Dioda Schottky'ego - charakterystyka, parametry i zastosowania

Dioda jest jednym z podstawowych elementów, które są powszechnie stosowane w projektach obwodów elektronicznych, można ją powszechnie znaleźć w prostownikach, cęgach, zaciskach i wielu innych powszechnie stosowanych obwodach. Jest to dwuzaciskowe urządzenie półprzewodnikowe, które umożliwia przepływ prądu tylko w jednym kierunku, czyli od anody do katody (+ do -) i blokuje przepływ prądu w kierunku odwrotnym, tj. Od katody do anody. Powodem tego jest to, że ma ok. Zero oporu w kierunku do przodu, podczas gdy nieskończony opór w kierunku wstecznym. Istnieje wiele rodzajów diod, z których każda ma swoje unikalne właściwości i zastosowania. Dowiedzieliśmy się już o diodach Zenera i ich działaniu, w tym artykule dowiemy się o innym ciekawym typie diody zwanej diodą Schottky'ego i jak można ją wykorzystać w naszych projektach obwodów.

Dioda Schottky'ego (nazwana na cześć niemieckiego fizyka Waltera H.Schottky'ego) to inny rodzaj diody półprzewodnikowej, ale zamiast złącza PN, dioda Schottky'ego ma złącze metal-półprzewodnik, co zmniejsza pojemność i zwiększa prędkość przełączania diody Schottky'ego, odróżnia go od innych diod. Dioda Schottky'ego ma również inne nazwy, takie jak dioda z barierą powierzchniową, dioda z barierą Schottky'ego, gorący nośnik lub dioda z gorącymi elektronami.

Symbol diody Schottky'ego

Symbol diody Schottky'ego jest oparty na ogólnym symbolu diody, ale zamiast linii prostej ma strukturę podobną do litery S na ujemnym końcu diody, jak pokazano poniżej. Ten schematyczny symbol można łatwo wykorzystać do odróżnienia diody Schottky'ego od innych diod podczas czytania schematu obwodu. W całym artykule będziemy porównywać diodę Schottky'ego ze zwykłą diodą dla lepszego zrozumienia.

Nawet po fizycznym wyglądzie elementu dioda Schottky'ego wygląda podobnie do zwykłej diody i często trudno jest stwierdzić różnicę bez odczytania na niej numeru części. Ale w większości przypadków dioda Schottky'ego wydaje się nieco nieporęczna niż zwykłe diody, ale nie zawsze musi tak być. Obraz wyprowadzeń diody Schottky'ego pokazano poniżej.

Co sprawia, że dioda Schottky'ego jest wyjątkowa?

Jak wspomniano wcześniej, dioda Schottky'ego wygląda i działa bardzo podobnie do zwykłej diody, ale wyjątkową cechą diody Schottky'ego jest jej bardzo niski spadek napięcia i duża prędkość przełączania. Aby lepiej to zrozumieć, podłączmy diodę Schottky'ego i zwykłą diodę do identycznego obwodu i sprawdźmy, jak to działa.

Na powyższych obrazach mamy dwa obwody, jeden dla diody Schottky'ego, a drugi dla typowej diody złączowej PN. Obwody te posłużą do różnicowania spadków napięcia na obu diodach. Tak więc lewy obwód jest dla diody Schottky'ego, a prawy dla typowej diody złączowej PN. Obie diody zasilane są napięciem 5V. Gdy prąd przepływa z obu diod, dioda Schottky'ego ma tylko 0,3 V spadek napięcia i pozostawia 4,7 V dla obciążenia, z drugiej strony typowa dioda złączowa PN ma spadek napięcia o 0,7 V i pozostawia 4,3 V dla obciążenia. Tak więc dioda Schottky'ego ma mniejszy spadek napięcia niż konwencjonalna dioda złączowa PN. Oprócz spadku napięcia dioda Schottky'ego ma również inne zalety na typowej diodzie złączowej PN, takiej jak dioda Schottky'ego.szybsza częstotliwość przełączania, mniej szumów i lepsza wydajność niż typowa dioda złączowa PN.

Wady diody Schottky'ego

Jeśli dioda Schottky'ego ma bardzo niski spadek napięcia i dużą prędkość przełączania, oferując lepszą wydajność, to dlaczego w ogóle potrzebujemy standardowych diod złączowych PN? Dlaczego po prostu nie używamy diody Schottky'ego we wszystkich projektach obwodów?

