямительные плоскостные низкочастотные диоды, импульсные диоды и т.д.), основным физическим процессом, ограничивающим диапазон рабочих частот, оказывался процесс накопления и рассасывания неосновных носителей заряда в базе диода. Другой физический процесс – перезаряд барьерной ёмкости выпрямляющего электрического перехода – имел в рассмотренных диодах второстепенное значение и сказывался на их частотных свойствах только при определенных условиях. Поэтому были выдвинуты требования к конструкции и технологии изготовления диодов, выполнение которых обеспечивало бы ускорение рассасывания накопленных в базе за время действия прямого напряжения неосновных носителей заряда. Понятно, что если исключить инжекцию неосновных носителей заряда при работе диода, то не было бы накопления этих неосновных носителей в базе и соответственно относительно медленного процесса их рассасывания. Здесь можно перечислить несколько возможностей практически полного устранения инжекции неосновных носителей заряда при сохранении выпрямительных свойств полупроводниковых диодов.

1. Использование в качестве выпрямляющего электрического перехода (гетероперехода), т.е. электрического перехода, образованного в результате контакта полупроводников с различной шириной запрещённой зоны. Инжекция неосновных носителей при прямом включении будет отсутствовать при выполнении ряда условий и, в частности, при одинаковом типе электропроводности полупроводников, образующих гетеропереход. Этот способ устранения инжекции неосновных носителей заряда пока не нашел широкого применения в промышленном производстве монокристаллических полупроводниковых диодов из-за технологических трудностей.

2. Использование для выпрямления эффекта туннелирования.

3. Инвертирование диодов, т.е. использование для выпрямления только обратной ветви ВАХ вместе с участком, соответствующим лавинному пробою. Этот способ не нашёл применения из-за необходимости иметь для каждого диода своё напряжение смещения, почти равное напряжению пробоя. Кроме того, в начальной стадии лавинного пробоя в диоде возникают шумы.

4. Использование выпрямляющего перехода Шоттки, т.е. выпрямляющего электрического перехода, образованного в результате контакта между металлом и полупроводником. На таком переходе высота потенциального барьера для электронов и дырок может существенно отличаться. Поэтому при включении выпрямляющего перехода Шоттки в прямом направлении прямой ток возникает благодаря движению основных носителей заряда полупроводника в металл, а носители другого знака (неосновные для полупроводника) практически не могут прейти из металла в полупроводник из-за высокого для них потенциального барьера на переходе.

Таким образом, на основе выпрямляющего перехода Шоттки могут быть созданы выпрямительные, импульсные и сверхвысокочастотные полупроводниковые диоды, отличающиеся от диодов с p-n-переходом лучшими частотными свойствами.

Выпрямительные диоды Шоттки

На частотные свойства диодов Шоттки основное влияние должно оказывать время перезарядки барьерной ёмкости перехода. Постоянная времени перезарядки зависит и от сопротивления базы диода. Поэтому выпрямляющий переход Шоттки целесообразнее создавать на кристалле полупроводника с электропроводностью n-типа – подвижность электронов больше подвижности дырок. По той же причине должна быть большой и концентрация примесей в кристалле полупроводника.

Однако толщина потенциального барьера Шоттки, возникающего в полупроводнике вблизи границы раздела с металлом, должна быть достаточно большой. Только при большой толщине потенциального барьера (перехода Шоттки) можно будет, во-первых, устранить вероятность туннелирования носителей заряда сквозь потенциальный барьер, во-вторых, получить достаточные значении пробивного напряжения и, в-третьих, получить меньшие значения удельной (на единицу площади) барьерной ёмкости перехода. А толщина перехода или потенциального барьера зависит от концентрации примесей в полупроводнике: чем больше концентрация примесей, тем тоньше переход. Отсюда следует противоположное требование меньшей концентрации примесей в полупроводнике.

Учёт этих противоречивых требований к концентрации примесей в исходном полупроводнике приводит к необходимости создания двухслойной базы диода Шоттки (рис. 3). Основная часть кристалла – подложка толщиной около 0,2 мм – содержит большую концентрацию примесей и имеет малое удельное сопротивление. Тонкий монокристаллический слой того же самого полупроводника (толщиной в несколько микрометров) с той же электропроводностью n-типа может быть получен на поверхности подложки методом эпитаксиального наращивания. Концентрация доноров в эпитаксиальном слое должна быть значительно меньше, чем концентрация доноров в подложке.

Рис. 3. Варианты структур диодов Шоттки с двухслойной базой

В качестве исходного полупроводникового материала для выпрямительных диодов Шоттки можно использовать кремний или арсенид галлия. Однако в эпитаксиальных слоях арсенида галлия не удаётся пока достичь малой концентрации дефектов и достаточно низкой концентрации доноров. Поэтому пробивное напряжение диодов Шотки на основе арсенида галлия оказывается низким, что является существенным недостатком для выпрямительных диодов.

Металлический электрод на эпитаксиальный слой полупроводника обычно наносят методом испарения в вакууме с последующим осаждением на поверхность эпитаксиального слоя. Перед нанесением металлического электрода целесообразно методами фотолитографии создать окна в оксидном слое на поверхности полупроводника. Так легче получить выпрямляющий переход Шотки необходимой площади и конфигурации.

Выпрямительные низкочастотные диоды предпочтительнее изготовлять с p-n-переходом. Выпрямительные диоды Шоттки в области низких частот могут в перспективе иметь преимущество перед диодами с p-n-переходом, связанное с простотой изготовления.

Наибольшие преимущества перед диодами с p-n-переходом диоды Шоттки должны иметь при выпрямлении больших токов высокой частоты. Здесь кроме лучших частотных свойств диодов Шоттки следует отметить такие их особенности: меньшее прямое напряжение из-за меньшей высоты потенциального барьера для основных носителей заряда полупроводника; большая максимально допустимая плотность прямого тока, что связано, во-первых, с меньшим прямым напряжением и, во-вторых, с хорошим теплоотводом от выпрямляющего перехода Шоттки. Действительно, металлический слой, находящийся с одной стороны перехода Шоттки, по своей теплопроводности превосходит любой сильнолегированный слой полупроводника. По этим же причинам выпрямительные диоды Шоттки должны выдерживать значительно большие перегрузки по току по сравнению с аналогичными диодами с p-n-переходом на основе того же самого полупроводникового материала.

Ещё одна особенность диодов Шотки заключается в идеальности прямой ветви ВАХ. При этом с изменением прямого тока в пределах нескольких порядков зависимость близка к линейной, или в показателе экспоненты при изменении тока не появляется дополнительных множителей. Учитывая эту особенность, диоды Шоттки можно использовать в качестве быстродействующих логарифмических элементов.

На рис. 4 показаны ВАХ кремниевого диода Шоттки 2Д219, рассчитанного на максимально допустимый прямой ток 10 А. Прямое напряжение на диоде при максимально допустимом прямом токе не более 0,6 В, максимально допустимое обратное напряжение для диода 2Д219Б 20 В. Эти диоды допускают прохождение импульсов тока длительностью до 10 мс с периодом повторения не менее 10 мин с амплитудой, в 25 раз превышающей максимально допустимый прямой ток. Диоды рассчитаны на частоту выпрямляемого тока 0,2 МГц.

диод устройство полупроводник Шотки

Рис. 4. ВАХ кремниевого диода Шоттки 2Д219 при разных температурах

Импульсные диоды Шоттки.

Исходным полупроводниковым материалом для этих диодов может быть, так же как и для выпрямительных диодов Шоттки, кремний или арсенид галлия. Но предпочтение здесь должно быть отдано арсениду галлия, так как в этом материале время жизни неосновных носителей заряда может быть менее с. Несмотря на практическое отсутствие инжекции неосновных носителей заряда через переход Шоттки при его включении в прямом направлении (что уже было отмечено ранее), при больших прямых напряжениях и плотностях прямого тока существует, конечно, некоторая составляющая прямого тока, связанная с инжекцией неосновных носителей заряда в полупроводник. Поэтому требование малости времени жизни неосновных носителей в исходном полупроводниковом материале остается и для импульсных диодов Шотки.

Главный недостаток диодов Шоттки — большой обратный ток утечки. Он имеет экспоненциальную зависимость от температуры и возрастает при повышении температуры и обратного напряжения. Максимальный ток утечки определяется технологией производства диодов. Чем выше декларируемые номинальное обратное напряжение диода и максимальная температура перехода, тем меньше утечка.

Электротехника и радиоэлектроника пестрят многими понятиями, одним из которых является диод Шоттки, используемый в многочисленных схемах электроцепей. Многие задаются вопросами о том, что такое диод Шоттки, как он обозначается на схемах, а также каков принцип работы диода Шоттки.

Общая информация и принцип работы

Диод Шоттки – диодное полупроводниковое изделие, которое при прямолинейном включении в цепь выдает малый показатель уменьшения напряжения. Состоит данный элемент из металла и полупроводника. Назван диод в честь известного немецкого физика-испытателя В. Шоттки, какой в 38 году 20 века изобрел его.

В промышленности применяется такой диод с ограниченным обратным напряжением – до 250 В, но на практике в бытовых целях для предотвращения движения тока в противоположную сторону применяются в основном низковольтные варианты – 3-10В.

Диоды Шоттки можно разделить на 3 класса по мощностным характеристикам:

  • высокомощные;
  • среднемощные;
  • маломощные.

Диод с барьером Шоттки (более точное наименование изделия) состоит из проводника, для контакта с каким используется металл, кольца защиты и пассивации стеклом.

В тот момент, когда по электроцепи проходит ток, в разных участках корпуса по всей области полупроводникового барьера и на защитном кольце собираются отрицательные и положительные заряды, что приводит к возникновению электрополя и выделению тепловой энергии – это большой плюс диода для многих физических опытов.

Диодные сборки этого типа могут выпускаться в нескольких вариациях:

  • диоды Шоттки с общим анодом;
  • диодные изделия, имеющие вывод с общего катода;
  • диоды, собранные по схеме удвоения.

Технические характеристики популярных модификаций диодов Шоттки

Наименование Предельное обратное пиковое напряжение Предельный выпрямительный электроток Пиковый прямой электроток Предельный обратный электроток Предельное прямое напряжение
Ед. измерения В А оС А µА В
1N5817 20 1 90 25 1 0,45
1N5818 30 1 90 25 1 0,55
1N5819 40 1 90 25 1 0,6
1N5821 30 3 95 80 2 0,5
1N5822 40 3 95 80 2 0.525

Различия от иных полупроводников

Диоды Шоттки различаются от иных диодных изделий тем, что имеют преграду в виде перехода – полупроводник-металл, характеризующийся односторонней электропроводностью. Металлом в них могут выступать кремний, арсенид галлия, реже могут использоваться соединения германия, вольфрама, золота, платины и прочие.

Работа этого электронного компонента будет полностью зависеть от выбранного металла. Чаще всего в таких конструкциях встречается кремний, так как отличается большей надежностью и отличными рабочими характеристиками на высоких мощностях. Могут также использоваться соединения галлия и мышьяка, германия. Производственная технология этого электронного изделия проста, что обуславливает его низкую стоимость.

Изделие Шоттки характеризуется более стабильным функционированием при подаче электротока, чем прочие типы полупроводниковых диодов. Достигается это за счет того, что в его корпус внедряются специальные кристаллические образования.

Достоинства и недостатки

Вышеописанные диоды имеют некоторые достоинства, которые заключаются в следующем:

  • электроток отлично удерживается в цепи;
  • небольшая емкость барьера Шоттки увеличивает срок службы изделия;
  • низкое падение электронапряжения;
  • быстродействие в электроцепи.

Самым же существенным недостатком компонента является огромный обратный ток, что даже при скачке этого показателя в несколько единиц приводит к выходу диода из строя.

Обратите внимание! При эксплуатации электроэлемента Шоттки в цепях с мощным электротоком при неблагоприятных условиях теплового обмена случается теплопробой.

Диод Шоттки: обозначение и маркировка

Диод Шоттки на электросхемах обозначается практически точно так же, как и обычные полупроводники, но с некоторыми особенностями.

Стоит отметить, что на схемах могут встречаться и сдвоенные варианты диода Шоттки. Представляет собой такая конструкция два соединенных диода в общем корпусе, имеющие спаянные катоды или аноды, что ведет к образованию трех выводов.

Маркировка таких элементов проставляется сбоку в виде букв и символов. Каждый производитель осуществляет маркирование своих изделий по-своему, но выполняя определенные международные стандарты.

