Акционерное общество «фрязинский завод мощных транзисторов»

Применение диодов Шоттки

Компоненты активно эксплуатируются в составе разных приборов и оборудования:

• компьютерная техника и бытовая электроника;
• силовые высокочастотные выпрямители;
• солнечные батареи и приемники излучения;
• радиоаппаратура и телевизионное оборудование;
• усилители звука и МОП-транзисторы;
• стабилизаторы и БП.

Изделия эксплуатируются везде, где требуется минимальное прямое падение напряжения. Популярность обусловлена преимуществами диодов Шоттки, которые позволяют восстанавливать обратное сопротивление электрического тока, стабилизировать напряжение, принимать на себя излучения, а также увеличить эффективность конечных приборов.

Несмотря на преимущества, такие приборы обладают недостатками. Но их всего два:

• в случае повышения температуры фиксируется значительное возрастание обратного тока;
• пробой необратим в случаях кратковременного превышения критического напряжения.

Существует три основные неисправности, которые могут произойти с диодами данного типа: обрыв, пробой и утечка (выявить сложнее всего). Диагностика осуществляется при помощи универсального тестера (мультиметр). Для получения точных результатов проверка потребует пайки и измерения обратного сопротивления. В случае использования типового тестера следует учитывать указанный показатель электрического тока.

Диагностика диодов Шоттки

Можно провести диагностику электронного элемента Шоттки, если возникнет такая необходимость, но на это уйдет немного времени. Прежде всего, необходимо выпаять один элемент из диодного моста или электронной схемы. Осмотреть визуально и проверить тестером. В результате этих простых технических операций узнаете исправный ли полупроводник или нет. Хотя и необязательно выпаивать всю сборку, ведь это лишняя работа, а самое главное — затраты времени.

Также можно проверить данный диод или диодный мост мультиметром, при этом учитывайте то, что на приборе изготовитель пишет ток сбоку. Мы включаем мультиметр и подводим его щупы к концам анода и катода, и он покажет нам напряжение диода.

Иногда бывает так, что диод Шоттки может стать неисправным по некоторым причинам. Рассмотрим их:

1. Если в полупроводниковом элементе возникнет пробоина, то он просто перестает держать ток и становится проводником.
2. Если в полупроводнике или диодном мосту возникнет обрыв, тогда он вообще перестанет пропускать ток.

Причем в обоих случаях запаха гари вы не почувствуете и дыма не увидите, так как в корпусе встроена специальная защита против таких происшествий. Если вдруг в одном транзисторе сгорел вышесказанный диод, то убедитесь, что это единственное устройство, где вы нашли неисправность, потому что диоды обязательно нужно проверять все.

Хотя иногда может и не быть такой возможности для того, чтобы проверить диоды на исправность, когда это будет необходимо. Иногда бывает так, что компьютер начинает тормозить, включаться очень долго, «зависает». Возможно, дело связано именно с диодами, и каждый может разобрать процессор и посмотреть, что внутри случилось.

Принцип действия

Принцип работы диода Шоттки почти не отличается от полупроводниковых диодов. Особенностью является наличие металла. В обычном полупроводнике используется 2 вещества, которые формируют внутри себя электроны с положительным и отрицательным зарядом. При прохождении электрического тока, часть заряда теряется на образование этих электронов.

В диоде Шоттки используется металл и полупроводник. В качестве металлического барьера при производстве используют золото, кремний, германий. Диод также состоит из анода и катода. При подаче напряжения на анод, металл создает магнитный барьер для прямого прохождения напряжения. На его поверхности создаются электроны с отрицательным зарядом. При образовании значительного магнитного поля элемент импульсно разряжается. Такой разряд способен повторятся бесконечное количество раз, при условии соблюдения рабочего напряжения и температуры.

Наиболее комфортным напряжением для этого типа диодов является параметр 40–60 вольт. Именно это напряжение позволяет осуществлять переход без потери доли напряжения и без увеличения температуры.

Температура также играет значительную роль для быстрого перехода зарядов. При малом напряжении на входе создается повышение температуры. За счет этого увеличивается количество заряженных электронов, которые быстрее преодолевают металлический барьер.