Chociaż prawdą jest, że diody Schottky'ego są lepsze niż diody złączowe PN i powoli stają się bardziej preferowane niż diody złączowe PN. Dwie główne przeszkody dla diody Schottky'ego to niskie napięcie przebicia wstecznego i wysoki prąd upływu w kierunku wstecznym w porównaniu z diodą standardową. To sprawia, że nie nadaje się do zastosowań przełączania wysokiego napięcia. Również diody Schottky'ego są stosunkowo droższe niż zwykłe diody prostownicze.

Dioda Schottky'ego a dioda prostownicza

Krótkie porównanie diody PN i diody Schottky'ego przedstawiono w poniższej tabeli:

PN- Dioda połączeniowa	Dioda Schottky'ego

Dioda złączowa PN jest urządzeniem bipolarnym, co oznacza , że przewodzenie prądu zachodzi z powodu zarówno mniejszościowych, jak i większościowych nośników ładunku.	W przeciwieństwie do diody złączowej PN, dioda Schottky'ego jest urządzeniem jednobiegunowym, co oznacza , że przewodzenie prądu zachodzi tylko z powodu większości nośników ładunku.
Dioda połączeniowa PN-Junction posiada złącze półprzewodnik-półprzewodnik.	Podczas gdy dioda Schottky'ego ma połączenie metal-półprzewodnik.
PN- Dioda złączowa ma duży spadek napięcia.	Dioda Schottky'ego ma niewielki spadek napięcia.
Wysokie straty stanu.	Niskie straty stanu.
Wolna prędkość przełączania.	Szybka prędkość przełączania.
Wysokie napięcie włączenia (0,7 V)	Niskie napięcie włączenia (0,2 V)
Wysokie odwrotne napięcie blokujące	Niskie odwrotne napięcie blokujące
Niski prąd wsteczny	Wysoki prąd wsteczny

Struktura diody Schottky'ego

Diody Schottky'ego są zbudowane przy użyciu złącza metal-półprzewodnik, jak pokazano na poniższym obrazku. Diody Schottky'ego mają związek metalu po jednej stronie złącza i domieszkowany krzem po drugiej stronie, dlatego dioda Schottky'ego nie ma warstwy zubożonej. Ze względu na tę właściwość diody Schottky'ego są znane jako urządzenia jednobiegunowe, w przeciwieństwie do typowych diod złączowych PN, które są urządzeniami bipolarnymi.

Podstawową strukturę diody Schottky'ego pokazano na powyższym obrazku. Jak widać na obrazku, dioda Schottky'ego ma po jednej stronie związek metalu, który może wahać się od platyny do wolframu, molibdenu, złota itp., A po drugiej stronie półprzewodnik typu N. Kiedy związek metalu i półprzewodnik typu N są połączone, tworzą połączenie Metal-Półprzewodnik. To skrzyżowanie jest znane jako Schottky Barrier. Szerokość bariery Schottky'ego zależy od rodzaju metalu i materiałów półprzewodnikowych, które są używane do tworzenia połączeń.

Schottky Barrier działa inaczej w stanie nieobciążonym, z tendencją do przodu lub do tyłu. W stanie polaryzacji do przodu, gdy biegun dodatni akumulatora jest podłączony do metalu, a zacisk ujemny do półprzewodnika typu n, dioda Schottky'ego umożliwia przepływ prądu. Ale w stanie odwrotnego polaryzacji, gdy biegun dodatni akumulatora jest połączony z półprzewodnikiem typu n, a zacisk ujemny jest połączony z metalem, dioda Schottky'ego blokuje przepływ prądu. Jeśli jednak napięcie spolaryzowane odwrotnie wzrośnie powyżej określonego poziomu, przełamie barierę, a prąd zacznie płynąć w odwrotnym kierunku, co może uszkodzić elementy podłączone do diody Schottky'ego.