Важно! Если буквенно-цифирное обозначение на корпусе диода не понятно, то рекомендуется смотреть расшифровку в радиотехническом справочнике.

Область применение

Применение диодных конструкций с барьером Шоттки можно встретить во многих приборах и электротехнических структур. Наиболее часто они применяются на электросхемах в следующей технике:

  • электроприборы для дома и компьютеры;
  • блоки питания различного типа и стабилизаторы напряжения;
  • теле,- и радиоаппаратура;
  • транзисторы и батареи, работающие от солнечной энергии;
  • прочая электроника.

Столь широкая область применения связана с тем, что такой электротехнический элемент увеличивает многократно эффективность и работоспособность конечного изделия, восстанавливает обратное сопротивление электротока, сохраняет его в электросети, снижает численность утерь динамики электронапряжения, а также вбирает в себя довольно много различного типа излучений.

Диагностирование диодов Шоттки

Проверить исправность электроэлемента Шоттки несложно, однако для этого потребуется некоторое время. Для диагностики неисправностей необходимо проделать нижеследующее:

  1. Из электросхемы или диодного моста требуется изначально выпаять интересующий элемент;
  2. Провести визуальный осмотр на возможные механические повреждения, наличие следов химических и прочих реакций;
  3. Проверить диод тестером или мультиметром;
  4. Если проверка проводится мультиметром, то необходимо после его включения подвести щупы к концам катода и анода, в итоге прибор выдаст реальное напряжение диодной сборки.

Важно! При проведении проверочных мероприятий мультиметром, следует учитывать электроток, который обычно указан сбоку изделия.

Итогом этих простых действий станет установление технического состояния полупроводника. Неисправным же диод может стать по следующим причинам:

  1. При возникновении пробоин элемент Шоттки перестает удерживать электроток, соответственно из полупроводника превращается в проводника;
  2. Когда в диодном мосту или самом диодном элементе случается обрыв, то пропуск электротока прекращается вообще.

Стоит отметить, что при таких происшествиях не будет видно ни дыма, ни запаха гари, соответственно, проверять потребуется все диоды, а лучше всего обратиться в специализированные мастерские.

Диод Шоттки – простой и неприхотливый, но в то же время крайне необходимый элемент в современной электронике, так как именно благодаря ему удается обеспечить бесперебойную работу многих приборов и технических изделий.

Видео

Раскрытие тайны повреждения диода Шоттки

 

  Диоды шотткиЧерез долгое время он неизбежно столкнется, но какова причина повреждения диода Шоттки в целом? Сегодня Ли Шэньсинь будет популяризировать распространенные причины повреждения диодов Шоттки.

       

1. Плохое управление работой. Дежурный оператор безответственен и не понимает изменений внешней нагрузки (особенно между полуночью и 6 часами утра следующего дня) или когда сбой сброса нагрузки происходит во внешнем мире, оператор не выполнил соответствующую операцию во времени Лечение, перенапряжение генерируется и повреждение диода Шоттки повреждено.

        

2. Плохие условия эксплуатации. Генераторная установка с косвенным приводом, поскольку расчет отношения скоростей является неправильным или отношение диаметров двух ременных шкивов не соответствует требованиям отношения скоростей, генератор работает на высокой скорости в течение длительного времени, а выпрямитель также находится под высоким напряжением в течение длительного времени Следующая работа способствует ускоренному старению диодов Шоттки и повреждена в результате преждевременного пробоя.

         

3. Молниезащита и меры защиты от перенапряжения слабые. На конце выпрямителя установлены устройства молниезащиты и защиты от перенапряжения Даже если установлены устройства молниезащиты и защиты от перенапряжения, их работа ненадежна и повреждена из-за ударов молнии или перенапряженияДиоды шоттки

        

В-четвертых, качество установки или изготовления оборудования недостаточно. Поскольку генераторная установка работает в условиях большой вибрации в течение длительного времени, диод Шоттки также находится под воздействием внешних сил этой вибрации, в то же время из-за высокой и низкой скорости генераторной установки рабочее напряжение, которому подвергается диод Шоттки Внезапное изменение от высокого до низкого значительно ускоряет старение и повреждение диодов Шоттки.

         

Пятерки,Диоды шотткиТехнические характеристики и модели не совпадают. При замене нового диода Шоттки трубка, рабочие параметры которой не соответствуют требованиям, заменяется или неправильная проводка, что приводит к повреждению выпрямителя.

         

VI.Диоды шотткиЗапас безопасности слишком мал. Запас безопасности при перенапряжении и перегрузке по току диода Шоттки слишком мал, так что диод Шоттки не может противостоять повреждению перенапряжения или пиковому значению переходного процесса перегрузки по току, возникающему в цепи возбуждения генератора.

Радио для всех — Легкое дело

Диоды

В самом начале радиотехники первым активным элементом была электронная лампа. Но уже в двадцатые годы прошлого века появились первые приборы доступные для повторения радиолюбителями и ставшие очень популярными. Это детекторные приёмники. Более того они выпускались в промышленном масштабе, стоили недорого и обеспечивали приём двух-трёх отечественных радиостанций работавших в диапазонах средних и длинных волн. Именно в детекторных приёмниках впервые стал использоваться простейший полупроводниковый прибор, называемый вначале детектором и лишь позже получивший современное название – диод. Диод это прибор, состоящий всего из двух слоёв полупроводника. Это слой «p”- позитив и слой «n”- негатив. На границе двух слоёв полупроводника образуется «p-n ” переход. Анодом является область «p”, а катодом зона «n”. Любой диод способен проводить ток только от анода к катоду. На принципиальных схемах полупроводниковый диод обозначается так.

Как работает полупроводниковый диод.

В полупроводнике «n” типа имеются свободные электроны, частицы со знаком минус, а в полупроводнике типа «p” наличествуют ионы с положительным зарядом, их принято называть «дырки». Подключим диод к источнику питания в обратном включении, то есть на анод подадим минус, а на катод плюс. Между зарядами разной полярности возникает притяжение и положительно заряженные ионы тянутся к минусу, а отрицательные электроны дрейфуют к плюсу источника питания. В «p-n” переходе нет носителей зарядов, и отсутствует движение электронов. Нет движения электронов – нет электрического тока. Диод закрыт. При прямом включении диода происходит обратный процесс. В результате отталкивания однополярных зарядов все носители группируются в зоне перехода между двумя полупроводниковыми структурами. Между частицами возникает электрическое поле перехода и рекомбинация электронов и дырок. Через «p-n” переход, а, следовательно, и через диод пошёл электрический ток. Сам процесс носит название «электронно-дырочная проводимость». При этом диод открыт. Возникает вполне естественный вопрос, как из одного полупроводникового материала удаётся получить структуры, обладающие различными свойствами, то есть полупроводник «n” типа и полупроводник «p” типа. Этого удаётся добиться с помощью электрохимического процесса называемого легированием, то есть внесением в полупроводник примесей других металлов, которые и обеспечивают нужный тип проводимости. В электронике используются в основном три полупроводника. Это германий (Ge). кремний (Si) и арсенид галлия (GaAs). Наибольшее распространение получил, конечно, кремний, так как запасы его в земной коре поистине огромны, поэтому стоимость полупроводниковых приборов на основе кремния весьма невысока.

При добавлении в расплав кремния ничтожно малого количества мышьяка (As ) мы получаем полупроводник «n ” типа, а легируя кремний редкоземельным элементом индием (In ), мы получаем полупроводник «p ” типа. Присадок для легирования полупроводниковых материалов достаточно много. Например, внедрение атомов золота в структуру полупроводника увеличивает быстродействие диодов, транзисторов и интегральных схем, а добавление небольшого числа различных примесей в кристалл арсенида галлия определяет цвет свечения светодиода.

Типы диодов и область их применения.

Семейство полупроводниковых диодов очень большое. Внешне они очень похожи за исключением некоторых групп, которые отличаются конструктивно и по ряду параметров. Наиболее распространены следующие модификации полупроводниковых диодов:

Выпрямительные диоды . Предназначены для выпрямления переменного тока.

Стабилитроны . Обеспечивают стабилизацию выходного напряжения.

Диоды Шоттки. Предназначены для работы в импульсных преобразователях и стабилизаторах напряжения. Например, в блоках питания персональных компьютеров.

Импульсные диоды отличаются очень высоким быстродействием и малым временем восстановления. Такие диоды применяются в импульсных блоках питания и в другой импульсной технике. К этой группе можно отнести и туннельные диоды .

СВЧ диоды имеют определённые конструктивные особенности и работают в устройствах на высоких и сверхвысоких частотах.

Диоды Ганна . Предназначены диоды Ганна для генерирования частот до десятков гигагерц.

Лавинно-пролётные диоды генерируют частоты до 180 ГГц.

Фотодиоды имеют миниатюрную линзу и управляются световым излучением. В зависимости от типа могут работать как в инфракрасном, так и в ультрафиолетовом диапазоне спектра.

Светодиоды . Излучают видимый свет практически любой длины волны. Спектр применения очень широк. Рассматриваются как альтернатива электрическим лампам накаливания и других осветительных приборов.

Твердотельный лазер так же представляет собой диод. Предназначен он для записи и считывания информации на оптических дисках. Его можно обнаружить в лазерных считывателях CD/DVD-плееров, а также во всем знакомой лазерной указке. Так как лазер опасен для зрения, будьте внимательны при обращении с ним.

Также стоит отметить, что у каждого типа диодов есть и подгруппы. Так, например, среди выпрямительных диодов есть ультрабыстрые диоды. Могут называться как Ultra-Fast Rectifier . HyperFast Rectifier и т.п. Пример – ультрабыстрый диод с малым падением напряжения STTH6003TV/CW (аналог VS-60CPH03 ). Это узкоспециализированный диод, который применяется, например, в сварочных аппаратах инверторного типа. Диоды Шоттки являются быстродействующими, но не способны выдерживать больших обратных напряжений, поэтому вместо них применяются ультрабыстрые выпрямительные диоды, которые способны выдерживать большие обратные напряжения и огромные прямые токи. При этом быстродействие таких диодов сравнимо с быстродействием диодов Шоттки.

Параметры полупроводниковых диодов.

Параметров у полупроводниковых диодов достаточно много и они определяются функцией, которую диод выполняет в конкретном устройстве. Например, в диодах генерирующих СВЧ колебания очень важным параметром является рабочая частота и та граничная частота, на которой происходит срыв генерации, в то время как для выпрямительных диодов этот параметр совершенно не важен. В импульсных и переключающих диодах важна скорость переключения и время восстановления, то есть скорость полного открытия диода и полного его закрытия. В мощных силовых диодах, важна рассеиваемая мощность, для этого их монтируют на специальные радиаторы, а диоды, работающие в слаботочных устройствах, ни в каких радиаторах не нуждаются.

Но есть параметры, которые считаются важными для всех типов диодов, перечислим их:

U пр. – допустимое напряжение на диоде при протекании через него тока в прямом направлении. Превышать это напряжение не стоит, так как это приведёт к порче диода.

U обр. – допустимое напряжение на диоде в закрытом состоянии. Его ещё называют напряжением пробоя (не путайте с пробивным (пороговым ) напряжением). В закрытом состоянии, когда через «p-n» переход не протекает ток, на выводах диода образуется так называемое обратное напряжение. Если оно превысит допустимое значение для диода, то это приведёт к «пробою» p-n перехода. В результате диод превратиться в обычный проводник (сгорит).

Очень чувствительны к превышению обратного напряжения диоды Шоттки, которые очень часто выходят из строя по этой причине. Обычные диоды более устойчивы к превышению обратного напряжения. При незначительном его превышении диод переходит в режим обратимого пробоя. Если кристалл диода не успевает перегреться из-за чрезмерного выделения тепла, то диод может работать ещё долгое время.

I пр. – прямой ток диода. Это очень важный параметр, который стоит учитывать при замене диодов аналогами или при конструировании самодельных устройств. Величина прямого тока для разных модификаций диодов может достигать величин десятков и сотен ампер. Особо мощные диоды устанавливают на радиатор для отвода тепла, который образуется из-за теплового действия тока. P-N переход в прямом включении также обладает небольшим сопротивлением. На небольших рабочих токах его действие не заметно, но вот при токах в единицы-десятки ампер кристалл диода ощутимо нагревается. Так, например, выпрямительный диодный мост в сварочном инверторном аппарате обязательно устанавливают на радиатор.

I обр. – обратный ток диода. Обратный ток диода – это так называемый ток неосновных носителей. Он образуется, когда диод закрыт. Величина обратного тока очень мала и его в подавляющем числе случаев не учитывают.