Общая информация

Свое название эти детали получили в честь немецкого ученого В. Шоттки, за которым числится заслуга определения свойств барьерной области в месте соприкосновения полупроводящего элемента с металлом. В роли первого в диодных изделиях часто выступает арсенид галлия. Иногда применяется и кремниевый полупроводник. Металлические детали могут быть платиновыми или серебряными, реже встречаются варианты из золота.

Вариант для поверхностного монтажа

По своим параметрам данные изделия во многом отличаются от диодов из кремния, использующих p–n переход:

1. Они обладают небольшим значением емкости перехода. Это дает возможность работы в условиях высоких частот, позволяет применять эти компоненты для создания цифровых схем.
2. Когда изделие Шоттки подключается прямо, напряжение снижается на величину, в 2-3 раза меньшую, чем при включении стандартного изделия, предназначенного для выпрямления. Из-за этого феномена они более продуктивны в ситуации прохождения прямого тока, так как меньшее значение падения предполагает, что потери тепла, рассеиваемого в окружающую среду, будут значительно ниже. Но, если показатель обратного напряжения существенно растет, обгоняя значение в сотню вольт, величина падения также растет и становится несильно отличимой от ситуации использования традиционного диода. Данный эффект обусловливает границы оптимального напряжения эксплуатации данного типа диодных элементов: их лучше выбирать тогда, когда напряжение исчисляется десятками вольт.
3. Также эти диоды отличаются быстротой восстановления, поэтому их можно использовать в конфигурациях, выпрямляющих напряжение до 100 килогерц и выше. Благодаря отсутствию диффузного процесса сторонних носителей электрического заряда, данные диодные компоненты отличаются повышенным быстродействием.

Важно! В ситуации, когда средний ток равен одной единице измерения (1 А), а обратный параметр напряженности не превышает 40 В, часто устанавливают модель in5819. Она выпускается в двух исполнениях

SMD-вариант для поверхностной установки имеет пластмассовый корпус и снабжается маркировкой SS14. Цилиндрический вариант с длинными «усиками»-выводами, предназначенными для продевания в подготовленные отверстия на плате, также имеет корпус из пластика.

Традиционное исполнение данного диода

https://youtube.com/watch?v=HUV4NQCQoK0

Что это такое

Это полупроводниковый диод с минимальным падением уровня напряжения во время прямого включения. Он имеет две главные составляющие: собственно, полупроводник и металл. Как известно, допустимый уровень обратного напряжения в любых промышленных электронный устройствах составляет 250 В. Такое U находит практическое применение в любой низковольтной цепи, препятствуя обратному течению тока.

Структура самого устройства несложна и выглядит следующим образом:

• полупроводник,
• стеклянная пассивация,
• металл,
• защитное кольцо.

При прохождении электрического тока по цепи положительные и отрицательные заряды скапливаются по всему периметру устройства, включая защитное кольцо. Скопление частиц происходит в различных элементах диода. Это обеспечивает возникновение электрического поля с последующим выделением определенного количества тепла.

Преимущества и недостатки диода Шоттки

Одним из главных преимуществ использования диода Шоттки вместо обычного диода является низкое сопротивление его перехода металл-полупроводник, приводящее к тому, что напряжение падает при его прямом включении. Таким образом диод Шоттки потребляет меньшее напряжение, чем обычный диод. На его p-n-переходе падает лишь 0,3-0,4 В. На графике ниже вы можете видеть прямое падение напряжение, составляющее приблизительно 0,3 В. Ток через диод Шоттки значительно возрастает при увеличении напряжения сверх указанного. Через обычный диод ток не растет до напряжения приблизительно 0,6 В.

На рисунках ниже показаны две электрические цепи в качестве иллюстрации преимуществ низкого падения напряжения при прямом включении. В цепи слева обычный диод, а справа – диод Шоттки. У обеих цепей источник питания дает напряжение 2 В постоянного тока.

