Діод Шотткі - характеристики, параметри та застосування

Діод є одним з основних компонентів, який зазвичай використовується в конструкціях електронних схем, його можна часто зустріти в випрямлячах, кусачках, затискачах та багатьох інших часто використовуваних схемах. Це напівпровідниковий пристрій з двома терміналами, який дозволяє потоку струму лише в одному напрямку, який утворює анод до катода (+ до -), і блокує поточний потік у зворотному напрямку, тобто катод до анода. Причиною цього є те, що він має бл. Нульовий опір у прямому напрямку, тоді як нескінченний опір у зворотному напрямку. Існує багато типів діодів, кожен із яких має свої унікальні властивості та застосування. Ми вже дізналися про стабілітрони та їх роботу, у цій статті ми дізнаємося про інший цікавий тип діодів, який називається Діод Шотткі, і про те, як його можна використовувати в наших схемах.

Діод Шотткі (названий на честь німецького фізика Вальтера Х. Шотткі) - це ще один тип напівпровідникових діодів, але замість PN-переходу діод Шотткі має метало-напівпровідниковий перехід, що зменшує ємність і збільшує швидкість перемикання діода Шотткі, і це робить його відмінним від інших діодів. Діод Шотткі також має інші назви, такі як поверхневий бар'єрний діод, бар'єрний діод Шотткі, гарячий носій або діод з гарячим електроном.

Діод Шотткі символ

Символ діода Шотткі базується на загальному символі діода, але замість прямої лінії він має S-подібну структуру на негативному кінці діода, як показано нижче. Цей схематичний символ можна легко використовувати для розрізнення діода Шотткі від інших діодів при читанні електричної схеми. У всій статті ми будемо порівнювати діод Шотткі зі звичайним діодом для кращого розуміння.

Навіть за зовнішнім виглядом компонента діод Шотткі виглядає схожим на загальний діод, і часто часом важко відрізнити різницю, не прочитавши номер деталі на ньому. Але в більшості випадків діод Шотткі виглядає трохи громіздкішим, ніж звичайні діоди, але не завжди це має бути так. Зображення пін-виходу діода Шотткі показано нижче.

Що робить діод Шотткі особливим?

Як вже обговорювалося раніше, діод Шотткі виглядає і працює дуже схоже на загальний діод, але унікальною характеристикою діода Шотткі є його дуже низьке падіння напруги і висока швидкість перемикання. Щоб краще це зрозуміти, дозвольте підключити діод Шотткі та загальний діод до ідентичного та схеми та перевірити, як він працює.

На наведених зображеннях ми маємо дві схеми - одну для діода Шотткі, а іншу - для типового діода з PN-з'єднанням. Ці схеми будуть використовуватися для диференціації падінь напруги в обох діодах. Отже ліва схема призначена для діода Шотткі, а права - для типового діода з PN-переходом. Обидва діоди живляться від напруги 5В. Коли струм пропускається від обох діодів, діод Шотткі має лише 0,3-вольт падіння напруги і залишає 4,7 вольта для навантаження, з іншого боку, типовий діод з PN-переходом має падіння напруги 0,7 вольт і залишає 4,3 вольта для навантаження. Отже, діод Шотткі має менший перепад напруги, ніж звичайний діод з PN-переходом. Крім падіння напруги діод Шотткі також має деякі інші переваги на типовому діоді з PN-з'єднанням, як діод Шотткішвидша швидкість перемикання, менший рівень шуму та краща продуктивність, ніж типовий діод із PN-переходом.

Недоліки діода Шотткі

Якщо діод Шотткі має дуже низьке падіння напруги і високу швидкість перемикання, що забезпечує кращу продуктивність, то навіщо нам взагалі потрібні загальні діоди з PN-з'єднанням? Чому б нам просто не використовувати діод Шотткі для всіх конструкцій схем?

Хоча це правда, діоди Шотткі є кращими, ніж діоди з PN-з'єднанням, і він повільно стає кращим перед діодами з PN-з'єднанням. Двома основними перешкодами для діода Шотткі є його низька зворотна напруга пробою та високий зворотний струм витоку в порівнянні із загальним діодом. Це робить його непридатним для високовольтних комутаційних програм. Також діоди Шотткі порівняно дорожчі за звичайні випрямні діоди.

Діод Шотткі проти випрямного діода

Коротке порівняння між діодом PN і діодом Шотткі наведено в таблиці нижче:

PN- діод з'єднання	Діод Шотткі
PN-перехідний діод - це біполярний пристрій, що означає, що провідність струму відбувається як за рахунок незначних, так і мажоритарних носіїв заряду.	На відміну від діода з PN-з'єднанням, діод Шотткі є однополярним пристроєм, що означає, що провідність струму відбувається лише за рахунок більшості носіїв заряду.
PN- перехідний діод має напівпровідниково-напівпровідниковий перехід.	У той час як діод Шотткі має з'єднання метал-напівпровідник.
PN-з'єднувальні діоди мають значне падіння напруги.	Діод Шотткі має невелике падіння напруги.
Високий На державні втрати.	Низькі державні втрати.
Повільна швидкість перемикання.	Швидка швидкість перемикання.
Висока напруга включення (0,7 вольт)	Низька напруга включення (0,2 вольта)
Висока зворотна блокуюча напруга	Низька зворотна блокуюча напруга
Низький зворотний струм	Високий зворотний струм

Будова діода Шотткі

Діоди Шотткі побудовані з використанням з'єднання метал-напівпровідник, як показано на зображенні нижче. Діоди Шотткі мають металеву сполуку з одного боку переходу і легований кремній з іншого боку, отже, діод Шотткі не має виснажувального шару. Завдяки цій властивості діоди Шотткі відомі як однополюсні пристрої, на відміну від типових діодів з PN-переходом, які є біполярними пристроями.

