Στη μεγάλη οικογένεια των διόδων ημιαγωγών που πήρε το όνομά του από τους επιστήμονες που ανακάλυψαν το ασυνήθιστο αποτέλεσμα, μπορεί να προστεθεί ακόμη μία. Είναι δίοδος Schottky.
Ο Γερμανός φυσικός Walter Schottka ανακάλυψε και μελέτησε το λεγόμενο φαινόμενο φραγμού που συμβαίνει με μια συγκεκριμένη τεχνολογία για τη δημιουργία μιας μετάβασης μετάλλου-ημιαγωγού.
Το κύριο «τσιπ» της διόδου Schottky είναι αυτό, σε αντίθεση με τις συμβατικές διόδους βάση p-nδιασταύρωση, εδώ χρησιμοποιείται μια σύνδεση μετάλλου-ημιαγωγού, η οποία ονομάζεται επίσης φράγμα Schottky. Αυτό το εμπόδιο, όπως ημιαγωγός p-nμετάβαση, έχει την ιδιότητα της μονόπλευρης ηλεκτρικής αγωγιμότητας και μια σειρά από διακριτικές ιδιότητες.
Το πυρίτιο (Si) και το αρσενίδιο του γαλλίου (GaAs), καθώς και μέταλλα όπως ο χρυσός, ο άργυρος, η πλατίνα, το παλλάδιο και το βολφράμιο, χρησιμοποιούνται κυρίως ως υλικό για την κατασκευή διόδων φραγμού Schottky.
Σε σχηματικά διαγράμματα, η δίοδος Schottky απεικονίζεται έτσι.
Όπως μπορείτε να δείτε, η εικόνα του είναι κάπως διαφορετική από την ονομασία μιας συμβατικής διόδου ημιαγωγών.
Εκτός από αυτόν τον χαρακτηρισμό στα διαγράμματα, μπορείτε επίσης να βρείτε την εικόνα μιας διπλής διόδου Schottky (συναρμολόγηση).
Μια διπλή δίοδος είναι δύο δίοδοι τοποθετημένες σε ένα κοινό περίβλημα. Τα συμπεράσματα των καθόδων ή των ανοδίων συνδυάζονται. Επομένως, μια τέτοια συνέλευση, κατά κανόνα, έχει τρία συμπεράσματα. Σε τροφοδοτικά μεταγωγής, συνήθως χρησιμοποιούνται συγκροτήματα με κοινή κάθοδο.
Δεδομένου ότι δύο δίοδοι τοποθετούνται σε ένα περίβλημα και κατασκευάζονται σε ένα ενιαίο τεχνολογική διαδικασία, τότε οι παράμετροί τους είναι πολύ κοντά. Αφού βρίσκονται σε ένα ενιαίο κτίριο, λοιπόν καθεστώς θερμοκρασίαςτα ίδια. Αυτό αυξάνει την αξιοπιστία και τη διάρκεια ζωής του στοιχείου.
Οι δίοδοι Schottky έχουν δύο θετικές ιδιότητες: μια πολύ μικρή πτώση τάσης προς τα εμπρός (0,2-0,4 βολτ) στη διασταύρωση και πολύ υψηλή ταχύτητα.
Δυστυχώς, μια τόσο μικρή πτώση τάσης συμβαίνει σε εφαρμοζόμενη τάση όχι μεγαλύτερη από 50-60 βολτ. Με μια περαιτέρω αύξηση της διόδου Schottky συμπεριφέρεται σαν μια συμβατική δίοδος ανορθωτή πυριτίου. Το μέγιστο Αντίστροφη τάσηγια το Schottky, συνήθως δεν υπερβαίνει τα 250 βολτ, αν και μπορείτε να βρείτε δείγματα σε προσφορά που έχουν ονομαστική τιμή 1,2 κιλοβολτ (VS-10ETS12-M3).
Έτσι, μια διπλή δίοδος Schottky (ανορθωτής Schottky) 60CPQ150σχεδιασμένο για μέγιστη αντίστροφη τάση 150 V και κάθε δίοδος συναρμολόγησης μπορεί να περάσει 30 αμπέρ σε απευθείας σύνδεση!
Μπορείτε επίσης να βρείτε δείγματα των οποίων το ανορθωμένο ρεύμα μισού κύκλου μπορεί να φτάσει το μέγιστο 400A! Ένα παράδειγμα είναι το μοντέλο VS-400CNQ045.
Πολύ συχνά στα διαγράμματα κυκλώματος, η σύνθετη γραφική αναπαράσταση της καθόδου απλώς παραλείπεται και η δίοδος Schottky απεικονίζεται ως μια συνηθισμένη δίοδος. Και ο τύπος του στοιχείου που χρησιμοποιείται υποδεικνύεται στην προδιαγραφή.
Τα μειονεκτήματα των διόδων με φράγμα Schottky περιλαμβάνουν το γεγονός ότι ακόμη και με βραχυπρόθεσμη υπέρβαση της αντίστροφης τάσης, αποτυγχάνουν αμέσως και, το πιο σημαντικό, είναι μη αναστρέψιμες. Ενώ οι βαλβίδες ισχύος πυριτίου, μετά τον τερματισμό της πλεονάζουσας τάσης, αυτοεπισκευάζονται τέλεια και συνεχίζουν να λειτουργούν. Επιπλέον, το αντίστροφο ρεύμα των διόδων εξαρτάται πολύ από τη θερμοκρασία της διασταύρωσης. Σε μεγάλο αντίστροφο ρεύμα, συμβαίνει θερμική διάσπαση.