Обычный диод потребляет 0,7 В, отдавая нагрузке лишь 1,3 В. Благодаря низкому падению напряжения при прямом включении, диод Шоттки потребляет только 0,3 В, отдавая нагрузке 1,7 В. Если нагрузке необходимы 1,5 В, то для такой задачи подойдет только диод Шоттки.

Другие преимущества использования диода Шоттки вместо обычного диода:

• Малое время обратного восстановления. Диод Шоттки накапливает небольшой заряд, что делает его идеальным для использования в схемах, требующих быстрого переключения — они широко используются при конструировании высокочастотных печатных плат;

• Пониженный уровень помех. Диод Шоттки добавляет в схему меньшее количество нежелательного шума по сравнению с типичным диодом с p-n-переходом;

• Более высокие характеристики. Диод Шоттки потребляет меньше энергии, поэтому подходит по техническим требованиям для использования в низковольтных устройствах.

Также следует помнить о нескольких недостатках диодов Шоттки. Диод Шоттки, на который подано обратное напряжение смещения, будет пропускать больший обратный ток, чем обычный диод. Это приводит к тому, что в цепи с обратным включением диода Шоттки ток утечки больше.

Максимальное обратное напряжение диода Шоттки также меньше, чем у обычных диодов, и обычно составляет не более 50 В. При превышении этого напряжения происходит пробой диода Шоттки, в результате чего он начинает пропускать большой ток в обратном направлении. До этой величины обратного напряжения существует лишь небольшой ток утечки через диод Шоттки, впрочем, как и у других диодов.

Конструкция

Отличается диод Шоттки от обыкновенных диодов своей конструкцией, в которой используется металл-полупроводник, а не p-n переход. Понятно, что свойства здесь разные, а значит, и характеристики тоже должны отличаться.

Действительно, металл-полупроводник обладает такими параметрами:

• Имеет большое значение тока утечки;
• Невысокое падение напряжения на переходе при прямом включении;
• Восстанавливает заряд очень быстро, так как имеет низкое его значение.

Диод Шоттки изготавливается из таких материалов, как арсенид галлия, кремний; намного реже, но также может использоваться – германий. Выбор материала зависит от свойств, которые нужно получить, однако в любом случае максимальное обратное напряжение, на которое могут изготавливаться данные полупроводники, не выше 1200 вольт – это самые высоковольтные выпрямители. На практике же намного чаще их используют при более низком напряжении – 3, 5, 10 вольт.

На принципиальной схеме диод Шоттки обозначается таким образом:

Но иногда можно увидеть и такое обозначение:

Это означает сдвоенный элемент: два диода в одном корпусе с общим анодом или катодом, поэтому элемент имеет три вывода. В блоках питания используют такие конструкции с общим катодом, их удобно использовать в схемах выпрямителей. Часто на схемах рисуется маркировка обычного диода, но в описании указывается, что это Шоттки, поэтому нужно быть внимательными.

Диодные сборки с барьером Шоттки выпускаются трех типов:

1 тип – с общим катодом;

2 тип – с общим анодом;

3 тип – по схеме удвоения.

Для экономии на платежах за электроэнергию наши читатели советуют «Экономитель энергии Electricity Saving Box». Ежемесячные платежи станут на 30-50% меньше, чем были до использования экономителя. Он убирает реактивную составляющую из сети, в результате чего снижается нагрузка и, как следствие, ток потребления. Электроприборы потребляют меньше электроэнергии, снижаются затраты на ее оплату.

Такое соединение помогает увеличить надежность элемента: ведь находясь в одном корпусе, они имеют одинаковый температурный режим, что важно, если нужны мощные выпрямители, например, на 10 ампер. Но есть и минусы

Все дело в том, что малое падение напряжения (0,2–0,4 в) у таких диодов проявляется на небольших напряжениях, как правило – 50–60 вольт

При более высоком значении они ведут себя как обычные диоды. Зато по току эта схема показывает очень хорошие результаты, ведь часто бывает необходимо – особенно в силовых цепях, модулях питания – чтобы рабочий ток полупроводников был не ниже 10а