U стаб. – напряжение стабилизации (для стабилитронов). Подробнее об этом параметре читайте в статье про стабилитрон.

Кроме того следует иметь в виду, что все эти параметры в технической литературе печатаются и со значком «max ”. Здесь указывается предельно допустимое значение данного параметра. Поэтому подбирая тип диода для вашей конструкции необходимо рассчитывать именно на максимально допустимые величины.

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 p-n перехода.

В отличие от других своих именитых собратьев диод Шоттки не нашёл очень широкого применения в современной электронике. Стабилитрон (диод Зеннера) применяется повсеместно в устройствах электропитания и стабилизации в огромных количествах. Его не менее известный собрат (диод Ганна) способный генерировать гигагерцовые частоты используется как миниатюрный аналог клистрона или магнетрона.

Он расположен в фокусе всех параболических антенн и играет роль первого гетеродина и преобразователя частоты в системах спутникового телевидения, радиотелескопов и системах приёма телеметрической информации космических систем.

Но вернёмся к диоду Шоттки. На принципиальных схемах диод Шоттки изображается вот так.

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

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

Сдвоенный диод – это два диода смонтированных в одном общем корпусе. Выводы катодов или анодов этих диодов объединены. Поэтому сдвоенный диод, как правило, имеет три вывода. В импульсных блоках питания обычно применяются сдвоенные диоды Шоттки с общим катодом.

Так как два диода размещены в одном корпусе и выполнены в едином технологическом процессе, то их параметры очень близки. Поскольку диоды размещены в едином корпусе, то при работе они находятся в одном температурном режиме. Это увеличивает надёжность работы элемента.

У диодов Шоттки есть два положительных качества: весьма малое прямое падение напряжения (0,2-0,4 вольта) и очень высокое быстродействие. К сожалению, такое малое падение напряжения проявляется при приложенном напряжении не более 50-60 вольт. При дальнейшем повышении напряжения диод Шоттки ведёт себя как обычный кремниевый выпрямительный диод. Максимальное обратное напряжение для этих диодов обычно не превышает 250 вольт.

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!

Очень часто в принципиальных схемах сложное графическое изображение катода попросту опускают и изображают диод Шоттки как обычный диод. А тип применяемого диода указывают в спецификации. К недостаткам этих диодов 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 и 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 диоды Шоттки 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. Это диоды 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 Шоттки очень мало. Также достаточно известным диодом Шоттки является 1N5822. Он рассчитан на прямой ток в 3 ампера и выполнен в корпусе DO-201AD.Также на печатных платах можно встретить диоды Шоттки серии SK12 – SK16 для поверхностного монтажа. Диоды для SMD монтажа имеют довольно небольшие размеры. Несмотря на это диоды 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 Шоттки. Чаще используются сдвоенные диоды с общим катодом. Именно применение сдвоенных диодов может считаться признаком высококачественного и технологичного блока питания. Выход из строя диодов Шоттки одна из наиболее часто встречающихся неисправностей в импульсных блоках питания. У диода 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 диодов: 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 мультиметра. Методика проверки такая же, как и при проверке обычного диода. Но и тут есть подводные камни. Особенно трудно проверить «текущий» диод. Прежде всего, сборку или диод необходимо выпаять из схемы для более точной проверки. Достаточно легко определить полностью пробитый диод. На всех пределах измерения сопротивления, неисправный диод покажет в обе стороны бесконечно малое сопротивление, то есть короткое замыкание. 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 обратное сопротивление диода. На пределе «20 кОм» обратное сопротивление диода 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 +3,3V и +5,0V. Где ещё в электронике используются диоды Шоттки? Они ещё применяются 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 эти не слишком востребованные на Земле приборы питают электроэнергией космические аппараты.

Проверка диода цифровым мультиметром

Чтобы определить исправность диода можно воспользоваться приведённой далее методикой проверки полупроводникового диода цифровым мультиметром. Но для начала напомним, что представляет собой полупроводниковый диод. Полупроводниковый диод – это электронный прибор, который обладает свойством однонаправленной проводимости .У диода имеется два вывода. Один называется катодом, он является отрицательным. Другой вывод – анод. Он является положительным. На физическом уровне диод представляет собой один p-n переход. Напомним, что у полупроводниковых приборов p-n переходов может быть несколько. Например, у динистора их три! А полупроводниковый диод, по сути является самым простым электронным прибором на основе одного p-n перехода. Запомним, что рабочие свойства полупроводникового диода проявляются только при прямом включении. Что значит прямое включение? А это означает, что к выводу анода диода подключено положительное напряжение ( + ), а к катоду – отрицательное напряжение, т.е. ( — ). В таком случае диод открывается и через его p-n переход начинает течь ток. При обратном включении, когда к аноду приложен ( — ) напряжения, а к катоду ( + ) диод закрыт и не пропускает ток. И так будет продолжаться до тех пор, пока напряжение на обратно включённом полупроводниковом диоде не достигнет критического, после которого происходит повреждение полупроводникового кристалла. В этом и заключается основное свойство диода – односторонняя проводимость. У подавляющего большинства современных цифровых мультиметров (тестеров) в функционале присутствует возможность проверки полупроводникового диода. Эту функцию, например, можно использовать для проверки транзистора. Обозначается она в виде условного обозначения диода рядом с разметкой многопозиционного переключателя мультиметра. Небольшое примечание! Стоит понимать, что при проверке исправности p-n перехода с помощью режима тестирования диодов, при прямом включении диода на дисплее показывается не сопротивление перехода, а пробивное (или по-другому, пороговое ) напряжение диода! То есть напряжение, при превышении которого p-n переход открывается. Это напряжение лежит в пределах 100 – 800 милливольт (mV). Их то и показывает дисплей прибора. В обратном включении, когда к аноду диода подключен минусовой ( — ) вывод тестера, а к катоду плюсовой ( + ) на дисплее не должно показываться никаких значений. Это свидетельствует о том, что переход исправен и в обратном направлении ток не пропускает.

Проверка диода.

Чтобы было более наглядно, проведём проверку выпрямительного диода 1N5819. Это диод Шоттки. В этом мы скоро убедимся. Производить проверку будем мультитестером Victor VC9805+. Также для удобства применена беспаечная макетная плата. Обращаем внимание, что во время измерения нельзя держать выводы диода и щупов мультиметра двумя руками. Это грубая ошибка. В таком случае мы измеряем не только параметры диода, но и сопротивление своего тела. Это может существенно повлиять на результат проверки. Держать щупы и выводы диода можно только одной рукой! В таком случае в измерительную цепь включен только сам измерительный прибор и проверяемый диод. Данная рекомендация справедлива и при измерении сопротивления резисторов, а также при проверке конденсаторов. Не забывайте об этом важном правиле. Итак, проверим диод в прямом включении. При этом плюсовой щуп ( красный ) мультиметра подключаем к аноду диода. Минусовой щуп (чёрный ) подключаем к катоду диода. На фотографии, показанной ранее, видно, что на цилиндрическом корпусе диода нанесено белое кольцо с одного края. Именно с этой стороны у диода вывод катода. Таким образом маркируется вывод катода у большинства диодов импортного производства. Как видим, на дисплее цифрового мультиметра показалось значение пробивного напряжения диода 1N5819 – 207 милливольт (mV). Теперь проверим диод в обратном включении. Напоминаем, что в обратном включении диод ток не пропускает. Забегая вперёд, отметим, что и в обратном включении диод всё-таки пропускает ток. Это так называемый обратный ток диода (Iобр ). Но он настолько мал, что его не учитывают. Поменяем подключение диода к измерительным щупам мультиметра. Красный щуп подключаем к катоду, а чёрный к аноду. На дисплее покажется «1 » в старшем разряде дисплея. Это свидетельствует о том, что диод не пропускает ток и его сопротивление велико. Таким образом, мы проверили диод 1N5819 и он оказался исправен.

Неисправности диода.

У диода есть две основных неисправности. Это пробой p-n перехода и обрыв p-n перехода. Пробой . При пробое диод превращается в обычный проводник и свободно пропускает ток хоть в прямом направлении, хоть в обратном. При этом, как правило, пищит буззер мультиметра, а на дисплее показывается величина сопротивления диода. Это сопротивление очень мало и составляет несколько ом. Обрыв . При обрыве диод не пропускает ток ни в прямом, ни в обратном включении. В любом случае на дисплее прибора – «1 ». При таком дефекте диод представляет собой изолятор. «Диагноз» — пробой можно случайно поставить и исправному диоду. Особенно легко это сделать, когда щупы тестера порядком изношены и повреждены. Следите за исправностью измерительных щупов, провода у них ох какие «жиденькие» и при частом использовании легко рвутся. Немного о пробивном (пороговом ) напряжении. Вот небольшая подборка, составленная из конкретных диодов и соответствующих им величин пробивного напряжения, которые были получены при тестировании этих диодов мультиметром. Все диоды были предварительно проверены на исправность.

точечный кремниевый диод

Как видим, наименьшее пробивное напряжение у диодов Шоттки 1N5822 и 1N5819. Это отличительная черта диодов Шоттки. При протекании через них тока в прямом направлении на их p-n переходе падает очень малое напряжение. Сказать проще – диод практически не оказывает никакого сопротивления протекающему току и не расходует драгоценные ватты. Противоположенная ситуация у кремниевых диодов. Прямое падение напряжения у них, как правило, не меньше 0,5 вольт, а то и больше. Кремниевые диоды и диоды Шоттки очень активно используются для выпрямления переменного тока. Например, в составе диодного моста. Германиевые диоды имеют прямое падение напряжение равное 300 – 400 милливольт. Например, проверенный нами точечный германиевый диод Д9, который ранее применялся в качестве детектора в радиоприёмниках имеет пробивное напряжение около 400 милливольт.

Диоды Шоттки имеют пробивное напряжение в районе 100 – 250 mV;

У германиевых диодов пробивное напряжение, как правило, равно 300 – 400 mV;

Кремниевые диоды имеют самое большое пробивное напряжение равное 400 – 800 mV.

Таким образом, с помощью описанной методики можно не только определить исправность диода, но и ориентировочно узнать, из какого материала и по какой технологии он изготовлен. Определить это можно по величине пробивного напряжения.

Схема диодного моста

Одной из важных частей электронных приборов питающихся от сети переменного тока 220 вольт является так называемый диодный мост. Диодный мост – это одно из схемотехнических решений, на основе которого выполняется функция выпрямления переменного тока. Как известно, для работы большинства приборов требуется не переменный ток, а постоянный. Поэтому возникает необходимость в выпрямлении переменного тока. Например, в составе блока питания, о котором уже заходила речь на страницах сайта, присутствует однофазный полномостовый выпрямитель – диодный мост. На принципиальной схеме диодный мост изображается следующим образом.

Диодный мост из отдельных диодов S1J37

Схему эту придумал немецкий физик Лео Гретц. поэтому данное схемотехническое решение иногда называют «схема Гретца » или «мост Гретца ». В электронике данная схема применяется в настоящее время повсеместно. С появлением дешёвых полупроводниковых диодов эту схему стали применять всё чаще и чаще. Сейчас ею уже никого не удивишь, но в эпоху радиоламп «мост Гретца» игнорировали, поскольку она требовала применения аж 4 ламповых диодов, которые стоили по тем временам довольно дорого.

Как работает диодный мост?

Пару слов о том, как работает диодный мост. Если на вход диодного моста (обозначен значком «

» ) подать переменный ток . полярность которого меняется с определённой частотой (например, с частотой 50 герц, как в электросети), то на выходе (выводы «+» и «-» ) мы получим ток строго одной полярности . Правда, этот ток будет иметь пульсации. Частота их будет вдвое больше, чем частота переменного тока, который подаётся на вход диодного моста. Таким образом, если на вход диодного моста подать переменный ток электросети (частота 50 герц), то на выходе получим постоянный ток с пульсациями частотой 100 герц. Эти пульсации нежелательны и могут в значительной степени помешать работе электронной схемы. Чтобы «убрать» пульсации необходимо применить фильтр. Простейший фильтр – это электролитический конденсатор достаточно большой ёмкости. Если взглянуть на принципиальные схемы блоков питания, как трансформаторных, так и импульсных, то после диодного моста всегда стоит электролитический конденсатор, который сглаживает пульсации тока.

Диодный мост. Обозначение на схеме.