Οι θετικές ιδιότητες των διόδων Schottky, εκτός από την υψηλή ταχύτητα και, κατά συνέπεια, τον σύντομο χρόνο ανάκτησης, περιλαμβάνουν μια μικρή χωρητικότητα διασταύρωσης (φράγμα), η οποία καθιστά δυνατή την αύξηση της συχνότητας λειτουργίας. Αυτό τους επιτρέπει να χρησιμοποιούνται σε ανορθωτές παλμών σε συχνότητες εκατοντάδων kilohertz. Πολλές διόδους Schottky βρίσκουν την εφαρμογή τους στην ενσωματωμένη μικροηλεκτρονική. Οι νανο-κατασκευασμένες δίοδοι Schottky βρίσκονται σε ολοκληρωμένα κυκλώματα, όπου διακλαδίζουν τις διασταυρώσεις τρανζίστορ για να βελτιώσουν την απόδοση.
Οι δίοδοι Schottky της σειράς 1N581x (1N5817, 1N5818, 1N5819) έχουν ριζώσει στην πρακτική του ραδιοερασιτέχνη. Όλα έχουν ονομαστική τιμή για μέγιστο προς τα εμπρός ρεύμα ( I F(AV)) - 1 αμπέρ και αντίστροφη τάση ( VRRM) από 20 έως 40 βολτ. Πτώση τάσης ( V F) στη διασταύρωση είναι μεταξύ 0,45 και 0,55 βολτ. Όπως ήδη αναφέρθηκε, η μπροστινή πτώση τάσης ( πτώση τάσης προς τα εμπρός) για διόδους με φράγμα Schottky είναι πολύ μικρό.
Επίσης ένα αρκετά γνωστό στοιχείο είναι το 1N5822. Είναι σχεδιασμένο για συνεχές ρεύμα 3 αμπέρ και είναι κατασκευασμένο στη συσκευασία DO-201AD.
Επίσης σε πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων μπορείτε να βρείτε διόδους της σειράς SK12 - SK16 για επιφανειακή τοποθέτηση. Είναι αρκετά μικρά. Παρόλα αυτά, το SK12-SK16 αντέχει συνεχές ρεύμα έως 1 αμπέρ με αντίστροφη τάση 20 - 60 βολτ. Η πτώση τάσης προς τα εμπρός είναι 0,55 βολτ (για SK12, SK13, SK14) και 0,7 βολτ (για SK15, SK16). Επίσης στην πράξη, μπορείτε να βρείτε διόδους της σειράς SK32 - SK310, για παράδειγμα, SK36, το οποίο έχει σχεδιαστεί για συνεχές ρεύμα 3 αμπέρ.
Η χρήση των διόδων Schottky σε τροφοδοτικά.
Οι δίοδοι Schottky χρησιμοποιούνται ενεργά σε τροφοδοτικά υπολογιστών και σε σταθεροποιητές τάσης μεταγωγής. Μεταξύ των τάσεων τροφοδοσίας χαμηλής τάσης, το πιο υψηλό ρεύμα (δεκάδες αμπέρ) είναι οι τάσεις +3,3 βολτ και +5,0 βολτ. Σε αυτά τα δευτερεύοντα τροφοδοτικά χρησιμοποιούνται οι δίοδοι φραγμού Schottky. Τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα είναι συγκροτήματα τριών ακροδεκτών με κοινή κάθοδο. Είναι η χρήση συγκροτημάτων που μπορεί να θεωρηθεί ένδειξη υψηλής ποιότητας και τεχνολογικά προηγμένης παροχής ρεύματος.
Η αστοχία των διόδων Schottky είναι ένα από τα πιο συνηθισμένα σφάλματα στην εναλλαγή τροφοδοτικών. Μπορεί να έχει δύο «νεκρές» καταστάσεις: μια καθαρή ηλεκτρική βλάβη και μια διαρροή. Εάν υπάρχει μία από αυτές τις συνθήκες, η παροχή ρεύματος του υπολογιστή μπλοκάρεται επειδή ενεργοποιείται η προστασία. Αλλά αυτό μπορεί να συμβεί με διαφορετικούς τρόπους. 
Στην πρώτη περίπτωση, όλες οι δευτερεύουσες τάσεις απουσιάζουν. Η προστασία έχει μπλοκάρει την παροχή ρεύματος. Στη δεύτερη περίπτωση, ο ανεμιστήρας «σπάει» και οι κυματισμοί τάσης εμφανίζονται περιοδικά στην έξοδο των τροφοδοτικών και μετά εξαφανίζονται.
Δηλαδή, το κύκλωμα προστασίας λειτουργεί περιοδικά, αλλά δεν συμβαίνει το πλήρες μπλοκάρισμα της πηγής ισχύος. Οι δίοδοι Schottky είναι εγγυημένο ότι θα αποτύχουν εάν το ψυγείο στο οποίο είναι εγκατεστημένα είναι πολύ ζεστό μέχρι να εμφανιστεί μια δυσάρεστη οσμή. Και η τελευταία διαγνωστική επιλογή που σχετίζεται με διαρροή: όταν αυξάνεται το φορτίο στον κεντρικό επεξεργαστή σε λειτουργία πολλαπλών προγραμμάτων, η παροχή ρεύματος απενεργοποιείται αυθόρμητα.
Θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι κατά την επαγγελματική επισκευή ενός τροφοδοτικού μετά την αντικατάσταση δευτερευουσών διόδων, ειδικά με υποψία διαρροής, θα πρέπει να ελέγχονται όλα τα τρανζίστορ ισχύος που λειτουργούν ως κλειδιά και αντίστροφα: μετά την αντικατάσταση των τρανζίστορ κλειδιών, ο έλεγχος των δευτερευόντων διόδων είναι υποχρεωτική διαδικασία. Είναι πάντα απαραίτητο να καθοδηγούμαστε από την αρχή: το πρόβλημα δεν έρχεται μόνο του.
Έλεγχος διόδων Schottky με πολύμετρο.