Все дело в том, что малое падение напряжения (0,2–0,4 в) у таких диодов проявляется на небольших напряжениях, как правило – 50–60 вольт. При более высоком значении они ведут себя как обычные диоды. Зато по току эта схема показывает очень хорошие результаты, ведь часто бывает необходимо – особенно в силовых цепях, модулях питания – чтобы рабочий ток полупроводников был не ниже 10а

Но есть и минусы. Все дело в том, что малое падение напряжения (0,2–0,4 в) у таких диодов проявляется на небольших напряжениях, как правило – 50–60 вольт. При более высоком значении они ведут себя как обычные диоды. Зато по току эта схема показывает очень хорошие результаты, ведь часто бывает необходимо – особенно в силовых цепях, модулях питания – чтобы рабочий ток полупроводников был не ниже 10а.

Еще один главный недостаток: для этих приборов нельзя превышать обратный ток даже на мгновение. Они тут же выходят из строя, в то время как кремниевые диоды, если не была превышена их температура, восстанавливают свои свойства.

Но положительного все-таки больше. Кроме низкого падения напряжения, диод Шоттки имеет низкое значение емкости перехода. Как известно: ниже емкость – выше частота. Такой диод нашел применение в импульсных блоках питания, выпрямителях и других схемах, с частотами в несколько сотен килогерц.

ВАХ такого диода имеет несимметричный вид. Когда приложено прямое напряжение, видно, что ток растет по экспоненте, а при обратном – ток от напряжения не зависит.

Все это объясняется, если знать, что принцип работы этого полупроводника основан на движении основных носителей – электронов. По этой же самой причине эти приборы и являются такими быстродействующими: у них отсутствуют рекомбинационные процессы, свойственные приборам с p-n переходами. Для всех приборов, имеющих барьерную структуру, свойственна несимметричность ВАХ, ведь именно количеством носителей электрического заряда обусловлена зависимость тока от напряжения.

Универсальные и импульсные диоды: Диоды с барьером Шоттки

Диоды с барьером Шоттки (их также называют диоды Шоттки, а в специальной литературе и технической документации встречается аббревиатура ДБШ) — это полупроводниковые приборы, построенные на основе структуры металл-полупроводник. Такой электрический переход обладает рядом особенных свойств (отличных от свойств полупроводникового p-n-перехода). К ним относятся:

• пониженное падение напряжения при прямом включении,
• высокий ток утечки,
• очень маленький заряд обратного восстановления.

Последнее объясняется тем, что по сравнению с обычным \(p\)-\(n\)-переходом у таких диодов отсутствует диффузия, связанная с инжекцией неосновных носителей, т.е. они работают только на основных носителях, а их быстродействие определяется только барьерной емкостью.

Импульсные (высокочастотные) свойства диодов Шоттки определяются их граничной рабочей частотой: \(f_р = \cfrac{1}{2 \pi r_с C_б}\), где \(r_с\) — сопротивление перехода, \(C_б\) — барьерная емкость. В диодах Шоттки предельная частота значительно выше, чем у диодов на \(p\)-\(n\)-переходах. Это достигается как за счет технологии изготовления диодов, так и выбором оптимальной конструкции.

Диоды Шоттки изготавливаются обычно на основе кремния (Si) или арсенида галлия (GaAs), реже — на основе германия (Ge), а для приборов субмиллиметрового диапазона длинн волн находят применение такие материалы как фосфид индия (InP) и арсенид галлия-индия (InGaAs). Выбор металла для контакта с полупроводником определяет многие параметры диода. В первую очередь важна величина контактной разности потенциалов, образующейся на границе металл-полупроводник. При использовании диода Шоттки в качестве детектора она определяет его чувствительность, а при использовании в смесителях — необходимую мощность гетеродина. Поэтому чаще всего используются металлы Ag, Au, Pt, Pd, W, которые наносятся на полупроводник и дают величину потенциального барьера 0,2…0,9 эВ.

Диоды Шоттки используются для выпрямления малых напряжений высокой частоты, в высокочастотных смесителях, в ключах и коммутаторах, умножителях частоты и других быстродействующих импульсных цепях. Например, включение диода Шоттки между базой и коллектором биполярного транзистора, работающего в ключевом режиме, позволяет предотвратить накопление избыточных носителей заряда в базовой области транзистора, тем самым сократив время срабатывания ключа.