На принципиальных схемах диодный мост может изображаться по-разному. Взгляните на рисунки ниже – всё это одна и та же схема, но изображена она по-разному. Думаю, теперь взглянув на незнакомую принципиальную схему, вы с лёгкостью найдёте там схему диодного моста.

http://www.junradio.com

Диоды Шоттки

Название

Описание

15TT100 Диод Шотки 100 Вольт, 15 Ампер
16CTT100 Сдвоенный диод Шотки 100 Вольт, 16 Ампер   (2 х 8А)
1N5817 Ограничительный диод Шоттки, 1 Ампер
1N5818 Ограничительный диод Шоттки, 1 Ампер
1N5819 Ограничительный диод Шоттки, 1 Ампер
1N5820 Ограничительный диод Шоттки, 3 Ампера
1N5821 Ограничительный диод Шоттки, 3 Ампера
1N5822 Ограничительный диод Шоттки, 3 Ампера
1PS70SB10 Ограничительный диод Шоттки
1PS70SB14 Сдвоенный ограничительный диод Шоттки
1PS70SB15 Сдвоенный ограничительный диод Шоттки
1PS70SB16 Сдвоенный ограничительный диод Шоттки
1PS70SB40 Диоды Шоттки общего назначения
1PS70SB44 Диоды Шоттки общего назначения
1PS70SB45 Сдвоенные диоды Шоттки с общим катодом
1PS70SB46 Сдвоенные диоды Шоттки с общим анодом
1PS75SB45 Сдвоенные диоды Шоттки с общим катодом
1PS76SB10 Ограничительный диод Шоттки
1PS76SB21 Ограничительный диод Шоттки в корпусе для   поверхностного монтажа
1PS76SB40 Диоды Шоттки общего назначения
1PS76SB70 Диод Шоттки в корпусе для поверхностного   монтажа
1PS79SB10 Ограничительный диод Шоттки
1PS79SB30 Ограничительный диод Шоттки
1PS79SB31 Ограничительный диод Шоттки
1PS79SB40 Диоды Шоттки общего назначения
1PS79SB70 Диод Шоттки в корпусе для поверхностного   монтажа
1PS88SB48 Счетверенные диоды Шоттки с общим катодом
20TT100 Диод Шотки 100 Вольт, 20 Ампер
21TT100 Диод Шотки 100 Вольт, 20 Ампер
30CPT100 Сдвоенный диод Шотки 100 Вольт, 30 Ампер   (2 х 15А)
30CTT045 Сдвоенный диод Шотки 45 Вольт, 30 Ампер   (2 х 15А)
30CTT100 Сдвоенный диод Шотки 100 Вольт, 30 Ампер   (2 х 15А)
30PT100 Диод Шотки 100 Вольт, 30 Ампер
43CTT100 Сдвоенный диод Шотки 100 Вольт, 40 Ампер   (2 х 20А)
60CPT045 Сдвоенный диод Шотки 45 Вольт, 60 Ампер   (2 х 30А)
63CPT100 Сдвоенный диод Шотки 100 Вольт, 60 Ампер   (2 х 30А)
8TT100 Диод Шотки 100 Вольт, 8 Ампер
B0520LW Ограничительный диод Шоттки, малое   падение входного напряжения, 410 мВт
B0520LWF Ограничительный диод Шоттки, малое   падение входного напряжения
B0530W Ограничительный диод Шоттки, малое   падение входного напряжения, 410 мВт
B0530WF Ограничительный диод Шоттки, малое   падение входного напряжения
B0530WS Ограничительный диод Шоттки, малое   падение входного напряжения, 200 мВт
B0540W Ограничительный диод Шоттки, малое   падение входного напряжения, 410 мВт
B0540WF Ограничительный диод Шоттки, малое   падение входного напряжения
B120 Ограничительный диод Шотки в корпусе для   поверхностного монтажа
B130 Ограничительный диод Шотки в корпусе для   поверхностного монтажа
B140 Ограничительный диод Шотки в корпусе для   поверхностного монтажа
B150 Ограничительный диод Шотки в корпусе для   поверхностного монтажа
B160 Ограничительный диод Шотки в корпусе для   поверхностного монтажа
B230LA Ограничительный диод Шотки в корпусе для   поверхностного монтажа

Работа диода Шоттки и его применение

Диод Шоттки представляет собой диод с переходом металл-полупроводник (M-S), который имеет меньшее прямое падение напряжения, чем диод с переходом P-N, и может использоваться в высокоскоростных коммутационных устройствах. Прямое падение напряжения кремниевого диода с P-N переходом составляет 0,7 вольт.

Прямое падение напряжения на диоде Шоттки составляет 0,3 В, аналогично германиевому диоду с P-N переходом. Но германиевые диоды используются редко, потому что скорость переключения германиевых диодов очень мала по сравнению со скоростью переключения диодов Шоттки.

В диоде с P-N переходом проводимость осуществляется через основные носители. Однако, если неосновные носители однажды введены в область, эти носители заряда трудно удалить, и из-за этих накопленных зарядов устройству требуется больше времени, чтобы перейти в выключенное состояние.

Время выключения устройства увеличивается, когда заряды накапливаются в области истощения. Время выключения диода Шоттки намного меньше по сравнению с диодом с PN-переходом, и эта особенность диода Шоттки делает его пригодным для высокочастотного применения.

Диод Шоттки подключен между коллектором и базовым переходом, чтобы предотвратить переход биполярного транзистора в состояние насыщения и улучшить характеристику переключения биполярного транзистора. Семейство логики, использующее эту технологию, называется TTL Шоттки. Символ шокового диода приведен ниже.

Принцип работы диода Шоттки

Диод Шоттки имеет переход металл-полупроводник. В диоде Шоттки такие металлы, как алюминий или платина, заменяют полупроводник P-типа.Полупроводник N-типа действует как катод, а металлическая сторона — как анод диода.

Диод Шоттки назван в честь немецкого физика Вальтера Х. Шоттки. Диод Шоттки также известен как диод с барьером Шоттки, диод с поверхностным барьером, устройство с основными носителями, диод с горячими электронами или диод с горячими носителями. Диоды Шоттки широко используются в радиочастотных (РЧ) приложениях.

Когда металл, такой как алюминий или платина, соединяется с полупроводником N-типа, между металлом и полупроводником N-типа образуется соединение.Этот переход известен как переход металл-полупроводник или переход M-S.

Соединение металл-полупроводник образовало обедненный слой, известный как барьер Шоттки. Диод Шоттки может включаться и выключаться намного быстрее, чем диод с p-n переходом, потому что емкость перехода диода Шоттки очень меньше по сравнению с емкостью перехода диода с p-n переходом.

Кроме того, диод Шоттки производит меньше нежелательных шумов, чем диод с p-n переходом.Эти две характеристики диода Шоттки делают его очень полезным в высокоскоростных силовых цепях переключения.

Падение напряжения на кремниевом PN-переходе составляет от 0,6 до 0,7 вольт, тогда как у диода Шоттки падение напряжения меньше, от 0,2 до 0,3 вольта. Чем меньше падение напряжения на диоде Шоттки, тем выше КПД диода.

Работа диода Шоттки

Свободные электроны из полупроводника n-типа перемещаются из полупроводника n-типа в металл в процессе комбинирования, когда диод Шоттки несмещен.

V-I Характеристики барьерного диода Шоттки

ВАХ диода с барьером Шоттки приведены ниже.

  • Прямое падение напряжения на диоде с барьером Шоттки очень низкое по сравнению с обычным диодом с PN-переходом.
  • Прямое падение напряжения составляет от 0,3 до 0,5 вольт.
  • С увеличением концентрации полупроводников T N-типа прямое падение напряжения увеличивается.
  • ВАХ диода с барьером Шоттки намного круче по сравнению с ВАХ обычного диода с PN-переходом из-за высокой концентрации носителей тока.

Применение диода Шоттки Диоды Шоттки

используются для следующих целей.

  1. Ограничение напряжения и предотвращение насыщения транзисторов
  2. Используется для радиочастотных приложений.

Преимущества диода Шоттки
  • Низкое напряжение включения: Напряжение включения диода составляет от 0,2 до 0,3 В. Для кремниевого диода оно составляет от 0,6 до 0,7 вольта от стандартного кремниевого диода.
  • Быстрое время восстановления: Быстрое время восстановления означает небольшое количество накопленного заряда, которое можно использовать для высокоскоростных коммутационных приложений.
  • Низкая емкость перехода: Занимает очень маленькую площадь, после результата, полученного при точечном контакте провода кремния. Так как уровни емкости очень малы.

 

Подпишитесь на нас и поставьте лайк:

Похожие сообщения

Диоды Шоттки: принцип действия, функции и применение

Диоды Шоттки представляют собой металло-полупроводниковые приборы, изготовленные из драгоценных металлов (золота, серебра, алюминия, платины и др.) A в качестве положительного электрода и полупроводник N-типа B в качестве отрицательного электрода. Диоды Шоттки имеют однонаправленную проводимость и могут преобразовывать переменный ток в импульсный постоянный ток в одном направлении.

Диоды Шоттки названы в честь их изобретателя доктора Шоттки, а SBD — это сокращение от «Диод с барьером Шоттки». SBD изготавливаются не по принципу формирования PN-перехода между полупроводником P-типа и полупроводником N-типа, а изготавливаются по принципу металл-полупроводник, образованный контактом между металлом и полупроводником.Поэтому SBD также называют диодом металл-полупроводник или диодом с поверхностным барьером, который является своего рода диодом с горячим носителем.

Диоды Шоттки представляют собой металло-полупроводниковые приборы, изготовленные из драгоценных металлов (золота, серебра, алюминия, платины и др.) А в качестве положительного электрода и полупроводника N-типа В в качестве отрицательного электрода. Диоды Шоттки имеют однонаправленную проводимость и могут преобразовывать переменный ток в импульсный постоянный ток в одном направлении. Используя характеристики переключения диодов Шоттки, можно составлять различные логические схемы.Диод Шоттки может ограничивать амплитуду сигнала до необходимого диапазона, предотвращая при этом обратный пробой. Диоды Шоттки используют свою однонаправленную проводимость для извлечения низкочастотных или звуковых сигналов из высокочастотных или среднечастотных радиосигналов. Его можно использовать в высокочастотных цепях для автоматической настройки, частотной модуляции и выравнивания. Например, в телевизорах диод Шоттки используется в контуре настройки приемника в качестве переменного конденсатора. Диоды Шоттки могут использоваться как вентили И или вентили ИЛИ, а также могут применяться в двойных источниках питания.

Каталог

 

I Принцип работы диодов Шоттки

Диоды Шоттки представляют собой металло-полупроводниковые приборы из драгоценных металлов (золото, серебро, алюминий, платина и т. д.) A в качестве положительного электрода, N- полупроводник типа B в качестве отрицательного электрода. А потенциальный барьер, образованный на контактной поверхности, имеет выпрямляющие характеристики. Поскольку в полупроводнике N-типа имеется большое количество электронов, а в драгоценном металле лишь небольшое количество свободных электронов, электроны диффундируют от высокой концентрации В к низкой концентрации А.Очевидно, что в металле А нет дырок, поэтому нет диффузионного движения дырок из А в В. По мере того как электроны продолжают диффундировать из В в А, концентрация электронов на поверхности В постепенно уменьшается. При этом нейтральность поверхности нарушается, поэтому формируется потенциальный барьер, направление электрического поля которого равно B → А. Однако под действием этого электрического поля электроны в А также будут дрейфовать из А → B, тем самым ослабляя электрическое поле, образованное диффузионным движением.После установления области пространственного заряда определенной ширины дрейфовое движение электронов, вызванное электрическим полем, и диффузионное движение электронов, вызванное различными концентрациями, достигают относительного равновесия, образуя барьер Шоттки.

Структура внутренней схемы типичного выпрямителя Шоттки основана на полупроводнике N-типа , и на нем сформирован N-эпитаксиальный слой с использованием мышьяка в качестве легирующей примеси. Анод использует такой материал, как молибден или алюминий, для создания барьерного слоя. Диоксид кремния (SiO2) используется для устранения электрического поля в краевой зоне и повышения стойкости трубки к напряжению. Подложка N-типа имеет небольшое сопротивление в открытом состоянии, а концентрация легирования в ней на 100% выше, чем у Н-слоя. Под подложкой формируется катодный слой N+, роль которого заключается в снижении контактного сопротивления катода. Путем регулировки структурных параметров между подложкой N-типа и металлом анода формируется барьер Шоттки , как показано на рисунке.При прямом смещении через барьер Шоттки (металл анода подключен к положительному электроду источника питания, а подложка N-типа подключена к отрицательному электроду источника питания) слой барьера Шоттки сужается и его внутреннее сопротивление становится меньше; в противном случае, если к обоим концам барьера Шоттки приложено обратное смещение, слой барьера Шоттки становится шире, а его внутреннее сопротивление становится больше.