Μπορείτε να ελέγξετε τη δίοδο Schottky με ένα συνηθισμένο πολύμετρο. Η τεχνική είναι η ίδια όπως κατά τον έλεγχο μιας συμβατικής διόδου ημιαγωγών με διασταύρωση p-n. Αλλά και εδώ υπάρχουν παγίδες. Είναι ιδιαίτερα δύσκολο να δοκιμάσετε μια δίοδο με διαρροή. Πρώτα απ 'όλα, το στοιχείο πρέπει να αποκολληθεί από το κύκλωμα για πιο ακριβή έλεγχο. Είναι αρκετά εύκολο να αναγνωρίσετε μια εντελώς σπασμένη δίοδο. Σε όλα τα όρια μέτρησης της αντίστασης, ένα ελαττωματικό στοιχείο θα έχει απειροελάχιστη αντίσταση, τόσο σε απευθείας όσο και σε αντίστροφη σύνδεση. Αυτό ισοδυναμεί με βραχυκύκλωμα.
Είναι πιο δύσκολο να δοκιμάσετε μια δίοδο με υποψία "διαρροής". Εάν ελέγξουμε με ένα πολύμετρο DT-830 στη λειτουργία "δίοδος", τότε θα δούμε ένα στοιχείο που μπορεί να επισκευαστεί τέλεια. Μπορείτε να δοκιμάσετε να μετρήσετε την αντίστροφη αντίστασή του στη λειτουργία ωμόμετρου. Στο όριο "20 kOhm", η αντίστροφη αντίσταση ορίζεται ως απείρως μεγάλη. Εάν η συσκευή εμφανίζει τουλάχιστον κάποια αντίσταση, ας πούμε 3 kOhm, τότε αυτή η δίοδος θα πρέπει να θεωρηθεί ύποπτη και να αλλάξει σε μια γνωστή καλή. Η πλήρης αντικατάσταση των διόδων Schottky στους διαύλους ισχύος + 3,3V και + 5,0V μπορεί να δώσει 100% εγγύηση.
Πού αλλού χρησιμοποιούνται οι δίοδοι Schottky στα ηλεκτρονικά; Μπορούν να βρεθούν σε μάλλον εξωτικές συσκευές, όπως ανιχνευτές ακτινοβολίας άλφα και βήτα, ανιχνευτές ακτινοβολίας νετρονίων και σε πρόσφατους χρόνουςΤα ηλιακά πάνελ συναρμολογούνται στις διαβάσεις φραγμού Schottky. Έτσι ώστε να τροφοδοτούν ηλεκτρισμό και διαστημόπλοια.
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Αγορά |
Δίοδοι Schottky από 1 Ampere
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Αγορά |
Γρήγορες δίοδοι Schottky
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Αγορά |
Οι δίοδοι Schottky, ή ακριβέστερα οι δίοδοι φραγμού Schottky, είναι συσκευές ημιαγωγώνκατασκευασμένο με βάση μια επαφή μετάλλου-ημιαγωγού, ενώ οι συμβατικές δίοδοι χρησιμοποιούν μια σύνδεση ημιαγωγού p-n.
Η δίοδος Schottky οφείλει το όνομα και την εμφάνισή της στα ηλεκτρονικά στον Γερμανό φυσικό και εφευρέτη Walter Schottky, ο οποίος το 1938, μελετώντας το φαινόμενο φραγμού που ανακαλύφθηκε πρόσφατα, επιβεβαίωσε τη θεωρία που προτάθηκε νωρίτερα, σύμφωνα με την οποία, αν και η εκπομπή ηλεκτρονίων από το μέταλλο είναι αποτρέπεται από ένα φράγμα δυναμικού, αλλά ως το εφαρμοζόμενο εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο, αυτό το φράγμα θα μειωθεί. Ο Walter Schottky ανακάλυψε αυτό το φαινόμενο, το οποίο τότε ονομαζόταν φαινόμενο Schottky, προς τιμήν του επιστήμονα.
Διερευνώντας την επαφή ενός μετάλλου και ενός ημιαγωγού, μπορεί να φανεί ότι εάν υπάρχει μια περιοχή εξαντλημένη στους κύριους φορείς φορτίου κοντά στην επιφάνεια του ημιαγωγού, τότε στην περιοχή επαφής αυτού του ημιαγωγού με το μέταλλο από την πλευρά του ημιαγωγός, σχηματίζεται μια περιοχή διαστημικού φορτίου ιονισμένων δεκτών και δοτών, ενώ πραγματοποιείται μια επαφή αποκλεισμού - το ίδιο φράγμα Schottky . Κάτω από ποιες συνθήκες προκύπτει αυτό το εμπόδιο; Θερμιονικό ρεύμα εκπομπής από την επιφάνεια συμπαγές σώμαορίζει την εξίσωση Richardson:
Ας δημιουργήσουμε συνθήκες όταν, κατά την επαφή ενός ημιαγωγού, για παράδειγμα, τύπου n, με ένα μέταλλο, η θερμοδυναμική συνάρτηση εργασίας των ηλεκτρονίων από το μέταλλο θα ήταν μεγαλύτερη από τη θερμοδυναμική συνάρτηση εργασίας των ηλεκτρονίων από τον ημιαγωγό. Κάτω από τέτοιες συνθήκες, σύμφωνα με την εξίσωση Richardson, το θερμιονικό ρεύμα εκπομπής από την επιφάνεια του ημιαγωγού θα είναι μεγαλύτερο από το θερμιονικό ρεύμα εκπομπής από τη μεταλλική επιφάνεια:
Κατά την αρχική χρονική στιγμή, κατά την επαφή αυτών των υλικών, το ρεύμα από τον ημιαγωγό στο μέταλλο θα υπερβεί το αντίστροφο ρεύμα (από το μέταλλο στον ημιαγωγό), με αποτέλεσμα, στις κοντινές επιφανειακές περιοχές και των δύο στον ημιαγωγό και το μέταλλο, τα διαστημικά φορτία θα αρχίσουν να συσσωρεύονται - θετικά στον ημιαγωγό και αρνητικά - στο μέταλλο. Ένα ηλεκτρικό πεδίο που σχηματίζεται από αυτά τα φορτία θα εμφανιστεί στην περιοχή επαφής και οι ενεργειακές ζώνες θα κάμπτονται.