Charakterystyka Diody Schottky'ego VI

Jedną z ważnych cech, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze diody, jest wykres napięcia w przód (V) w porównaniu z prądem w przód (I). Wykres VI najpopularniejszych diod Schottky'ego 1N5817, 1N5818 i 1N5819 pokazano poniżej

Charakterystyka VI diody Schottky'ego jest bardzo podobna do typowej diody złączowej PN. Mając niski spadek napięcia niż typowa dioda złączowa PN, dioda Schottky'ego zużywa mniej napięcia niż typowa dioda. Z powyższego wykresu widać, że 1N517 ma najmniejszy spadek napięcia do przodu w porównaniu z pozostałymi dwoma, można również zauważyć, że spadek napięcia rośnie wraz ze wzrostem prądu płynącego przez diodę. Nawet dla 1N517 przy maksymalnym prądzie 30 A spadek napięcia na nim może osiągnąć nawet 2 V. Stąd te diody są zwykle używane w aplikacjach niskoprądowych.

Parametry, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze diody Schottky'ego

Każdy inżynier projektujący musi wybrać odpowiednią diodę Schottky'ego zgodnie z potrzebami swojego zastosowania. W przypadku projektów prostowników wymagane będą diody o wysokim napięciu, niskim / średnim prądzie i niskiej częstotliwości. W przypadku projektów przełączających częstotliwość znamionowa diody powinna być wysoka.

Poniżej wymieniono niektóre typowe i ważne parametry diody, o których należy pamiętać:

Spadek napięcia do przodu: napięcie spadające, aby włączyć diodę spolaryzowaną do przodu, to spadek napięcia do przodu. Różni się w zależności od różnych diod. W przypadku diody Schottky'ego zakłada się, że napięcie włączenia wynosi zwykle około 0,2 V.

Odwrotne napięcie przebicia: Określona wielkość odwrotnego napięcia polaryzacji, po której dioda ulega awarii i zaczyna przewodzić w odwrotnym kierunku, nazywa się odwrotnym napięciem przebicia. Odwrotne napięcie przebicia dla diody Schottky'ego wynosi około 50 woltów.

Czas powrotu do tyłu: jest to czas potrzebny do przełączenia diody ze stanu przewodzenia do przodu lub stanu „ON” do stanu „OFF” do tyłu. Najważniejszą różnicą między typową diodą złączową PN a diodą Schottky'ego jest czas powrotu do tyłu. W typowej diodzie złącza PN czas powrotu do tyłu może wahać się od kilku mikrosekund do 100 nanosekund. Diody Schottky'ego nie mają czasu przywracania, ponieważ dioda Schottky'ego nie ma obszaru zubożenia na złączu.

Odwrotny prąd upływu: Prąd przewodzony z urządzenia półprzewodnikowego w odwrotnym polaryzacji jest odwrotnym prądem upływu. W diodzie Schottky'ego podniesienie temperatury znacznie zwiększy wsteczny prąd upływu.

Zastosowania diody Schottky'ego

Diody Schottky'ego mają wiele zastosowań w przemyśle elektronicznym ze względu na swoje unikalne właściwości. Oto niektóre aplikacje:

1. Obwody zaciskania / obcinania napięcia

Obwody Clipper i obwody Clamper są powszechnie używane w aplikacjach kształtowania fali. Dzięki właściwościom niskiego spadku napięcia dioda Schottky'ego jest użyteczna jako dioda zaciskowa.

2. Ochrona przed prądem wstecznym i rozładowaniem

Jak wiemy, dioda Schottky'ego nazywana jest również diodą blokującą, ponieważ blokuje przepływ prądu w kierunku wstecznym; może być używany jako ochrona przed rozładowaniem. Na przykład w awaryjnej lampie błyskowej dioda Schottky'ego jest używana między superkondensatorem a silnikiem prądu stałego, aby zapobiec rozładowaniu superkondensatora przez silnik prądu stałego.

3. Obwody próbkowania i utrzymywania

Dioda Schottky'ego spolaryzowana w przód nie ma żadnych nośników ładunku mniejszości, dzięki czemu mogą przełączać się szybciej niż typowe diody złączowe PN. Tak więc diody Schottky'ego są używane, ponieważ mają krótszy czas przejścia od próbki do kroku wstrzymania, co skutkuje dokładniejszą próbką na wyjściu.

4. Prostownik mocy

Diody Schottky'ego mają wysoką gęstość prądu, a niski spadek napięcia przewodzenia oznacza, że marnuje się mniej energii niż typowa dioda złączowa PN, co sprawia, że diody Schottky'ego są bardziej odpowiednie dla prostowników mocy.

Ponadto można znaleźć praktyczne implementacje Diody w wielu obwodach, klikając link.