Рисунок 1.Структура внутренней схемы диода Шоттки

Таким образом, структурный принцип выпрямителей Шоттки сильно отличается от принципа работы выпрямителей с PN-переходом. Обычно выпрямители с PN-переходом называются выпрямителями с переходом, а выпрямители типа металл-полупроводник называются выпрямителями Шоттки. Также были представлены алюминиево-кремниевые диоды Шоттки, изготовленные с использованием планарного кремниевого процесса, который не только экономит драгоценные металлы, значительно снижает затраты, но и улучшает согласованность параметров.

II Функции диодов Шоттки

1. Выпрямление

Благодаря однонаправленной проводимости диодов Шоттки переменные токи переменного направления могут быть преобразованы в импульсные постоянные токи в одном направлении.

В цепи ток может течь только от положительного полюса диода Шоттки и течь от отрицательного полюса. Носители в P-области — дырки, а носители в N-области — электроны.Между P-областью и N-областью образуется определенный потенциальный барьер. Когда приложенное напряжение делает P-область положительной по отношению к N-области, потенциальный барьер уменьшается, и вблизи обеих сторон потенциального барьера генерируются накопительные носители. Цепь может пропускать большой ток и иметь низкое падение напряжения (обычно 0,7 В), что называется состоянием пересылки. Когда добавляется противоположное напряжение и увеличивается барьер, течет небольшой обратный ток утечки, и мы называем это состоянием обратной блокировки.

Диоды Шоттки в основном используются в различных схемах низкочастотных однополупериодных выпрямителей и двухполупериодных выпрямителях. Мост выпрямителя заключает трубку выпрямителя в оболочку, которая делится на полный мост и полумост. Полный мост представляет собой пакет из четырех диодов Шоттки, подключенных к схеме мостового выпрямителя. Полумост предназначен для герметизации половинок четырех диодных мостовых выпрямителей Шоттки вместе. Два моста можно использовать для формирования схемы мостового выпрямителя, а один полумост также можно использовать для формирования схемы двухполупериодного выпрямителя с центральным отводом на трансформаторе.Во время каждого рабочего цикла моста одновременно работают только два диода Шоттки. Благодаря функции односторонней проводимости диодов Шоттки переменный ток преобразуется в однонаправленное пульсирующее постоянное напряжение.

Рисунок 2. Выпрямитель

2.  Переключатель

Диоды Шоттки’ сопротивление под действием пускового напряжения очень мало и они находятся во включенном состоянии, что эквивалентно включенному выключателю; под действием обратного напряжения их сопротивление очень велико, и они находятся в выключенном состоянии, как выключатель.Используя характеристики переключения диодов Шоттки, можно составлять различные логические схемы. Поскольку диод Шоттки имеет характеристику однонаправленной проводимости, PN-переход включается при положительном смещении. Сопротивление во включенном состоянии очень мало, примерно от десятков до сотен Ом. При обратном смещении он находится в выключенном состоянии, поэтому его сопротивление очень велико. Как правило, кремниевые диоды Шоттки имеют сопротивление выше 10 мегаом, а германиевые лампы также имеют сопротивление от десятков тысяч до сотен тысяч ом.Благодаря этой функции диод Шоттки будет играть роль в контроле включения или выключения тока в цепи и станет идеальным электронным переключателем.

Рисунок 3. Схема переключения 1

Самая простая схема переключения показана на рисунке. В этой схеме два конца диода подключены к Vcc и GND через резистор соответственно. Диод находится в обратно смещенном состоянии и не проводит. Напряжение переменного тока, подаваемое через точку C1, не может пройти через диод, а компоненты переменного тока не могут быть обнаружены после точки C2.

Рисунок 4. Схема переключателя 2

На этом рисунке подключение диода противоположно предыдущему рисунку. Диод в состоянии прямой проводимости может заставить сигнал переменного тока, приложенный к точке C1, пройти через диод и появиться на выходе C2. Это состояние, когда диод включен, и мы также можем назвать его состоянием переключателя «включено».

Это простейшая схема, которая регулирует состояние включения диода Шоттки через состояние смещения постоянного тока.Для того, чтобы добиться контроля сигнала переменного тока. В практическом процессе мы следим за тем, чтобы уровень одной стороны не изменился, и регулируем уровень другой стороны, чтобы контролировать проводимость диода. В радиочастотных схемах в этой конструкции часто добавляются меры для предотвращения смешивания радиочастотных компонентов с логическими линиями / линиями питания на линии, которая обеспечивает смещение для уменьшения помех, но в целом эта конструкция все еще очень распространена.

3.  Ограничитель амплитуды

Так называемый ограничительный диод Шоттки предназначен для ограничения амплитуды сигнала в требуемом диапазоне.Поскольку схемы, которые обычно требуют ограничения, представляют собой в основном схемы высокочастотных импульсов, схемы высокочастотных несущих, схемы усилителей высокочастотных сигналов и схемы высокочастотной модуляции, ограничительные диоды Шоттки должны иметь крутые характеристики UI, чтобы они хорошая коммутационная способность.

Амплитудно-ограничивающие характеристики диода Шоттки: 1. В основном используется для средних, высоких частот и аудиоцепей; 2. Высокая скорость включения и короткое время восстановления; 3.Стабильное падение напряжения на диоде при положительном смещении; 4. Он может быть реализован последовательно и параллельно и ограничивает амплитуду во всех направлениях и значениях; 5. Температурная компенсация может быть достигнута при ограничении.

После включения диода Шоттки в прямом направлении его прямое падение напряжения практически не меняется (0,7В для кремниевых ламп и 0,3В для германиевых). С помощью этой функции, как ограничивающего элемента в схеме, амплитуда сигнала может быть ограничена определенным диапазоном.

4. Свободный ход

Диоды Шоттки подключены параллельно на обоих концах линии. Когда ток, протекающий в катушке, исчезает, индуцированная электродвижущая сила, создаваемая катушкой, расходуется на работу, производимую диодом и катушкой. Это защищает безопасность других компонентов в цепи. В цепи два конца реле или катушки индуктивности соединены встречно-параллельно. Когда индуктор выключен, электродвижущая сила на обоих концах не исчезает сразу.В это время остаточная электродвижущая сила высвобождается через диод Шоттки. Обратные диоды используются в катушках индуктивности, реле и тиристорных схемах для предотвращения обратного пробоя.

Рисунок 5. Цепь обратных диодов

Свободные диоды должны быть подключены к обоим концам катушки реле и интерфейсу электромагнитного клапана в цепи. Способ подключения показан на рисунке выше. Отрицательный полюс диода Шоттки соединен с положительным полюсом катушки, а положительный полюс диода Шоттки соединен с отрицательным полюсом катушки.Однако вы должны четко понимать, что диод свободного хода не использует характеристику устойчивости к обратному напряжению диода Шоттки, а использует характеристику однонаправленной прямой проводимости диода Шоттки.

5.  Обнаружение

Обнаружение (также называемое демодуляцией) Диоды Шоттки используют свою однонаправленную проводимость для извлечения низкочастотных или звуковых сигналов из высокочастотных или среднечастотных радиосигналов. Они широко используются в полупроводниковых радиоприемниках, кассетных магнитолах, телевизорах и средствах связи.В малосигнальной схеме устройства его рабочая частота высока, а амплитуда обрабатываемого сигнала слаба.

Детектор Диоды Шоттки используются в электронных схемах для обнаружения низкочастотных сигналов (например, аудиосигналов), модулированных высокочастотными электромагнитными волнами. Как правило, в схеме обнаружения высоких частот используется германиевый диод обнаружения с точечным контактом. Его емкость перехода мала, обратный ток мал, а рабочая частота высока.

Рисунок 6. Демодуляция

6. Переменная емкость pN-переход смещен в обратном направлении. При увеличении обратного напряжения смещения емкость перехода уменьшается, и, наоборот, емкость варакторного диода Шоттки, как правило, мала. Максимальное значение составляет от десятков пикофарад до сотен пикофарад.Соотношение максимальной емкости и минимальной емкости составляет примерно 5:1. Применяется в основном в высокочастотных цепях для автоматической настройки, частотной модуляции и выравнивания, например, в качестве переменного конденсатора в контуре настройки телевизионного приемника.

При подаче напряжения прямого смещения генерируется большой ток, область истощения PN-перехода (положительного и отрицательного электродов) сужается, емкость увеличивается и создается эффект диффузионной емкости; при приложении обратного напряжения смещения возникает эффект переходной емкости.Однако из-за тока утечки, генерируемого при прямом смещении, в приложении применяется обратное смещение.

III Применение диодов Шоттки в цифровых схемах

1. Диод Шоттки для двойного питания

В настоящее время в электронной конструкции с основным контроллером в основном используются часы реального времени (RTC). RTC нуждается в дополнительной батарейке-таблетке для подачи питания, чтобы предотвратить потерю информации о времени после выключения системы.В то же время, после запуска системы, чтобы продлить срок службы батареи, часто включается питание основной системы. Поэтому для часов реального времени часто требуются двойные источники питания, а диоды могут обеспечить изоляцию питания благодаря их однонаправленной проводимости. Взяв в качестве примера малосигнальный диод Шоттки BAT54C, максимальное прямое падение напряжения составляет всего 0,24 В (при прямом токе 0,1 мА), а потребление тока RTC также находится на уровне ua. После добавления изолированного источника питания с диодом Шоттки он также может полностью соответствовать требованиям.

Рисунок 7. Диод Шоттки, применяемый для двойного питания

2. Диоды Шоттки, используемые в качестве логического элемента И

Как показано на рисунке ниже, n диодов Шоттки образуют n-входной логический элемент И. Пока в A1 ~ An есть выходной сигнал логического 0, выход является логическим 0. Только все сигналы в A1 ~ An выходная логическая 1 и выход могут быть логической 1. То есть реализуется И сигналов A1 ~ An. . Поскольку в цифровой схеме каскад ввода сигнала микросхемы в основном имеет высокое сопротивление, общий ток схемы И, состоящей из диодов Шоттки, равен ua.Падение напряжения на диоде Шоттки чрезвычайно мало, а пинг по-прежнему соответствует проектным требованиям.

Рисунок 8. Диоды Шоттки, используемые в качестве вентиля И

3.  Диоды Шоттки, используемые в качестве вентиля ИЛИ Пока на выходе A1 ~ An есть выходной сигнал логической 1, на выходе будет логическая 1. Только все сигналы на выходе A1 ~ An будут равны логическому 0, на выходе может быть логический 0.То есть реализуется фазовое ИЛИ сигналов A1 ~ An.

Рисунок 9. Диоды Шоттки, используемые в качестве вентилей ИЛИ

4. Примеры применения диодов Шоттки

сигналы. Если вы напрямую используете логические микросхемы, такие как серия 74, не только значительно увеличивается площадь макета, но и проводка не является гибкой. А использование слабосигнальных диодов Шоттки для формирования схем затвора И и ИЛИ будет более гибким и простым в использовании.На рисунке ниже показана простая двусторонняя схема сброса. JTAG должен сбросить главный контроллер, чтобы сгенерировать сигнал сброса, и внешний ключ сброса должен сбрасываться при нажатии главного контроллера. Если сброс JTAG и сброс ключа подключены непосредственно к контакту сброса хост-контроллера, это может привести к повреждению эмулятора JTAG. Например, когда нажата клавиша сброса, выходной контакт сброса JTAG будет непосредственно низким. А через диод Шоттки BAT54A образует фазу и цепь, каждый выходной сигнал не будет влиять друг на друга.Как показано на рисунке ниже, пока JTAG выводит логику 0 или сброс ключа выводит логику 0, главный контроллер может быть сброшен. Рисунок 10. Простая двухсторонняя схема сброса для обнаружения и микширования на высоких частотах. Диоды Шоттки используются в качестве ограничителей в быстродействующих логических схемах.Диоды Шоттки также широко используются в ИС и широко используются в высокоскоростных компьютерах. В дополнение к характеристикам обычных диодов с PN-переходом электрические параметры диодов Шоттки для обнаружения и смешивания также включают импеданс промежуточной частоты, который относится к импедансу, представленному диодом Шоттки на указанной промежуточной частоте при номинальной мощности гетеродина. .