Κάτω από τη δράση του πεδίου, η συνάρτηση θερμοδυναμικής εργασίας για τον ημιαγωγό θα αυξηθεί και η αύξηση θα συμβεί έως ότου οι συναρτήσεις θερμοδυναμικής εργασίας και τα αντίστοιχα θερμιονικά ρεύματα εκπομπής σε σχέση με την επιφάνεια εξισωθούν στην περιοχή επαφής.
Η εικόνα της μετάβασης σε μια κατάσταση ισορροπίας με το σχηματισμό ενός φραγμού δυναμικού για έναν ημιαγωγό τύπου p και ένα μέταλλο είναι παρόμοια με το εξεταζόμενο παράδειγμα με έναν ημιαγωγό και ένα μέταλλο τύπου n. Ο ρόλος της εξωτερικής τάσης είναι να ρυθμίζει το ύψος του φραγμού δυναμικού και την ένταση του ηλεκτρικού πεδίου στην περιοχή φορτίου χώρου του ημιαγωγού.
Το παραπάνω σχήμα δείχνει τα διαγράμματα ζωνών διαφόρων σταδίων του σχηματισμού του φράγματος Schottky. Υπό συνθήκες ισορροπίας στην περιοχή επαφής, τα θερμιονικά ρεύματα εκπομπής ισοπεδώθηκαν, λόγω του φαινομένου πεδίου, προέκυψε ένα φράγμα δυναμικού, το ύψος του οποίου είναι ίσο με τη διαφορά στις θερμοδυναμικές συναρτήσεις εργασίας: φк = ФМе - Фп/п.
Προφανώς, το χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης για το φράγμα Schottky αποδεικνύεται ασύμμετρο. Στην προς τα εμπρός κατεύθυνση, το ρεύμα αυξάνεται εκθετικά καθώς αυξάνεται η εφαρμοζόμενη τάση. Στην αντίθετη κατεύθυνση, το ρεύμα δεν εξαρτάται από την τάση. Και στις δύο περιπτώσεις, το ρεύμα οφείλεται στα ηλεκτρόνια ως τους κύριους φορείς φορτίου.
Ως εκ τούτου, οι δίοδοι Schottky χαρακτηρίζονται από υψηλή ταχύτητα, επειδή αποκλείουν διαδικασίες διάχυσης και ανασυνδυασμού που απαιτούν επιπλέον χρόνο. Η εξάρτηση του ρεύματος από την τάση συνδέεται με την αλλαγή στον αριθμό των φορέων, επειδή αυτοί οι φορείς εμπλέκονται στη διαδικασία μεταφοράς φορτίου. Η εξωτερική τάση αλλάζει τον αριθμό των ηλεκτρονίων που μπορούν να περάσουν από τη μία πλευρά του φράγματος Schottky στην άλλη πλευρά.
Λόγω της τεχνολογίας κατασκευής και με βάση την αρχή λειτουργίας που περιγράφεται, οι δίοδοι Schottky έχουν χαμηλή πτώση τάσης προς τα εμπρός, πολύ μικρότερη από αυτή των παραδοσιακών διόδων p-n.
Εδώ, ακόμη και ένα μικρό αρχικό ρεύμα μέσω της περιοχής επαφής οδηγεί στην απελευθέρωση θερμότητας, η οποία στη συνέχεια συμβάλλει στην εμφάνιση πρόσθετων φορέων ρεύματος. Σε αυτή την περίπτωση, δεν γίνεται έγχυση δευτερευόντων φορέων φόρτισης.
Οι δίοδοι Schottky επομένως δεν έχουν διάχυτη χωρητικότητα, καθώς δεν υπάρχουν φορείς μειοψηφίας, και ως αποτέλεσμα, η ταχύτητα είναι αρκετά υψηλή σε σύγκριση με διόδους ημιαγωγών. Αποδεικνύεται μια ομοιότητα μιας απότομης ασύμμετρης σύνδεσης p-n.
Έτσι, πρώτα απ 'όλα, οι δίοδοι Schottky είναι δίοδοι μικροκυμάτων για διάφορους σκοπούς: ανιχνευτής, ανάμειξης, διέλευσης χιονοστιβάδας, παραμετρική, παλμική, πολλαπλασιαστής. Οι δίοδοι Schottky μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως δέκτες ακτινοβολίας, μετρητές καταπόνησης, ανιχνευτές πυρηνικής ακτινοβολίας, διαμορφωτές φωτός και τέλος - ανορθωτές ρεύματος υψηλής συχνότητας.
Ονομασία της διόδου Schottky στα διαγράμματα
Οι δίοδοι Schottky σήμερα
Μέχρι σήμερα, οι δίοδοι Schottky είναι πολύ διαδεδομένες ηλεκτρονικές συσκευές. Στα διαγράμματα, απεικονίζονται διαφορετικά από τις συνηθισμένες δίοδοι. Συχνά μπορείτε να βρείτε διόδους Schottky διπλού ανορθωτή, κατασκευασμένες σε πακέτο τριών ακροδεκτών, χαρακτηριστικό των διακοπτών ισχύος. Τέτοια διπλά σχέδια περιέχουν δύο διόδους Schottky εσωτερικά, συνδυασμένες με καθόδους ή ανόδους, πιο συχνά με καθόδους.