Часто переходы Шоттки вводят непосредственно в полупроводниковые структуры разных электронных приборов (биполярных и полевых транзисторов, тиристоров и т.д.) для улучшения их импульсных характеристик. Упомянутое выше, включение диода Шоттки между базой и коллектором биполярного транзистора можно реализовать на интегральном уровне, раширив контакт базы на коллекторную область — так называемый транзистор Шоттки, который широко используется в цифровых микросхемах и является основой логики ТТЛШ. Аналогичным образом в полевых транзисторах с управляющим переходом замена обычного p-n-перехода на переход Шоттки позволяет существенно улучшить импульсные и частотные характеристики (см. Полевые транзисторы Шоттки).

Прямая ветвь ВАХ у диодов Шоттки подчиняется экспоненциальному закону в широком диапазоне токов, что позволяет их использовать как прецизионные логарифмирующие элементы (см. Схемы логарифмирования сигналов).

Важной особенностью диодов Шоттки является меньшее прямое падение напряжения (примерно на 0,2 В) по сравнению с обычными диодами, что делает их очень удобными (более эффективными) для использования не только в импульсной, но и в силовой электронике. В связи с этим широкое распространение получили также выпрямительные диоды с барьером Шоттки

В различной литературе часто можно встретить специальное обозначение для диодов Шоттки (рис. 2.4‑1), которое обычно применяется только тогда, когда необходимо сделать особенный акцент на том, что используемые в схеме диоды — это диоды Шоттки.

Рис. 2.4-1. Обозначение диода Шоттки

Ограничения

Наиболее очевидными ограничениями диодов Шоттки являются их относительно низкие номинальные значения обратного напряжения и относительно высокий ток обратной утечки . Для кремний-металлических диодов Шоттки обратное напряжение обычно составляет 50 В или меньше. Доступны некоторые конструкции с более высоким напряжением (200 В считается высоким обратным напряжением). Обратный ток утечки, поскольку он увеличивается с температурой, приводит к проблеме термической нестабильности . Это часто ограничивает полезное обратное напряжение намного ниже фактического номинального значения.

Хотя более высокие обратные напряжения достижимы, они будут представлять более высокое прямое напряжение, сравнимое с другими типами стандартных диодов. Такие диоды Шоттки не имели бы никаких преимуществ, если бы не требовалась большая скорость переключения.

Конструкция

Отличается диод Шоттки от обыкновенных диодов своей конструкцией, в которой используется металл-полупроводник, а не p-n переход. Понятно, что свойства здесь разные, а значит, и характеристики тоже должны отличаться. Действительно, металл-полупроводник обладает такими параметрами:

• Имеет большое значение тока утечки,
• Невысокое падение напряжения на переходе при прямом включении,
• Восстанавливает заряд очень быстро, так как имеет низкое его значение.

Диод Шоттки изготавливается из таких материалов, как арсенид галлия, кремний, намного реже, но также может использоваться – германий. Выбор материала зависит от свойств, которые нужно получить, однако в любом случае максимальное обратное напряжение, на которое могут изготавливаться данные полупроводники, не выше 1200 вольт – это самые высоковольтные выпрямители. На практике же намного чаще их используют при более низком напряжении – 3, 5, 10 вольт.

На принципиальной схеме диод Шоттки обозначается таким образом:

Но иногда можно увидеть и такое обозначение:

Это означает сдвоенный элемент: два диода в одном корпусе с общим анодом или катодом, поэтому элемент имеет три вывода. В блоках питания используют такие конструкции с общим катодом, их удобно использовать в схемах выпрямителей. Часто на схемах рисуется маркировка обычного диода, но в описании указывается, что это Шоттки, поэтому нужно быть внимательными.

Диодные сборки с барьером Шоттки выпускаются трех типов:

1 тип – с общим катодом,

2 тип – с общим анодом,

3 тип – по схеме удвоения.