Основна структура діода Шотткі показана на наведеному вище зображенні. Як ви можете бачити на зображенні, діод Шотткі має металеву сполуку з однієї сторони, яка може варіюватися від платини до вольфраму, молібдену, золота тощо та напівпровідник типу N з іншого боку. Коли металеве з'єднання і напівпровідник N-типу поєднуються, вони створюють перехід метал-напівпровідник. Цей перехід відомий як Бар’єр Шотткі. Ширина бар'єру Шотткі залежить від типу металу та напівпровідникових матеріалів, які використовуються для формування переходів.

Бар'єр Шотткі працює по-різному в неупередженому, упередженому або зворотно-упередженому стані. У прямому стані зміщення, коли позитивна клема акумулятора підключена до металу, а негативна клема - до напівпровідника n-типу, діод Шотткі дозволяє протікати струм. Але в стані зворотного зміщення, коли позитивна клема акумулятора з'єднана з напівпровідником n-типу, а негативна клема з'єднана з металом, діод Шотткі заблокує поточний потік. Однак якщо напруга з зворотним зміщенням збільшиться вище певного рівня, це порушить бар'єр, і струм почне текти в зворотному напрямку, і це може пошкодити компоненти, підключені до діода Шотткі.

Діод Шотткі VI Характеристики

Однією з важливих характеристик, яку слід враховувати при виборі діода, є графік прямої напруги (V) проти прямого струму (I). Графік VI найпопулярніших діодів Шотткі 1N5817, 1N5818 та 1N5819 показаний нижче

Характеристики VI діода Шотткі дуже схожі на типові діоди з PN-з'єднанням. Наявність низького падіння напруги, ніж типовий діод з PN-з'єднанням, дозволяє діоду Шотткі споживати менше напруги, ніж типовий діод. З наведеного графіку видно, що 1N517 має найменше падіння напруги вперед порівняно з двома іншими, також можна відзначити, що падіння напруги зростає зі збільшенням струму через діод. Навіть для 1N517 при максимальному струмі 30А падіння напруги на ньому може досягати 2В. Отже, ці діоди зазвичай використовуються в слабкострумових додатках.

Параметри, які слід враховувати при виборі діода Шотткі

Кожен інженер-конструктор повинен вибрати правильний діод Шотткі відповідно до потреби його застосування. Для конструкцій випрямлення будуть потрібні діоди високої напруги, низького / середнього струму та низької частоти. Для конструкцій комутації частотний діод повинен бути високим.

Нижче наведено деякі загальні та важливі параметри діода, про які слід пам’ятати:

Пряме падіння напруги: Напруга, що впала для включення прямого зміщення діода, є прямим падінням напруги. Він змінюється залежно від різних діодів. Для діода Шотткі, як правило, напруга включення становить приблизно 0,2 В.

Напруга зворотного пробою: конкретна величина напруги зворотного зміщення, після якої діод виходить з ладу і починає проводити в зворотному напрямку, називається напругою зворотного пробою. Напруга зворотного пробою для діода Шотткі становить близько 50 вольт.

Зворотний час відновлення: Це час, необхідний для перемикання діода з його прямого провідного стану або `` ON '' у зворотний стан `` OFF ''. Найважливішою відмінністю між типовим діодом PN-переходу та діодом Шотткі є зворотний час відновлення. У типовому діоді з PN-з'єднанням час зворотного відновлення може коливатися від декількох мікросекунд до 100 наносекунд. Діоди Шотткі не мають часу відновлення, оскільки діод Шотткі не має області виснаження на стику.

Струм зворотного витоку: струм, який проводиться від напівпровідникового пристрою із зворотним зміщенням, є зворотним струмом витоку. У діоді Шотткі підвищення температури значно збільшить зворотний струм витоку.

Застосування діода Шотткі

Діоди Шотткі мають багато застосувань в електронній промисловості завдяки своїм унікальним властивостям. Деякі програми такі:

1. Схеми затискання / відсікання напруги

Схеми відсікачів та схеми затискачів зазвичай використовуються у програмах формування хвиль. Наявність властивості низького падіння напруги робить діод Шотткі корисним як затискний діод.

2. Захист від зворотного струму та розряду

Як ми знаємо, діод Шотткі також називають блокуючим діодом, оскільки він блокує потік струму в зворотному напрямку; його можна використовувати як захист від розряду. Наприклад, в аварійному спалаху використовується діод Шотткі між суперконденсатором і двигуном постійного струму, щоб запобігти розряду суперконденсатора через двигун постійного струму.

3. Схеми вибірки та утримання

Вперед зміщений діод Шотткі не має міноритарних носіїв заряду, і завдяки цьому вони можуть перемикатися швидше, ніж типові діоди з PN-з'єднанням. Отже, діоди Шотткі використовуються в тому, що вони мають менший час переходу від зразка до кроку витримки, і це призводить до отримання більш точної вибірки на виході.

4. Випрямляч потужності

Діоди Шотткі мають високу щільність струму, а низьке пряме падіння напруги означає, що витрачається менше енергії, ніж типовий діод з PN-переходом, і це робить діоди Шотткі більш придатними для випрямлячів.

Далі ви можете знайти практичну реалізацію діода у багатьох схемах, перейшовши за посиланням.