Οι δίοδοι στο συγκρότημα έχουν πολύ παρόμοιες παραμέτρους, καθώς κάθε τέτοιο συγκρότημα κατασκευάζεται σε έναν μόνο τεχνολογικό κύκλο και ως εκ τούτου, οι συνθήκες θερμοκρασίας λειτουργίας τους είναι οι ίδιες και επομένως η αξιοπιστία είναι υψηλότερη. Μια άμεση πτώση τάσης 0,2 - 0,4 βολτ μαζί με υψηλή ταχύτητα (μονάδες νανοδευτερόλεπτων) είναι τα αναμφισβήτητα πλεονεκτήματα των διόδων Schottky έναντι των p-n-brothers.
Η ιδιαιτερότητα του φράγματος Schottky στις διόδους, σε σχέση με μια μικρή πτώση τάσης, εκδηλώνεται σε εφαρμοζόμενες τάσεις έως και 60 βολτ, αν και η ταχύτητα παραμένει ακλόνητη. Σήμερα, οι δίοδοι Schottky του τύπου 25CTQ045 (για τάσεις έως 45 βολτ, για ρεύματα έως 30 αμπέρ για καθένα από ένα ζεύγος διόδων σε ένα συγκρότημα) μπορούν να βρεθούν σε πολλά τροφοδοτικά μεταγωγής, όπου χρησιμεύουν ως ανορθωτές ισχύος για ρεύματα με συχνότητες έως και αρκετές εκατοντάδες kilohertz.
Είναι αδύνατο να μην αγγίξετε το θέμα των ελλείψεων των διόδων Schottky, φυσικά υπάρχουν και υπάρχουν δύο από αυτά. Πρώτον, μια βραχυπρόθεσμη υπέρβαση της κρίσιμης τάσης θα απενεργοποιήσει αμέσως τη δίοδο. Δεύτερον, η θερμοκρασία επηρεάζει πολύ το μέγιστο αντίστροφο ρεύμα. Σε πολύ υψηλή θερμοκρασία διασταύρωσης, η δίοδος απλώς θα σπάσει ακόμη και όταν λειτουργεί με ονομαστική τάση.
Κανένας ραδιοερασιτέχνης δεν μπορεί να κάνει χωρίς διόδους Schottky στην πρακτική του. Εδώ μπορείτε να σημειώσετε τις πιο δημοφιλείς διόδους: 1N5817, 1N5818, 1N5819, 1N5822, SK12, SK13, SK14. Αυτές οι δίοδοι είναι διαθέσιμες τόσο σε έκδοση εξόδου όσο και σε έκδοση SMD. Το κύριο πράγμα για το οποίο οι ραδιοερασιτέχνες τα εκτιμούν τόσο πολύ είναι η υψηλή τους ταχύτητα και η χαμηλή πτώση τάσης στη διασταύρωση - το πολύ 0,55 βολτ - σε χαμηλή τιμή για αυτά τα εξαρτήματα.
Μια σπάνια πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος λειτουργεί χωρίς διόδους Schottky για τον ένα ή τον άλλο σκοπό. Κάπου η δίοδος Schottky χρησιμεύει ως ανορθωτής χαμηλής ισχύος για το κύκλωμα ανάδρασης, κάπου - ως σταθεροποιητής τάσης στο επίπεδο 0,3 - 0,4 βολτ και κάπου είναι ανιχνευτής.
Στον παρακάτω πίνακα μπορείτε να δείτε τις παραμέτρους των πιο κοινών σήμερα ισχυρές δίοδοι Schottky.
Η ανάπτυξη των ηλεκτρονικών απαιτεί ολοένα υψηλότερα πρότυπα από εξαρτήματα ραδιοφώνου. Για τη λειτουργία σε υψηλές συχνότητες, χρησιμοποιείται μια δίοδος Schottky, η οποία είναι ανώτερη στις παραμέτρους της από τις αντίστοιχες του πυριτίου. Μερικές φορές μπορείτε να βρείτε το όνομα Schottky barrier diode, που ουσιαστικά σημαίνει το ίδιο πράγμα.
- Σχέδιο
- Μικρογραφία
- Χρήση στην πράξη
Σχέδιο
Η δίοδος Schottky διαφέρει από τις συνηθισμένες δίοδοι στο σχεδιασμό της, η οποία χρησιμοποιεί ένα μέταλλο ημιαγωγών και όχι μια διασταύρωση p-n. Είναι σαφές ότι οι ιδιότητες εδώ είναι διαφορετικές, πράγμα που σημαίνει ότι και τα χαρακτηριστικά πρέπει να είναι διαφορετικά.
Πράγματι, ένα μέταλλο ημιαγωγών έχει τις ακόλουθες παραμέτρους:
- Το ρεύμα διαρροής έχει μεγάλη σημασία.
- Χαμηλή πτώση τάσης στη διασταύρωση με απευθείας σύνδεση.
- Επαναφέρει τη φόρτιση πολύ γρήγορα, καθώς έχει χαμηλή τιμή.
Η δίοδος Schottky είναι κατασκευασμένη από υλικά όπως το αρσενίδιο του γαλλίου, το πυρίτιο. πολύ λιγότερο συχνά, αλλά μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί - γερμάνιο. Η επιλογή του υλικού εξαρτάται από τις ιδιότητες που πρέπει να αποκτηθούν, ωστόσο, σε κάθε περίπτωση, η μέγιστη αντίστροφη τάση για την οποία μπορούν να κατασκευαστούν αυτοί οι ημιαγωγοί δεν είναι μεγαλύτερη από 1200 βολτ - αυτές είναι οι περισσότερες ανορθωτές υψηλής τάσης. Στην πράξη, χρησιμοποιούνται πολύ πιο συχνά σε χαμηλότερη τάση - 3, 5, 10 βολτ.
