Schottkyho dióda - charakteristika, parametre a použitie

Dióda je jednou zo základných súčastí, ktoré sa bežne používajú v dizajnoch elektronických obvodov, možno ju bežne nájsť v usmerňovačoch, nožniciach, svorkách a mnohých ďalších bežne používaných obvodoch. Jedná sa o dvojvodičové polovodičové zariadenie, ktoré umožňuje tok prúdu iba v jednom smere, ktorý je z anódy na katódu (+ až -), a blokuje tok prúdu v opačnom smere, tj. Z katódy na anódu. Dôvod, že má cca. Nulový odpor v smere dopredu, zatiaľ čo nekonečný odpor v opačnom smere. Existuje veľa druhov diód, z ktorých každá má svoju jedinečnú vlastnosť a aplikácie. O Zenerových diódach a ich fungovaní sme sa už dozvedeli, v tomto článku sa dozvieme o ďalšom zaujímavom type diódy s názvom Schottkyho dióda a o tom, ako ju možno použiť v našich návrhoch obvodov.

Schottkyho dióda (pomenovaná podľa nemeckého fyzika Waltera H. Schottkyho) je ďalším typom polovodičovej diódy, ale namiesto PN spojenia má Schottkyho dióda kovovo-polovodičovú križovatku, ktorá znižuje kapacitu a zvyšuje spínaciu rýchlosť Schottkyho diódy. odlišuje sa od ostatných diód. Schottkyho dióda má aj ďalšie názvy, ako je povrchová bariéra, dióda Schottkyho bariéra, horúci nosič alebo horúca elektrónová dióda.

Symbol Schottkyho diódy

Symbol Schottkyho diódy je založený na všeobecnom symbole diódy, ale namiesto priamky má štruktúru ako S na negatívnom konci diódy, ako je uvedené nižšie. Tento schematický symbol možno ľahko použiť na odlíšenie Schottkyho diódy od ostatných diód pri čítaní schémy zapojenia. V celom článku budeme pre lepšie pochopenie porovnávať Schottkyho diódu s bežnou diódou.

Aj podľa fyzického vzhľadu komponentu vyzerá Schottkyho dióda podobne ako generická dióda a často je ťažké spoznať rozdiel bez toho, aby ste na nej prečítali číslo dielu. Väčšinou sa ale Schottkyho dióda javí trochu objemnejšia ako bežné diódy, ale nemusí to tak vždy byť. Schottkyho dióda pinov ako je uvedený nižšie.

Čím je Schottkyho dióda výnimočná?

Ako už bolo spomenuté, Schottkyho dióda vyzerá a funguje veľmi podobne ako generická dióda, ale jedinečnou charakteristikou Schottkyho diódy je jej veľmi nízky pokles napätia a vysoká rýchlosť prepínania. Aby ste tomu lepšie porozumeli, nechajte Schottkyho diódu a generickú diódu pripojiť k identickému obvodu a skontrolujte ich výkon.

Na vyššie uvedených obrázkoch máme dva obvody, jeden pre Schottkyho diódu a druhý pre typickú prechodovú diódu PN. Tieto obvody sa použijú na rozlíšenie poklesov napätia v oboch diódach. Ľavý obvod je teda pre Schottkyho diódu a pravý pre typickú prechodovú PN diódu. Obe diódy sú napájané 5V. Keď je prúd vedený z oboch diód, Schottkyho dióda má iba pokles napätia o 0,3 voltu a ponecháva 4,7 voltu pre záťaž, na druhej strane typická prechodová dióda PN má pokles napätia o 0,7 voltu a ponecháva 4,3 voltu pre záťaž. Schottkyho dióda má teda nižší pokles napätia ako bežná prechodová PN dióda. Okrem poklesu napätia má Schottkyho dióda tiež niektoré ďalšie výhody, ktoré má typická prechodová PN dióda, ako je Schottkyho dióda.rýchlejšia spínacia frekvencia, menej šumu a lepší výkon ako typická prechodová dióda PN.

Nevýhody Schottkyho diódy

Ak má Schottkyho dióda veľmi nízky pokles napätia a vysokú rýchlosť spínania, ktoré ponúkajú lepší výkon, tak prečo potrebujeme vôbec všeobecné prechodové diódy PN? Prečo jednoducho nepoužívame Schottkyho diódu pre všetky konštrukcie obvodov?