также известен как диод с горячим носителем, состоящий из перехода полупроводник-металл, а не полупроводникового перехода p-n.Он широко используется для радиочастотных и радиочастотных приложений в качестве смесителя или детекторного диода. В наших предыдущих статьях мы рассказывали о стабилитроне , светоизлучающем диоде , фотодиоде и т. д. В этой статье мы подробно объясним работу диода Шоттки , конструкцию и факторы и т. д.

Он был назван в честь немецкого физика Вальтера Х. Шоттки, барьер означает барьер потенциальной энергии для электронов на стыке.Этот диод имеет низкое прямое падение напряжения, обычно от 0,15 до 0,45 В, и очень высокую скорость переключения. Благодаря этому свойству он также используется в силовых приложениях в качестве выпрямителя.

Конструкция диода Шоттки:

В этом диоде соединение, образованное между металлом и полупроводником , создает барьер Шоттки, т.е. металлическая сторона действует как анод, а полупроводник n-типа действует как катод. Выбор комбинации металла и полупроводника определяет прямое напряжение диода.И n-тип, и полупроводник p-типа могут образовывать барьеры Шоттки, но полупроводник p-типа имеет гораздо более низкое прямое напряжение по сравнению с полупроводником n-типа. Как известно, прямое напряжение обратно пропорционально току утечки, т.е. если прямое напряжение меньше, чем обратный ток утечки, то это нежелательно. Вот почему мы используем в этом диоде полупроводниковый материал n-типа. Типичными металлами, используемыми в конструкции диода с барьером Чоттки S , являются платина, хром или вольфрам, силицид палладия, молибден, силицид платины, золото и т. д.

Обозначение диода Шоттки:

Как показано на принципиальной схеме выше, это устройство с двумя выводами; анод и катод. Металлическая сторона действует как анод, а полупроводниковая сторона n-типа действует как катод. Символ цепи похож на треугольник, упирающийся в линию, т. е. клемма, входящая в плоский край треугольника, представляет собой анод. В целях защиты металлический слой окружен слоем золота или серебра.

Диод Шоттки Рабочий:        Схема диода Шоттки

Как показано на рисунке выше, напряжение подается на диод Шоттки таким образом, что металл положителен по отношению к полупроводнику.Это униполярное устройство, потому что оно имеет 90 003 электрона, 90 004 которых являются основными носителями по обе стороны от перехода. Когда эти двое соприкасаются, электроны начинают течь в обоих направлениях через границу раздела металл-полупроводник. Следовательно, вблизи перехода отсутствуют формы обедненной области, т.е. отсутствует значительный ток от металла к полупроводнику при обратном смещении. Из-за времени электронно-дырочной рекомбинации задержка, присутствующая в переходных диодах, отсутствует. Полупроводники N-типа обладают более высокой потенциальной энергией по сравнению с электронами металлов.Напряжение, возникающее на диоде, противодействует встроенному потенциалу и облегчает протекание тока.

Характеристики диода Шоттки:

ВАХ диода Шоттки аналогична характеристике диода с p-n переходом , за исключением прямого падения напряжения. Прямое падение напряжения на диоде с барьером Шоттки меньше, чем на диоде с p-n переходом.      Диод Шоттки VI характеристики

Как показано на рисунке выше, ток растет экспоненциально с увеличением напряжения в прямом направлении, имеющем колено или поворот при напряжении около 0.2В. В обратном направлении уровень обратного тока выше, чем при использовании обычного p-n перехода . Из-за высокой концентрации носителей тока VI характеристики этого диода более крутые по сравнению с обычным диодом. В этом диоде прямое падение напряжения увеличивается с увеличением концентрации легирования полупроводника n-типа.

Коэффициенты диодов Шоттки:

Прежде чем выбрать диод Шоттки для своей работы, разработчики всегда учитывают рабочие требования диодов , потому что каждый диод работает в определенных условиях эксплуатации.Следующие важные факторы:

(i) Запас рабочей температуры: Чтобы сохранить безопасный запас температуры перехода от теплового разгона, максимальная рабочая температура перехода диода Шоттки должна быть меньше максимальной номинальной температуры перехода в техпаспорт.

(ii) Температура радиатора: Всегда используйте отдельные радиаторы для других компонентов, соединенных последовательно или параллельно с диодом Шоттки, поскольку более высокий класс Tjmax Шоттки допускает более высокую температуру радиатора.Эта температура может быть слишком высокой для других компонентов на том же радиаторе.

(iii) Высокая температура окружающей среды: Когда мы выбираем диод Шоттки с высоким номинальным значением Tjmax, при повышении температуры окружающей среды размер радиатора уменьшается.

(iv) Вариант класса Tjmax: Более низкий класс Tjmax Шоттки является лучшим выбором, но если минимизация размера радиатора более важна, чем минимизация потерь энергии, то лучшим выбором является более высокий класс Tjmax Шоттки.

Диод Шоттки Области применения:

Диоды Шоттки специально разработаны для различных целей. Ниже приведены его области применения:

  • В цепях приложений высокой мощности он используется в качестве выпрямителей.
  • Эти диоды часто используются в качестве ограничителей насыщения на транзисторах.
  • В радиочастотных приложениях он используется в качестве детекторного диода смесителя.
  • В цепях GaAs эти диоды играют жизненно важную роль.
  • Используется в автономной фотоэлектрической системе для предотвращения разряда батарей через солнечные панели в ночное время, а также в системе, подключенной к сети.
  • Используется для ограничения напряжения.
  • Применяется в биполярных транзисторах ТТЛ на базе 74LS (маломощный Шоттки) и 74S (Шоттки) семейств логических схем.

Надеюсь, вам понравилась эта статья. Для любых предложений, пожалуйста, прокомментируйте ниже. Мы всегда ценим ваши предложения.

Что такое диод Шоттки? — Конструкция, работа и применение

Определение: Диод Шоттки представляет собой переход металл-полупроводник , в котором не накапливаются носители заряда на переходе, поскольку он не имеет обедненного слоя .Он находит свое применение там, где необходимо быстрое переключение .

Значение диода Шоттки: Когда диод с P-N переходом смещен в прямом направлении, он начинает проводить, но когда он смещен в обратном направлении, он прекращает проводимость. Но этот переход от проводимости к изоляции не происходит мгновенно. Диоду требуется некоторое время, чтобы достичь устойчивого состояния отсутствия проводимости, когда он смещен в обратном направлении.

Это происходит потому, что при прямом смещении носители заряда перемещаются поперек перехода, а при внезапном обратном смещении часть носителей заряда все еще находится в переходе, но еще не рекомбинировала.

Таким образом, это явление называется накоплением заряда. Из-за этого накопительному диоду требуется время на переключение. Время, необходимое диоду для достижения устойчивого состояния отсутствия проводимости при обратном смещении, называется временем обратного восстановления. Эффект обратного времени восстановления незначителен на частотах ниже 10 МГц, , но на высоких частотах этот эффект значителен.

Для устранения этой проблемы был сконструирован диод Шоттки. Как этот диод Шоттки решает эту проблему.Вы можете понять это с помощью его построения и работы.

Конструкция диода Шоттки

Состоит из металла и полупроводника. Используется такой металл, как золото, серебро, молибден, вольфрам или платина. И используется полупроводник N-типа . Обычно галлий используется в качестве полупроводника для диода Шоттки. Хотя кремний можно использовать для работы на низких частотах.

Различные материалы, используемые в конструкции, приводят к различным характеристикам полученного диода Шоттки.

Рабочий диод Шоттки

Металлы имеют электрона в качестве основных носителей , а полупроводники N-типа также имеют электроны в качестве основных носителей заряда. Таким образом, когда переход металл-полупроводник несмещен, ток в диоде не течет. Это связано с тем, что электроны в области N-типа не обладают достаточной энергией для перехода от перехода N-типа к металлу. Но когда переход смещен в прямом направлении, электроны приобретают энергию для пересечения барьера.

Горячий несущий диод

Этот барьер называется Барьер Шоттки. Электроны, переходящие из N-типа в металлы, называются горячими носителями . Они называются так потому, что когда переход смещен в прямом направлении, электроны приобретают значительное количество энергии. И они входят в металлическое соединение с такой высокой величиной энергии. Вот почему диод также называют диодом с горячей несущей .

Самое лучшее в диоде Шоттки — его способность к быстрому переключению . В случае диода Шоттки обедненный слой не играет роли, поэтому он обладает более быстрым переключением, чем диод с P-N-переходом. В металлах и полупроводниках N-типа основными носителями заряда являются электроны.

Таким образом, весь ток приходится на сухогрузы. Отверстий нет, значит, нет и слоя истощения. Таким образом, на стыке имеется беззарядных накопителей .

Благодаря отсутствию накопления заряда диод Шоттки можно легко переключить с прямого смещения на обратное.P-n-переход является биполярным, потому что он состоит как из электронов, так и из дырок в качестве основных носителей, но диод Шоттки является униполярным, потому что он включает только один носитель заряда, то есть электрон.

Барьерный потенциал диода Шоттки находится в диапазоне 0,2-0,25 В , что намного ниже, чем барьерный потенциал кремния 0,7 В. Причиной такого низкого барьерного потенциала опять же является отсутствие обедненного слоя.

Таким образом, при обратном смещении диода значительный ток не течет от металла к полупроводнику.Таким образом, ток протекает только в случае прямого смещения перехода металл-полупроводник.

Вольт-амперные характеристики диода Шоттки

Из его ВАХ видно, что ток начинает увеличиваться при очень низком прямом напряжении. В то время как в случае P-N перехода этот ток начинает увеличиваться после обеспечения достаточно высокого прямого напряжения. Точно так же обратное напряжение, при котором ток начинает увеличиваться, также мало в случае диода Шоттки. Таким образом, его обратное напряжение пробоя также невелико.

Преимущества диода Шоттки

  1. Обладает высокой скоростью переключения.
  2. Из-за высокой скорости переключения его время обратного восстановления очень меньше по сравнению с другими биполярными диодами.
  3. Величина прямого напряжения у этого диода также минимальна по сравнению с другими биполярными диодами.

Недостатки диода Шоттки

  1. Обладает значительным значением тока утечки .
  2. Обратное напряжение пробоя этих диодов очень мало. Таким образом, даже небольшое количество обратного напряжения может повредить его.

Применение диода Шоттки

  1. Используется как Schottky TTL в цифровых устройствах, так как эти устройства требуют быстрого переключения.
  2. Диод Шоттки является наиболее важным компонентом для цифровых компьютеров, , так как производительность цифровых компьютеров определяется скоростью переключения диодов.

Преимущества, недостатки и области применения диода Шоттки. Благодаря быстрому переключению он используется в схемах ТТЛ.

Диоды Шоттки — работа, конструкция и применение

Диод представляет собой двухконтактное устройство, которое действует как односторонний переключатель. Диод Шоттки представляет собой диод металл-полупроводник, известный очень низким прямым напряжением, в котором металл образует анод, а полупроводник n-типа действует как катод.

Диод назван в честь немецкого физика Вальтера Х.Шоттки. Его также называют диодом с барьером Шоттки, диодом с поверхностным барьером, низковольтным диодом, диодом с горячими электронами, диодом с основным носителем и диодом с горячими носителями. Наиболее поразительной особенностью диода Шоттки является его низкое прямое напряжение в диапазоне от 150 мВ до 450 мВ. Низкое прямое напряжение делает диод Шоттки очень быстродействующим переключающим устройством.

Примеры диода Шоттки

Конструкция диода Шоттки
Диод Шоттки состоит из соединения металлического электрода со слабо легированным полупроводником n-типа.Из-за перехода металл-полупроводник диод Шоттки не имеет области обеднения. Материал n-типа должен быть слегка легирован; в противном случае устройство не сможет работать как выпрямитель. В диоде Шоттки ток течет за счет основных носителей заряда, то есть электронов при прямом смещении. При обратном смещении проведение обратного тока насыщения сразу прекращается, так как отсутствуют неосновные носители заряда, т. е. дырки в конструкции диода Шоттки.

Самая простая конструкция диода Шоттки представляет собой точечный контакт между металлической проволокой и слегка легированным полупроводниковым материалом n-типа.Этот тип конструкции прост, но не очень надежен. Другой распространенный метод производства — использование вакуума для осаждения металла на полупроводниковый материал n-типа. Во-первых, поверхность полупроводника защищена оксидным кольцом. Затем металл наносится на поверхность полупроводника с помощью вакуумной техники. Оксидное кольцо предотвращает отрыв поверхности металла от полупроводника за счет электрических полей, возникающих в условиях обратного смещения. Наиболее распространенным металлом, используемым в конструкции диодов Шоттки, является силицид.Известно, что силицид имеет очень низкое омическое сопротивление, что делает его наиболее предпочтительным металлом для диодов Шоттки. Другими металлами, которые могут быть использованы при изготовлении диода Шоттки, являются алюминий и платина. Выбор металла и уровень легирования материала n-типа играют важную роль в определении прямого напряжения диода.