Στο διάγραμμα κυκλώματοςΗ δίοδος Schottky συμβολίζεται ως εξής:
Αλλά μερικές φορές μπορείτε να δείτε αυτόν τον προσδιορισμό:
Αυτό σημαίνει διπλό στοιχείο: δύο δίοδοι σε ένα πακέτο με κοινή άνοδο ή κάθοδο, επομένως το στοιχείο έχει τρεις ακροδέκτες. Τα τροφοδοτικά χρησιμοποιούν τέτοια σχέδια με κοινή κάθοδο, είναι βολικά για χρήση σε κυκλώματα ανορθωτή. Συχνά, τα σημάδια μιας συμβατικής διόδου σχεδιάζονται στα διαγράμματα, αλλά η περιγραφή υποδεικνύει ότι πρόκειται για Schottky, επομένως πρέπει να είστε προσεκτικοί.
Τα συγκροτήματα διόδων με φράγμα Schottky διατίθενται σε τρεις τύπους:
τύπος 1 - με κοινή κάθοδο.
τύπος 2 - με κοινή άνοδο.
Τύπος 3 - σύμφωνα με το σχήμα διπλασιασμού.
Για εξοικονόμηση στους λογαριασμούς ρεύματος, οι αναγνώστες μας προτείνουν το Κουτί Εξοικονόμησης Ηλεκτρικής Ενέργειας. Οι μηνιαίες πληρωμές θα είναι 30-50% λιγότερες από ό,τι πριν χρησιμοποιήσετε την αποταμίευση. Αφαιρεί το αντιδραστικό στοιχείο από το δίκτυο, με αποτέλεσμα να μειώνεται το φορτίο και, κατά συνέπεια, να μειώνεται η κατανάλωση ρεύματος. Οι ηλεκτρικές συσκευές καταναλώνουν λιγότερη ηλεκτρική ενέργεια, μειώνοντας το κόστος πληρωμής της.
Μια τέτοια σύνδεση βοηθά στην αύξηση της αξιοπιστίας του στοιχείου: τελικά, όντας στο ίδιο περίβλημα, έχουν το ίδιο καθεστώς θερμοκρασίας, το οποίο είναι σημαντικό εάν χρειάζεστε ισχυρούς ανορθωτές, για παράδειγμα, 10 αμπέρ.
Υπάρχουν όμως και μειονεκτήματα. Το θέμα είναι ότι μια μικρή πτώση τάσης (0,2–0,4 V) για τέτοιες διόδους εμφανίζεται σε χαμηλές τάσεις, συνήθως 50–60 βολτ. Σε υψηλότερη τιμή, συμπεριφέρονται σαν συνηθισμένες δίοδοι. Αλλά από άποψη ρεύματος, αυτό το κύκλωμα δείχνει πολύ καλά αποτελέσματα, γιατί συχνά είναι απαραίτητο - ειδικά σε κυκλώματα ισχύος, μονάδες ισχύος - το ρεύμα λειτουργίας των ημιαγωγών να είναι τουλάχιστον 10Α.
Ένα άλλο σημαντικό μειονέκτημα: για αυτές τις συσκευές, το αντίστροφο ρεύμα δεν μπορεί να ξεπεραστεί ούτε για μια στιγμή. Αμέσως αποτυγχάνουν, ενώ διόδους πυριτίου, αν δεν έχει ξεπεραστεί η θερμοκρασία τους, αποκαταστήστε τις ιδιότητές τους.
Υπάρχουν όμως περισσότερα θετικά. Εκτός από τη χαμηλή πτώση τάσης, η δίοδος Schottky έχει χαμηλή τιμή χωρητικότητας διασταύρωσης. Όπως γνωρίζετε: χαμηλότερη χωρητικότητα - υψηλότερη συχνότητα. Μια τέτοια δίοδος έχει βρει εφαρμογή σε τροφοδοτικά μεταγωγής, ανορθωτές και άλλα κυκλώματα, με συχνότητες αρκετών εκατοντάδων kilohertz.
Το CVC μιας τέτοιας διόδου έχει ασύμμετρη μορφή. Όταν εφαρμόζεται μια τάση προς τα εμπρός, μπορεί να φανεί ότι το ρεύμα αυξάνεται εκθετικά, και όταν εφαρμόζεται η αντίστροφη τάση, το ρεύμα δεν εξαρτάται από την τάση.
Όλα αυτά εξηγούνται αν γνωρίζετε ότι η αρχή λειτουργίας αυτού του ημιαγωγού βασίζεται στην κίνηση των κύριων φορέων - ηλεκτρονίων. Για τον ίδιο λόγο, αυτές οι συσκευές είναι τόσο γρήγορες: δεν έχουν τις διαδικασίες ανασυνδυασμού που είναι εγγενείς σε συσκευές με διασταυρώσεις pn. Για όλες τις συσκευές με δομή φραγμού, η ασυμμετρία του CVC είναι χαρακτηριστική, επειδή είναι ο αριθμός των φορέων ηλεκτρικού φορτίου που καθορίζει την εξάρτηση του ρεύματος από την τάση.
Μικρογραφία
Με την ανάπτυξη της μικροηλεκτρονικής, άρχισαν να χρησιμοποιούνται ευρέως ειδικά μικροκυκλώματα, μικροεπεξεργαστές ενός τσιπ. Όλα αυτά δεν αποκλείουν τη χρήση αρθρωτών στοιχείων. Ωστόσο, εάν χρησιμοποιούνται ραδιοστοιχεία συνηθισμένων μεγεθών για το σκοπό αυτό, τότε αυτό θα ακυρώσει την όλη ιδέα της μικρογραφίας στο σύνολό της. Ως εκ τούτου, αναπτύχθηκαν μη συσκευασμένα στοιχεία - εξαρτήματα smd, τα οποία είναι 10 ή περισσότερες φορές μικρότερα από τα συμβατικά εξαρτήματα. Τα χαρακτηριστικά I–V τέτοιων εξαρτημάτων δεν διαφέρουν από τα χαρακτηριστικά I–V των συμβατικών συσκευών και οι μειωμένες διαστάσεις τους επιτρέπουν τη χρήση τέτοιων ανταλλακτικών σε διάφορες μικροσυσκευές.