Aj keď je pravda, že Schottkyho diódy sú lepšie ako prechodové PN diódy a pomaly sú uprednostňované pred prechodovou PN diódou. Dve hlavné nevýhody Schottkyho diódy sú jej prierezové napätie s nízkym spätným chodom a zvodový prúd s vysokým spätným chodom v porovnaní s generickou diódou. Preto nie je vhodný pre aplikácie spínania vysokého napätia. Tiež Schottkyho diódy sú porovnateľne nákladnejšie ako bežné usmerňovacie diódy.

Schottkyho dióda vs usmerňovacia dióda

Krátke porovnanie medzi PN diódou a Schottkyho diódou je uvedené v nasledujúcej tabuľke:

PN- prechodová dióda	Schottkyho dióda
Dióda PN-prechod je bipolárne zariadenie, čo znamená, že vedenie prúdu sa deje v dôsledku menšinových aj väčšinových nosičov náboja.	Na rozdiel od prechodovej PN diódy je Schottkyho dióda unipolárne zariadenie, čo znamená, že vedenie prúdu sa deje iba kvôli väčšine nosičov náboja.
Dióda PN- Junction má spojenie Semiconductor- Semiconductor.	Zatiaľ čo Schottkyho dióda má spojenie kov - polovodič.
Dióda PN- Junction má veľký pokles napätia.	Schottkyho dióda má malý pokles napätia.
Vysoko na straty štátu.	Nízke straty štátu.
Pomalá rýchlosť prepínania.	Vysoká rýchlosť prepínania.
Vysoké zapínacie napätie (0,7 voltu)	Nízke zapínacie napätie (0,2 voltu)
Vysoké reverzné blokovacie napätie	Nízke reverzné blokovacie napätie
Nízky spätný prúd	Vysoký reverzný prúd

Štruktúra Schottkyho diódy

Schottkyho diódy sú konštruované pomocou spojenia kov-polovodič, ako je znázornené na obrázku nižšie. Schottkyho diódy majú na jednej strane spoja zlúčeninu kovu a na druhej strane dotovaný kremík, preto Schottkyho dióda nemá vrstvu vyčerpania. Kvôli tejto vlastnosti sú Schottkyho diódy známe ako unipolárne zariadenia, na rozdiel od typických prechodových PN diód, ktoré sú bipolárnymi zariadeniami.

Na vyššie uvedenom obrázku je znázornená základná štruktúra Schottkyho diódy. Ako vidíte na obrázku, Schottkyho dióda má na jednej strane zlúčeninu kovu, ktorá sa môže pohybovať od platiny po volfrám, molybdén, zlato atď., A polovodič typu N na druhej strane. Keď sa zlúčenina kovu a polovodič typu N spoja, vytvoria spojenie Metal-Semiconductor. Táto križovatka je známa ako Schottkyho bariéra. Šírka Schottkyho bariéry závisí od typu kovu a polovodičových materiálov, ktoré sa používajú pri vytváraní spojov.

Schottkyho bariéra funguje inak v nestrannom stave, so skreslením dopredu alebo skreslenie. V stave predpätia, keď je kladný pól batérie pripojený k kovu a záporný pól je pripojený k polovodiču typu n, umožňuje Schottkyho dióda prúdiť prúd. Ale v stave reverzného skreslenia, keď je kladná svorka batérie pripojená k polovodiču typu n a záporná svorka je spojená s kovom, Schottkyho dióda zablokuje tok prúdu. Ak sa však napätie s reverzným predpätím zvýši nad konkrétnu úroveň, prelomí bariéru a prúd začne prúdiť v opačnom smere, čo môže poškodiť komponenty pripojené k Schottkyho dióde.

Vlastnosti Schottkyho diódy VI

Jednou z dôležitých charakteristík, ktorú je potrebné zohľadniť pri výbere diódy, je graf dopredného napätia (V) a dopredného prúdu (I). Graf VI najpopulárnejších Schottkyho diód 1N5817, 1N5818 a 1N5819 je uvedený nižšie.