Конструкция диода Шоттки

Обозначение диода Шоттки
Шоттки представляет собой диод металл-полупроводник. Он представлен следующим символом цепи.

Условное обозначение диода Шоттки

ВАХ диода Шоттки
Вольтамперные характеристики диода Шоттки показаны на графике ниже.

График, показывающий характеристики VI диода Шоттки по сравнению с диодом PN и диодом с точечным контактом.

В прямом направлении вы можете заметить, что напряжение колена диода Шоттки меньше, чем у типичного диода с PN-переходом. Прямое напряжение типичного диода с PN-переходом находится в диапазоне от 300 мВ до 900 мВ.В случае диода Шоттки прямое напряжение находится в диапазоне от 150 мВ до 450 мВ. Германиевый диод имеет прямое напряжение 300 мВ, но он все же не такой быстродействующий, как диод Шоттки. Во-вторых, вольтамперная кривая диода с PN-переходом нелинейна, демонстрируя экспоненциальный рост тока за пределами напряжения колена. Из-за перехода металл-полупроводник в диоде Шоттки кривая ВАХ в области прямого смещения несколько линейна. Если кривая VI диода Шоттки становится почти линейной, то вместо этого он считается омическим контактом металл-полупроводник.

В области обратного смещения видно, что диод Шоттки проводит гораздо больший обратный ток насыщения. Обратный ток в диоде Шоттки возникает не из-за неосновных носителей заряда; вместо этого он только способствует электронному току. Опять же, можно заметить, что обратное напряжение пробоя диода Шоттки меньше, чем у диода с PN-переходом.

Работа диода Шоттки
Диод Шоттки представляет собой переход металл-полупроводник.Переход металл-полупроводник считается диодом Шоттки, если он обладает выпрямляющими свойствами. Такой переход образуется только при слабом легировании материала n-типа. Переход, образованный сильнолегированным полупроводником n-типа, не имеет функции выпрямления и служит омическим контактом благодаря линейной ВАХ. Хотя переход металл-полупроводник практически не имеет четко выраженной области обеднения, он все же имеет потенциальный барьер для большинства носителей заряда в точке перехода.Это называется барьером Шоттки. Важна высота барьера Шоттки. Переход металл-полупроводник осуществляет выпрямление только при достаточной высоте барьера Шоттки. Высокий барьер Шоттки делает вольтамперный выход нелинейным.

Работа выхода, т. е. энергия, необходимая для отрыва электрона от иона, полупроводника n-типа и металла различна. Электроны в полупроводниках n-типа обладают большей потенциальной энергией, чем свободные электроны в металле.Разница в работе выхода металла и полупроводника равна высоте барьера Шоттки, препятствующего любому движению электронов из полупроводника в металл. Поскольку в диоде Шоттки нет полупроводника P-типа, дырки не являются основными носителями заряда.

В несмещенных условиях, когда металл и полупроводник соединены, электроны в полупроводниках n-типа перемещаются из материала n-типа в сторону металла, поскольку они имеют более высокую потенциальную энергию. Они оставляют после себя положительные ионы на полупроводниковой стороне перехода.В металле уже много свободных электронов. Электроны, проходящие через материал n-типа, создают отрицательные ионы на металлической стороне перехода. Это создает потенциальный барьер на переходе металл-полупроводник, называемый барьером Шоттки. Поскольку в металле уже есть много свободных электронов, влияние этого потенциального барьера проявляется только на полупроводниковой стороне. Барьер препятствует дальнейшему движению электронов из материала n-типа в сторону металла. Перенос электронов также изгибает энергетические уровни на стыке.

Когда металлическая сторона (анод) подключена к положительной клемме, а полупроводниковая сторона (катод) подключена к отрицательной стороне батареи или источника напряжения, диод смещен в прямом направлении. Прямое напряжение увеличивает кинетическую энергию электронов в материале n-типа. Однако эти электроны не могут перейти на сторону металла, пока не наберут достаточно кинетической энергии для преодоления барьера Шоттки. Когда прямое напряжение увеличивается и электроны в материале n-типа получают кинетическую энергию выше, чем барьер Шоттки, барьер уменьшается.Ток через диод начинает расти экспоненциально. Поскольку барьер Шоттки крошечный по сравнению с потенциальным барьером в типичном диоде с PN-переходом, ток начинает расти экспоненциально, как только прямое напряжение увеличивается на 150–300 мВ.

Когда металлическая сторона (анод) подключена к отрицательной клемме, а полупроводниковая сторона (катод) подключена к положительной стороне батареи или источника напряжения, диод смещен в обратном направлении. Обратное напряжение смещения увеличивает барьер Шоттки, и через переход металл-полупроводник может пройти небольшое количество электронов.Небольшой ток протекает через диод из-за свободных электронов на металлической стороне. На металлической стороне много свободных электронов; обратный ток через диод Шоттки выше, чем в обычном диоде с PN-переходом. При увеличении обратного напряжения диод Шоттки также испытывает лавинный пробой, аналогичный диоду с PN-переходом. Поскольку количество свободных электронов выше на металлической стороне, пробой достигается при меньшем обратном напряжении, чем у типичного диода с PN-переходом.

Следует отметить, что диод Шоттки является униполярным устройством, а диод с PN-переходом — биполярным устройством.Ток течет через диод Шоттки только за счет электронов. В то время как в диоде с PN-переходом ток через диод протекает за счет электронов и дырок. Дырки полностью отсутствуют в диоде Шоттки.

Характеристики диода Шоттки
Следующие характеристики следует указывать в техническом описании любого диода Шоттки.

  1. Прямое напряжение : Это прямое напряжение смещения, при котором ток через диод начинает расти экспоненциально.Обычно это значение составляет от 150 мВ до 450 мВ для всех диодов Шоттки.
  2. Емкость : Это емкость диода, показанная Шоттки. Он находится в диапазоне пикофарад. В эквивалентной модели диода Шоттки конденсатор необходимо заменить конденсатором с таким же значением емкости.
  3. Обратный ток утечки : Это типичное значение обратного тока при приложении обратного напряжения. Он указан для данной температуры. Обратный ток утечки увеличивается с повышением температуры.
  4. Обратное напряжение пробоя : Это пиковое обратное напряжение, при котором происходит пробой диода Шоттки при обратном смещении.
  5. Время обратного восстановления : Время переключения, необходимое диоду Шоттки для перехода между состояниями ВКЛ и ВЫКЛ. Обычно это пикосекунды или наносекунды.
  6. Рабочая температура : Рабочая температура, которую может выдержать переход металл-полупроводник.

Диод Шоттки и диод ШотткиДиод с PN-переходом
Диод Шоттки представляет собой униполярное устройство, в котором ток полностью определяется электронами. Многие отличия отличают диод Шоттки от типичного диода с PN-переходом (слабосигнальные или выпрямительные диоды). Диод Шоттки построен путем соединения металла с полупроводником n-типа, а диод с PN-переходом построен путем соединения полупроводников P-типа и N-типа. Диод с PN-переходом представляет собой биполярное устройство, в котором ток течет за счет электронов и дырок. Прямое напряжение колена диода Шоттки намного меньше, чем у диода с PN-переходом, а время обратного восстановления и потери при обратном восстановлении также короче.Это делает диод Шоттки высокоскоростным коммутационным устройством по сравнению с типичным диодом с PN-переходом. Вот почему диод, используемый в конструкциях логических схем, обычно является диодом Шоттки.

Преимущества диода Шоттки
Диод Шоттки имеет много преимуществ по сравнению с диодом с PN-переходом. У него очень низкое напряжение включения. Напряжение включения типичного диода с PN-переходом составляет 300–900 мВ, в то время как напряжение включения диода Шоттки составляет всего 150–300 мВ. Диод Шоттки практически не имеет области обеднения, поэтому он обеспечивает высокий выходной ток даже при приложении слабого сигнального напряжения.Емкость его перехода также меньше по той же причине. Поскольку ток сразу возрастает при приложении небольшого напряжения, тепловыделение или потери энергии в диоде Шоттки очень малы. Диод Шоттки имеет минимальное время обратного восстановления из-за отсутствия какой-либо области обеднения. Поскольку диод Шоттки имеет значительный выходной ток даже при небольшом напряжении смещения, он сравнительно бесшумный. Плюсы диода Шоттки делают его предпочтительным выбором для слаботочных и высокочастотных приложений.

Недостатки диода Шоттки
Основным недостатком диодов Шоттки является их большой обратный ток утечки. Они также выходят из строя при более низком обратном напряжении по сравнению с типичными полупроводниковыми диодами. Вот почему диоды Шоттки подходят только для слабосигнальных и высокочастотных цепей.

Области применения диода Шоттки
Ниже приведены некоторые известные области применения диода Шоттки.

Выпрямители общего назначения: быстрое переключение диодов Шоттки делает их подходящим выпрямителем сигналов.Диоды Шоттки имеют высокую плотность тока и низкое прямое падение напряжения. Это сводит к минимуму потери энергии в цепи выпрямления. Диоды Шоттки рассеивают меньше тепла, поэтому для них требуются радиаторы меньшего размера. Это снижает общую стоимость и размер схемы выпрямителя.

Солнечные элементы: диоды Шоттки полезны для защиты солнечных элементов от обратного напряжения. Низкое прямое падение в диодах Шоттки делает их энергоэффективными в цепи солнечной энергии.

Ограничение: диоды Шоттки используются в качестве переключающих диодов в транзисторных схемах ограничения.Для фиксации диод Шоттки подключается между коллектором и базой транзистора драйвера. При включении диод Шоттки дает большой ток при низком напряжении смещения. Опять же, поскольку время обратного восстановления намного меньше, время переключения транзистора значительно улучшается. Диоды Шоттки использовались в качестве фиксирующих диодов в ИС логических схем. Эти ИС имеют LS или S, включенные в их кодовые названия схем, такие как 74LS или 74S.

Цепи

Power OR и SMPS: поскольку диоды Шоттки имеют очень низкое прямое напряжение, они полезны в цепях, где два разных источника питания управляют нагрузкой, например, от сети и батареи.Вот почему диоды Шоттки часто используются в схемах импульсных источников питания и инверторов.

РЧ микширование и обнаружение: Высокая плотность тока, высокая скорость переключения, низкая емкость перехода и низкое прямое напряжение делают диоды Шоттки идеальными для слаботочных высокочастотных приложений. Диоды Шоттки часто используются в диодных кольцевых смесителях и детекторах радиочастотных сигналов.

Видно, что диоды Шоттки подходят как для приложений с низким уровнем сигнала, так и для приложений с высокой мощностью. Особенность диодов Шоттки в том, что они лучше всего подходят для противоположных крайностей электронных приложений.

Примеры диодов Шоттки
Сотни моделей диодов Шоттки доступны от нескольких производителей. Некоторые известные примеры диодов Шоттки включают 1N5822, FR107, 1N4148W, 1N5711, FR207, BAT42, 1N5828 и 1N6263.

 


Рубрики: Рекомендуемые, Учебные пособия, Что такое
С тегами: типы диодов, Диод Шоттки, Диоды Шоттки
 

Диоды Шоттки — работа, характеристики, применение

Диоды с барьером Шоттки — это полупроводниковые диоды, разработанные с минимальным прямым напряжением и высокой скоростью переключения который может составлять всего 10 нс.Они изготавливаются в диапазонах тока от 500 мА до 5 А и до 40 В. Благодаря этим характеристикам они особенно подходят для низковольтных и высокочастотных приложений, таких как импульсные источники питания, а также в качестве эффективных обратных диодов.

Символ устройства показан на следующем изображении:

Предоставлено: https://en.wikipedia.org/wiki/Schottky_diode

Внутренняя конструкция

Диоды Шоттки имеют другую конструкцию по сравнению с традиционными диодами с p-n переходом.Вместо p-n перехода они построены с использованием перехода металл-полупроводник , как показано ниже.

Полупроводниковая часть изготавливается в основном из кремния n-типа, а также из множества различных материалов, таких как платина, вольфрам, молибден, хром и т. д. Диод может иметь различный набор характеристик в зависимости от того, какой материал используется, что позволяет им имеют повышенную скорость переключения, более низкое прямое падение напряжения и т. д.