Τα εξαρτήματα smd διατίθενται σε διάφορα μεγέθη. Για χειροκίνητη συγκόλληση ενδείκνυται το μέγεθος smd 1206. Έχουν μέγεθος 3,2 επί 1,6 mm, που τους επιτρέπει να κολληθούν μόνα τους. Άλλα στοιχεία smd είναι πιο μικροσκοπικά, συναρμολογούνται στο εργοστάσιο με ειδικό εξοπλισμό και είναι αδύνατο να τα συγκολλήσετε μόνοι σας στο σπίτι.
Η αρχή λειτουργίας του εξαρτήματος smd επίσης δεν διαφέρει από το μεγάλο αντίστοιχό του και αν, για παράδειγμα, λάβουμε υπόψη το CVC μιας διόδου, τότε θα είναι εξίσου κατάλληλο για ημιαγωγούς οποιουδήποτε μεγέθους. Με ρεύμα, κατασκευάζονται από 1 έως 10 αμπέρ. Η σήμανση στο σώμα συχνά αποτελείται από έναν ψηφιακό κωδικό, η αποκωδικοποίηση του οποίου δίνεται σε ειδικούς πίνακες. Μπορούν να ελεγχθούν για καταλληλότητα από δοκιμαστή, καθώς και μεγάλα ανάλογα.
Χρήση στην πράξη
Οι ανορθωτές Schottky χρησιμοποιούνται σε τροφοδοτικά μεταγωγής, σταθεροποιητές τάσης, ανορθωτές παλμού. Το πιο απαιτητικό ρεύμα - 10A ή περισσότερο - είναι μια τάση 3,3 και 5 βολτ. Σε τέτοια κυκλώματα δευτερεύουσας ισχύος χρησιμοποιούνται συχνότερα οι συσκευές Schottky. Για να ενισχυθούν οι τρέχουσες τιμές, συνδέονται μεταξύ τους σύμφωνα με το σχήμα με μια κοινή άνοδο ή κάθοδο. Εάν κάθε μία από τις διπλές διόδους είναι 10 αμπέρ, τότε θα ληφθεί ένα σημαντικό περιθώριο ασφαλείας.
Μία από τις πιο συνηθισμένες δυσλειτουργίες των μονάδων μεταγωγής ισχύος είναι η αστοχία αυτών των ίδιων διόδων. Κατά κανόνα, είτε διαπερνούν εντελώς είτε διαρρέουν. Και στις δύο περιπτώσεις, η ελαττωματική δίοδος πρέπει να αντικατασταθεί, στη συνέχεια να ελέγξετε τα τρανζίστορ ισχύος με ένα πολύμετρο και επίσης να μετρήσετε την τάση τροφοδοσίας.
Δοκιμή και εναλλαξιμότητα
Οι ανορθωτές Schottky μπορούν να ελεγχθούν με τον ίδιο τρόπο όπως οι συμβατικοί ημιαγωγοί, καθώς έχουν παρόμοια χαρακτηριστικά. Με ένα πολύμετρο, πρέπει να το χτυπήσετε και προς τις δύο κατευθύνσεις - θα πρέπει να εμφανίζεται με τον ίδιο τρόπο όπως μια συμβατική δίοδος: άνοδος-κάθοδος, ενώ δεν πρέπει να υπάρχουν διαρροές. Εάν δείχνει έστω και μια ελαφριά αντίσταση - 2-10 κιλά ohms, αυτό είναι ήδη ένας λόγος υποψίας.
Μια δίοδος με κοινή άνοδο ή κάθοδο μπορεί να δοκιμαστεί όπως δύο συνηθισμένοι ημιαγωγοί συνδεδεμένοι μεταξύ τους. Για παράδειγμα, εάν η άνοδος είναι κοινή, τότε θα είναι ένα σκέλος στα τρία. Βάζουμε έναν αισθητήρα δοκιμής στην άνοδο, τα άλλα πόδια είναι διαφορετικές δίοδοι, ένας άλλος καθετήρας τοποθετείται πάνω τους.
Μπορεί να αντικατασταθεί με άλλο τύπο; Σε ορισμένες περιπτώσεις, οι δίοδοι Schottky αλλάζουν σε συνηθισμένες δίοδοι γερμανίου. Για παράδειγμα, το D305 σε ρεύμα 10 αμπέρ έδωσε πτώση μόνο 0,3 βολτ και σε ρεύματα 2-3 αμπέρ μπορούν γενικά να εγκατασταθούν χωρίς καλοριφέρ. Αλλά ο κύριος στόχος της εγκατάστασης Schottky δεν είναι μια μικρή πτώση, αλλά μια χαμηλή χωρητικότητα, επομένως δεν θα είναι πάντα δυνατή η αντικατάσταση.
Όπως μπορείτε να δείτε, τα ηλεκτρονικά δεν μένουν ακίνητα και οι περαιτέρω επιλογές για τη χρήση συσκευών υψηλής ταχύτητας θα αυξηθούν μόνο, καθιστώντας δυνατή την ανάπτυξη νέων, πιο περίπλοκων συστημάτων.