VI charakteristiky Schottkyho diódy sú veľmi podobné typickým PN-prechodovým diódam. Nízky pokles napätia ako typická prechodová PN dióda umožňuje, aby Schottkyho dióda spotrebovala menšie napätie ako typická dióda. Z vyššie uvedeného grafu môžete vidieť, že 1N517 má najmenší pokles napätia vpred v porovnaní s ostatnými dvoma, možno tiež poznamenať, že pokles napätia sa zvyšuje so zvyšovaním prúdu cez diódu. Aj pre 1N517 pri maximálnom prúde 30A môže pokles napätia na ňom dosiahnuť až 2V. Preto sa tieto diódy bežne používajú v slaboprúdových aplikáciách.

Parametre, ktoré je potrebné zohľadniť pri výbere Schottkyho diódy

Každý dizajnér musí zvoliť správnu Schottkyho diódu podľa potreby svojej aplikácie. Pre návrhy opráv je potrebné použiť vysokonapäťové, nízko / strednoprúdové a nízkofrekvenčné diódy. Pri prepínaní je potrebné, aby frekvencia diódy bola vysoká.

Nižšie sú uvedené niektoré bežné a dôležité parametre diódy, na ktoré by ste mali pamätať:

Pokles napätia vpred: Pokles napätia pri zapnutí diódy s predpätím vpred je poklesom napätia vpred. Líši sa podľa rôznych diód. Pre Schottkyho diódu sa obvykle predpokladá, že zapínacie napätie je okolo 0,2 V.

Reverzné poruchové napätie: Konkrétne množstvo reverzného predpätia, po ktorom sa dióda rozpadne a začne viesť v opačnom smere, sa nazýva reverzné poruchové napätie. Reverzné prierazné napätie pre Schottkyho diódu je okolo 50 voltov.

Doba spätného zotavenia: Je to čas potrebný na prepnutie diódy z jej vodivého stavu doľava alebo do polohy „ZAPNUTÉ“ do opačného stavu „VYP“. Najdôležitejším rozdielom medzi typickou prechodovou PN diódou a Schottkyho diódou je doba spätného zotavenia. V typickom prípade prechodovej PN diódy sa doba spätného zotavenia môže pohybovať od niekoľkých mikrosekúnd do 100 nanosekúnd. Schottkyho diódy nemajú čas na zotavenie, pretože Schottkyho dióda nemá vyčerpanú oblasť na križovatke.

Reverzný zvodový prúd: Prúd vedený z polovodičového zariadenia so spätným predpätím je spätný zvodový prúd. V Schottkyho dióde zvýšenie teploty výrazne zvýši reverzný zvodový prúd.

Aplikácia Schottkyho diódy

Schottkyho diódy majú veľa aplikácií v elektronickom priemysle pre svoje jedinečné vlastnosti. Niektoré z týchto aplikácií:

1. Obvody na upínanie / obmedzovanie napätia

Clipper obvody a upínacie obvody sa bežne používajú v aplikáciách tvarovania vĺn. Vďaka vlastnosti nízkeho poklesu napätia je Schottkyho dióda užitočná ako upínacia dióda.

2. Ochrana proti spätnému prúdu a výboju

Ako vieme, Schottkyho dióda sa nazýva aj blokovacia dióda, pretože blokuje tok prúdu v opačnom smere; môže byť použitý ako ochrana proti vybitiu. Napríklad v prípade núdzového blesku sa medzi superkondenzátorom a jednosmerným motorom používa Schottkyho dióda, aby sa zabránilo vybíjaniu superkondenzátora cez jednosmerný motor.

3. Obvody vzorkovania a zadržania

Schottkyho dióda s predpätím vpred nemá žiadne menšinové nosiče náboja a vďaka tomu môžu prepínať rýchlejšie ako bežné prechodové diódy PN. Používajú sa teda Schottkyho diódy, pretože majú kratší čas prechodu zo vzorky do kroku zadržania a výsledkom je presnejšia vzorka na výstupe.

4. Výkonový usmerňovač

Schottkyho diódy majú vysokú prúdovú hustotu a malý pokles napätia vpred znamená, že sa míňa zbytočne menej energie ako pri typickej prechodovej PN dióde, a preto sú schottkyho diódy vhodnejšie pre výkonové usmerňovače.

Ďalej nájdete praktickú implementáciu diódy v mnohých obvodoch pomocou odkazu.