Как это работает

В диодах Шоттки электроны становятся основными носителями в полупроводниковом материале, в то время как в металле присутствуют чрезвычайно малые неосновные носители (дырки).Когда два материала соединены, электроны, присутствующие в кремниевом полупроводнике, начинают быстро течь к соединенному металлу, что приводит к массовому переносу основных носителей. Из-за их большей кинетической энергии, чем у металла, их обычно называют «горячими носителями».

В нормальных диодах с p-n переходом неосновные носители инжектируются через разные соседние полярности. Тогда как в диодах Шоттки электроны инжектируются через области с одинаковой полярностью.

Массивный приток электронов к металлу вызывает большие потери носителей для кремниевого материала в области, близкой к поверхности перехода, которая напоминает обедненную область p-n перехода других диодов. Дополнительные носители в металле создают в металле «отрицательную стену» между металлом и полупроводником, которая блокирует дальнейшее проникновение тока. Это означает, что отрицательно заряженные электроны в кремниевом полупроводнике внутри диодов Шоттки способствуют образованию области без носителей вместе с отрицательной стенкой на поверхности металла.

Как показано на рисунке ниже, подача прямого тока смещения в первом квадранте вызывает уменьшение энергии отрицательного барьера из-за положительного притяжения электронов в этой области. Это приводит к обратному потоку электронов в огромных количествах через границу. Величина этих электронов зависит от величины потенциала, приложенного для смещения.

Разница между обычными диодами и диодами Шоттки

По сравнению с обычными диодами с p-n переходом барьерный переход в диодах Шоттки ниже, как в области прямого, так и обратного смещения.

Это позволяет диодам Шоттки иметь значительно улучшенную проводимость тока при том же уровне потенциала смещения как в области прямого, так и обратного смещения. Это, по-видимому, хорошая особенность в области прямого смещения, но плохая для области обратного смещения.

Определение общих характеристик полупроводникового диода для областей прямого и обратного смещения представлено уравнением: кВд/Тк -1)

где Is = обратный ток насыщения
k = 11 600/ η с η = 1 для германиевого материала и η = 2 для кремниевого материала

То же уравнение описывает экспоненциальный рост тока в диодах Шоттки на следующем рисунке, однако коэффициент η определяется типом конструкции диода.

В области обратного смещения ток Is в основном возникает из-за того, что электроны металла перемещаются в полупроводниковый материал.

Температурные характеристики

Для диодов Шоттки одним из основных аспектов, который постоянно исследуется, является минимизация существенных токов утечки при высоких температурах свыше 100°C.

Это привело к созданию более совершенных и усовершенствованных устройств, способных эффективно работать даже при экстремальных температурах от -65 до +150°C.

При обычных комнатных температурах эта утечка может составлять микроампер для маломощных диодов Шоттки и миллиампер для мощных устройств.

Однако эти цифры больше по сравнению с обычными p-n-диодами той же мощности. Кроме того, рейтинг PIV для диодов Шоттки может быть намного меньше, чем у наших традиционных диодов.

Например, обычно 50-амперное устройство может иметь номинальное значение PIV 50 В, тогда как для обычного 50-амперного диода оно может достигать 150 В.Тем не менее, последние достижения позволили использовать диоды Шоттки с номиналом PIV более 100 В при аналогичных значениях силы тока.

Из приведенного выше графического изображения становится совершенно ясно, что диодам Шоттки приписывают почти идеальный набор характеристик, даже лучше, чем кварцевый диод (диод с точечным контактом). Прямое падение диода с точечным контактом обычно ниже, чем у обычных диодов с p-n переходом.

VT или прямое падение напряжения диода Шоттки в значительной степени определяется металлом внутри.Существует компромисс между влиянием температуры и уровнем VT. Если один из этих параметров увеличивается, другой также увеличивается, снижая уровень эффективности устройства. Кроме того, VT также зависит от текущего диапазона, более низкие допустимые значения обеспечивают более низкие значения VT. Прямое падение VT может быть по существу до нуля для заданных единиц низкого уровня, в приблизительной оценке. Для средних и высоких диапазонов тока значения прямого падения могут составлять около 0,2 В, и это представляется прекрасным репрезентативным значением.

В настоящее время максимально допустимый диапазон тока для диода Шоттки составляет около 75 ампер, хотя вскоре может появиться и до 100 ампер.

Диод Шоттки Применение

Основная область применения диодов Шоттки – импульсные источники питания или импульсные источники питания, предназначенные для работы с частотами выше 20 кГц.

Как правило, диод Шоттки на 50 А при комнатной температуре может иметь прямое напряжение 0,6 В и время восстановления 10 нс, что специально разработано для применения в импульсных источниках питания.С другой стороны, обычный диод с p-n переходом может демонстрировать падение напряжения в прямом направлении 1,1 В и время восстановления около 30–50 нс при тех же характеристиках тока.

Вы можете обнаружить, что приведенная выше разница в прямом напряжении довольно мала, однако, если мы посмотрим на уровень рассеиваемой мощности между ними: P(горячий носитель) = 0,6 x 50 = 30 Вт и P(p-n) = 1,1 x 50 = 55 Вт, что является вполне измеримой разницей, которая может критически снизить эффективность ИИП.

Хотя в области обратного смещения рассеивание в диоде Шоттки может быть несколько выше, тем не менее суммарное рассеяние в прямом и обратном направлении будет намного лучше, чем у диода с p-n переходом.

Время обратного восстановления

В обычном полупроводниковом p-n диоде время обратного восстановления (trr) велико из-за введенных неосновных носителей.

В диодах Шоттки из-за чрезвычайно низкого уровня неосновных носителей время обратного восстановления существенно мало. Вот почему диоды Шоттки могут так эффективно работать даже на частотах 20 ГГц, которые требуют от устройств переключения с чрезвычайно высокой скоростью.

Для более высоких частот по-прежнему используются диоды с точечным контактом или кварцевые диоды из-за их очень маленькой площади перехода или площади точечного перехода.

Эквивалентная схема диода Шоттки

На следующем рисунке показана эквивалентная схема диода Шоттки с типичными значениями. Соседний символ является стандартным символом устройства.

Индуктивность Lp и емкость Cp являются значениями, указанными на самой упаковке, rB представляет собой последовательное сопротивление, состоящее из контактного сопротивления и объемного сопротивления.

Значения сопротивления rd и емкости Cj соответствуют расчетам, описанным в предыдущих параграфах.

Диод Шоттки Таблица спецификаций

В таблице ниже представлен список выпрямителей с горячими носителями, производимых Motorola Semiconductor Products, а также их спецификации и сведения о выводах.

Что такое диод Шоттки? Определение, конструкция, работа, кривая характеристики VI, преимущества, недостатки и применение диода Шоттки

Определение : Диод Шоттки представляет собой 2-контактный прибор металл-полупроводник, образованный путем диффузии полупроводника n-типа по металлу.И металл, и полупроводник n-типа имеют электроны в качестве основных носителей, поскольку в металле почти ничтожно мало дырок.

Как и в диоде Шоттки, только основные носители заряда, т. е. электроны, отвечают за проводимость. Следовательно, это однополярное устройство .

Его другие названия: Диод с барьером Шоттки или Диод с горячей несущей . Причина, по которой эти диоды называются так, заключается в том, что основные носители (электроны) дрейфуют из n-области в металлическую область с очень высокой энергией.

Таким образом, названный горячими носителями , и поскольку проводимость обусловлена ​​этими горячими носителями, устройство известно как диод с горячими носителями.

Символ диода Шоттки

На рисунке ниже показано условное обозначение диода Шоттки:

Из приведенного выше рисунка видно, что металл образует соединение в качестве анода, а полупроводниковая область образует соединение в качестве катода.

Конструкция диода Шоттки

Конструктивная структура диода Шоттки отличается от конструкции обычного диода с p-n переходом.Как мы уже знаем, диод с p-n-переходом формируется путем слияния полупроводникового материала p-типа с полупроводниковым материалом n-типа, в результате чего образуется диод с p-n-переходом.

Однако для создания диода Шоттки полупроводниковый материал n-типа соединяется с металлом, чтобы получить соединение металл-полупроводник .

На рисунке ниже представлена ​​конструктивная структура диода Шоттки:

Как мы видим на рисунке выше, металл в сочетании с полупроводниковым материалом n-типа образует диод с горячим носителем.Металлом, используемым для изготовления диода Шоттки, может быть золото, вольфрам, платина, серебро и т. д.

На другой стороне перехода металл-полупроводник находится полупроводниковый материал n-типа. Обычно в качестве полупроводникового материала n-типа используется кремний, однако также используется германий.

Металлическая область в структуре действует как анод, а область полупроводника n-типа образует катод.

Давайте посмотрим на структурное представление диода Шоттки:

Отсутствие материала p-типа с полупроводниковым материалом n-типа исключает возможность наличия обедненной области.Следовательно, предотвращает накопление зарядов на стыке.

В случае диода Шоттки переход сравнительно более равномерный, и устройство обладает большей прочностью, чем диод с точечным контактом.

Рабочий диод Шоттки

Из приведенного выше обсуждения ясно, что работа диода Шоттки отличается от работы обычного диода. Итак, теперь давайте посмотрим, как происходит проводимость в диоде Шоттки.

Когда металлическая область и материал n-типа образуют соединение, то большинство носителей заряда, т.е.т. е. электроны быстро перемещаются из n-области в металлическую область. Тем самым генерируя большой поток большинства носителей.

Кинетическая энергия этих инжектированных носителей высока по сравнению с электронами в металлической области. Таким образом, они широко известны как горячие носители.

Из-за перемещения большинства носителей заряда из материала n-типа в металл на стороне n вблизи перехода образуется область, обедненная (свободная) от носителей заряда. Эта область не что иное, как поверхностный барьер для дальнейшей проводимости.

На рисунке выше показано создание поверхностного барьера в диоде Шоттки.

Итак, в этом случае к устройству прикладывается прямое напряжение путем соединения положительной клеммы батареи с металлом и отрицательной клеммы батареи с материалом n-типа.

Состояние диода Шоттки с прямым смещением показано ниже:

Из-за отталкивания от отрицательной клеммы батареи электроны, присутствующие на стороне n, движутся в сторону металла, преодолевая поверхностный барьер.Это вызывает большой поток электронов через металлическую сторону.

Однако потенциал барьера в случае диода Шоттки намного меньше, чем у диода с p-n переходом как в прямом, так и в обратном смещении.

Таким образом, в случае диода Шоттки наблюдается значительно более высокая проводимость при том же приложенном напряжении, что и в случае диода с p-n переходом. Но это нежелательно в условиях обратного смещения диода Шоттки, так как пробой достигается раньше, чем в устройстве с p-n переходом.

В условиях обратного смещения отрицательная сторона батареи соединяется с металлом, а положительная сторона образует соединение с материалом n-типа.

Это представлено на рисунке здесь:

При подаче обратного напряжения поверхностный барьер увеличивается, за счет этого прекращается проводимость через прибор.

Однако, поскольку в металлической области присутствует большее количество электронов, чем в материале n-типа, то из-за приложенного обратного напряжения через устройство протекает очень небольшой ток.Это называется током утечки.

При увеличении обратного напряжения увеличивается и ток через него. Но после определенного напряжения увеличение приложенного потенциала разрушит поверхностный барьер, тем самым повредив диод.

Примечательно, что в случае диодов Шоттки почти ничтожное наличие дырок в металле уменьшает время обратного восстановления диода. Теперь возникает вопрос, почему это так?

Ответ на приведенный выше вопрос заключается в том, что, как мы уже обсуждали, из-за униполярной природы устройства между двумя областями существует сравнительно меньший барьерный потенциал.Таким образом, он может выключаться быстрее, чем устройство p-n перехода. В результате сокращается время обратного восстановления.

ВАХ диода Шоттки

На рисунке ниже представлена ​​характеристика диода Шоттки:

Здесь ось x показывает приложенное напряжение, а ось y представляет ток, протекающий через устройство. Он показывает барьерный потенциал около от 0,2 до 0,25 В , в то время как в случае кремниевого диода с pn-переходом он составляет 0,7 В.

Кроме того, обратное напряжение пробоя в случае диода Шоттки намного меньше, чем у диода с p-n переходом.

Преимущества диода Шоттки

  • Имеет низкое прямое напряжение включения .
  • Низкая емкость перехода диода Шоттки.
  • Обладает быстрым обратным временем восстановления t rr .
  • Диоды Шоттки
  • обладают высокой эффективностью и используются в высокочастотных устройствах.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.