Κατά τη συναρμολόγηση τροφοδοτικών και μετατροπέων τάσης για ενισχυτές αυτοκινήτων, υπάρχει συχνά πρόβλημα με την ανόρθωση του ρεύματος από τον μετασχηματιστή. Η απόκτηση ισχυρών παλμικών διόδων είναι ένα αρκετά σοβαρό πρόβλημα, γι' αυτό αποφάσισα να εκτυπώσω ένα άρθρο που παρέχει μια πλήρη λίστα και παραμέτρους ισχυρών διόδων Schottky. Πριν λίγο καιρό προσωπικά είχα πρόβλημα με τον ανορθωτή μετατροπέα για αυτόματο ενισχυτή. Ο μετατροπέας είναι αρκετά ισχυρός (500-600 watt), η συχνότητα τάσης εξόδου είναι 60 kHz, οποιαδήποτε κοινή δίοδος που μπορεί να βρεθεί στα παλιά σκουπίδια θα καεί αμέσως σαν ένα σπίρτο. Η μόνη διαθέσιμη επιλογή εκείνη την εποχή ήταν το εγχώριο KD213A. Οι δίοδοι είναι αρκετά καλές, κρατούν έως και 10 αμπέρ, συχνότητα λειτουργίαςεντός 100 kHz, αλλά υπερθερμάνθηκαν επίσης τρομερά υπό φορτίο.
Στην πραγματικότητα, ισχυρές δίοδοι μπορούν να βρεθούν σχεδόν σε όλους. Ένα PSU υπολογιστή είναι αυτό που τροφοδοτεί έναν ολόκληρο υπολογιστή. Κατά κανόνα, κατασκευάζονται με ισχύ από 200 watt έως 1 kW ή περισσότερο, και δεδομένου ότι ο υπολογιστής τροφοδοτείται από συνεχές ρεύμα, άρα πρέπει να υπάρχει ανορθωτής στο τροφοδοτικό. Στα σύγχρονα τροφοδοτικά, χρησιμοποιούνται ισχυροί ανορθωτές για την ανόρθωση της τάσης. συγκροτήματα διόδων Schottky - είναι αυτοί που έχουν την ελάχιστη πτώση τάσης στη διασταύρωση και την ικανότητα να εργάζονται σε παλμικά κυκλώματα, όπου η συχνότητα λειτουργίας είναι πολύ υψηλότερη από το δίκτυο 50 Hertz. Πρόσφατα, πολλά τροφοδοτικά μεταφέρθηκαν δωρεάν, από όπου αφαιρέθηκαν οι δίοδοι για αυτήν τη σύντομη αναθεώρηση. ΣΤΟ μπλοκ υπολογιστήτροφοδοτικό, μπορείτε να βρείτε μια ποικιλία συγκροτημάτων διόδων, δεν υπάρχουν σχεδόν μεμονωμένες δίοδοι εδώ - σε μια περίπτωση υπάρχουν δύο ισχυρές δίοδοι, συχνά (σχεδόν πάντα) με κοινή κάθοδο. Εδώ είναι μερικά από αυτά:
D83-004 (ESAD83-004)- Ισχυρή συναρμολόγηση διόδων Schottky, αντίστροφη τάση 40 Volt, αποδεκτό ρεύμα 30Α, σε παλμική λειτουργία έως 250Α - ίσως μια από τις πιο ισχυρές διόδους που μπορεί κανείς να βρει σε τροφοδοτικά υπολογιστών.
STPS3045CW- Διπλή δίοδος Schottky, ανορθωμένο ρεύμα 15A, τάση προς τα εμπρός 570 mV, ρεύμα αντίστροφης διαρροής 200μA, αντίστροφη τάση DC 45V.
Οι κύριες δίοδοι Schottky που βρίσκονται σε τροφοδοτικά
Schottky TO-220 SBL2040CT 10A x 2 =20A 40V Vf=0,6V στα 10A
Schottky TO-247 S30D40 15A x 2 =30A 40V Vf=0,55V στα 15A
Ultrafast TO-220 SF1004G 5A x 2 =10A 200V Vf=0,97V στα 5A
Ultrafast TO-220 F16C20C 8A x 2 =16A 200V Vf=1,3V στα 8A
Ultrafast SR504 5A 40V Vf=0,57
Schottky TO-247 40CPQ060 20A x 2 =40A 60V Vf=0,49V στα 20A
Schottky TO-247 STPS40L45C 20A x 2 =40A 45V Vf=0,49V
Ultrafast TO-247 SBL4040PT 20A x 2 =40A 45V Vf=0,58V στα 20A
Schottky TO-220 63CTQ100 30A x 2 =60A 100Vf=0,69V στα 30A
Schottky TO-220 MBR2545CT 15A x 2 =30A 45V Vf=0,65V στα 15A
Schottky TO-247 S60D40 30A x 2 =60A 40-60V Vf=0,65V στα 30A
Schottky TO-247 30CPQ150 15A x 2 =30A 150V Vf=1V στα 15A
Schottky TO-220 MBRP3045N 15A x 2 =30A 45V Vf=0,65V στα 15A
Schottky TO-220 S20C60 10A x 2 =20A 30-60V Vf=0,55V στα 10A
Schottky TO-247 SBL3040PT 15A x 2 =30A 30-40V Vf=0,55V στα 15A
Schottky TO-247 SBL4040PT 20A x 2 =40A 30-40V Vf=0,58V στα 20A
Ultrafast TO-220 U20C20C 10A x 2 =20A 50-200V Vf=0,97V στα 10A
Υπάρχουν επίσης σύγχρονα οικιακά συγκροτήματα διόδων για υψηλό ρεύμα. Εδώ είναι τα σημάδια και το εσωτερικό τους διάγραμμα:
Επίσης διαθέσιμο , το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί, για παράδειγμα, στο PSU ενισχυτών σωλήνων και άλλου εξοπλισμού με αυξημένη ισχύ. Η λίστα είναι η παρακάτω:
Δίοδοι Schottky υψηλής τάσης έως 1200 V
Αν και είναι προτιμότερο να χρησιμοποιείτε διόδους Schottky σε ισχυρούς ανορθωτές χαμηλής τάσης με τάσεις εξόδου μερικές δεκάδες βολτ, σε υψηλές συχνότητες μεταγωγής.