Такое соединение помогает увеличить надежность элемента: ведь находясь в одном корпусе, они имеют одинаковый температурный режим, что важно, если нужны мощные выпрямители, например, на 10 ампер. Но есть и минусы

Все дело в том, что малое падение напряжения (0,2–0,4 в) у таких диодов проявляется на небольших напряжениях, как правило – 50–60 вольт. При более высоком значении они ведут себя как обычные диоды. Зато по току эта схема показывает очень хорошие результаты, ведь часто бывает необходимо – особенно в силовых цепях, модулях питания – чтобы рабочий ток полупроводников был не ниже 10а

Но есть и минусы. Все дело в том, что малое падение напряжения (0,2–0,4 в) у таких диодов проявляется на небольших напряжениях, как правило – 50–60 вольт. При более высоком значении они ведут себя как обычные диоды. Зато по току эта схема показывает очень хорошие результаты, ведь часто бывает необходимо – особенно в силовых цепях, модулях питания – чтобы рабочий ток полупроводников был не ниже 10а.

Еще один главный недостаток: для этих приборов нельзя превышать обратный ток даже на мгновение. Они тут же выходят из строя, в то время как кремниевые диоды, если не была превышена их температура, восстанавливают свои свойства.

Но положительного все-таки больше. Кроме низкого падения напряжения, диод Шоттки имеет низкое значение емкости перехода. Как известно: ниже емкость – выше частота. Такой диод нашел применение в импульсных блоках питания, выпрямителях и других схемах, с частотами в несколько сотен килогерц.

Вольтамперная характеристика светодиода (ВАХ)

ВАХ такого диода имеет несимметричный вид. Когда приложено прямое напряжение, видно, что ток растет по экспоненте, а при обратном – ток от напряжения не зависит.

Все это объясняется, если знать, что принцип работы этого полупроводника основан на движении основных носителей – электронов. По этой же самой причине эти приборы и являются такими быстродействующими: у них отсутствуют рекомбинационные процессы, свойственные приборам с p-n переходами. Для всех приборов, имеющих барьерную структуру, свойственна несимметричность ВАХ, ведь именно количеством носителей электрического заряда обусловлена зависимость тока от напряжения.

Диагностика диодов Шоттки

Можно провести диагностику электронного элемента Шоттки, если возникнет такая необходимость, но на это уйдет немного времени. Прежде всего, необходимо выпаять один элемент из диодного моста или электронной схемы. Осмотреть визуально и проверить тестером. В результате этих простых технических операций узнаете исправный ли полупроводник или нет. Хотя и необязательно выпаивать всю сборку, ведь это лишняя работа, а самое главное — затраты времени.

Также можно проверить данный диод или диодный мост мультиметром, при этом учитывайте то, что на приборе изготовитель пишет ток сбоку. Мы включаем мультиметр и подводим его щупы к концам анода и катода, и он покажет нам напряжение диода.

Иногда бывает так, что диод Шоттки может стать неисправным по некоторым причинам. Рассмотрим их:

1. Если в полупроводниковом элементе возникнет пробоина, то он просто перестает держать ток и становится проводником.
2. Если в полупроводнике или диодном мосту возникнет обрыв, тогда он вообще перестанет пропускать ток.

Причем в обоих случаях запаха гари вы не почувствуете и дыма не увидите, так как в корпусе встроена специальная защита против таких происшествий. Если вдруг в одном транзисторе сгорел вышесказанный диод, то убедитесь, что это единственное устройство, где вы нашли неисправность, потому что диоды обязательно нужно проверять все.

Хотя иногда может и не быть такой возможности для того, чтобы проверить диоды на исправность, когда это будет необходимо. Иногда бывает так, что компьютер начинает тормозить, включаться очень долго, «зависает». Возможно, дело связано именно с диодами, и каждый может разобрать процессор и посмотреть, что внутри случилось.

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.

Что такое диод

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

Похожие записи:

Диэлектрические средства защиты: перчатки, обувь, ковры Схема предварительного гитарного усилителя на полевых транзисторах Студийный свет: простые и мощные техники Что делать, если в розетке напряжение 240-250 вольт? Программируем arduino с помощью scratch и mblock Что такое коллектор асинхронного двигателя