Δίοδος Schottky - χαρακτηριστικά, παράμετροι και εφαρμογές

Η δίοδος είναι ένα από τα βασικά συστατικά που χρησιμοποιούνται συνήθως σε σχέδια ηλεκτρονικών κυκλωμάτων, μπορεί συνήθως να βρεθεί σε ανορθωτές, κουρευτές, σφιγκτήρες και πολλά άλλα κοινά χρησιμοποιούμενα κυκλώματα. Πρόκειται για μια συσκευή δύο τερματικών ημιαγωγών που επιτρέπει τη ροή ρεύματος σε μία μόνο κατεύθυνση που είναι από την Ανώτα στην Κάθοδο (+ έως -) και εμποδίζει την τρέχουσα ροή σε αντίστροφη κατεύθυνση, δηλαδή, Κάθοδος προς Άνοδο. Ο λόγος πίσω από το ότι έχει περίπου. Μηδενική αντίσταση προς τα εμπρός ενώ άπειρη αντίσταση σε αντίστροφη κατεύθυνση. Υπάρχουν πολλοί τύποι διόδων ο καθένας με τη μοναδική του ιδιότητα και εφαρμογές. Έχουμε ήδη μάθει για το Zener Diodes και τη λειτουργία του, σε αυτό το άρθρο θα μάθουμε για έναν άλλο ενδιαφέρον τύπο δίοδος που ονομάζεται Schottky Diode και πώς μπορεί να χρησιμοποιηθεί στα σχέδια κυκλωμάτων μας.

Η δίοδος Schottky (Ονομάστηκε από τον Γερμανό φυσικό Walter H. Schottky) είναι ένας άλλος τύπος διόδου ημιαγωγών, αλλά αντί να έχει μια σύνδεση PN, η δίοδος Schottky έχει μια σύνδεση μετάλλου-ημιαγωγού και η οποία μειώνει την χωρητικότητα και αυξάνει την ταχύτητα μεταγωγής της δίοδος Schottky, και αυτό το κάνει διαφορετικό από άλλες διόδους. Η δίοδος Schottky έχει επίσης άλλα ονόματα όπως δίοδος φραγμού επιφάνειας, δίοδος φραγμού Schottky, θερμό φορέα ή δίοδο θερμού-ηλεκτρονίου.

Σύμβολο Δίοδος Schottky

Το σύμβολο της δίοδος Schottky βασίζεται σε γενικό σύμβολο διόδων, αλλά αντί να έχει ευθεία γραμμή έχει δομή τύπου S στο αρνητικό άκρο της διόδου όπως φαίνεται παρακάτω. Αυτό το σχηματικό σύμβολο μπορεί εύκολα να χρησιμοποιηθεί για να διακρίνει τη δίοδο Schottky από άλλες διόδους κατά την ανάγνωση ενός διαγράμματος κυκλώματος. Σε όλο το άρθρο θα συγκρίνουμε τη δίοδο Schottky με την κανονική δίοδο για καλύτερη κατανόηση.

Ακόμη και με τη φυσική εμφάνιση του εξαρτήματος, μια δίοδος Schottky μοιάζει με μια γενική δίοδο και συχνά είναι δύσκολο να διακρίνουμε τη διαφορά χωρίς να διαβάσουμε τον αριθμό εξαρτήματος σε αυτό. Αλλά τις περισσότερες φορές μια δίοδος Schottky θα φαίνεται λίγο ογκώδης από τις κανονικές διόδους, αλλά δεν πρέπει πάντα να ισχύει. Μια Schottky δίοδος pin-out εικόνα παρουσιάζεται παρακάτω.

Τι κάνει το Schottky Diode Special;

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, μια δίοδος Schottky μοιάζει και αποδίδει πολύ παρόμοια με μια γενική δίοδο, αλλά ένα μοναδικό χαρακτηριστικό της δίοδος Schottky είναι η πολύ χαμηλή πτώση τάσης και η υψηλή ταχύτητα εναλλαγής. Για να το καταλάβετε καλύτερα, ας συνδέσουμε μια δίοδο Schottky και μια γενική δίοδο σε ένα πανομοιότυπο και κύκλωμα και ελέγξτε πώς λειτουργεί.

Στις παραπάνω εικόνες, έχουμε δύο κυκλώματα ένα για δίοδο Schottky και άλλο τυπικό δίοδο σύνδεσης PN. Αυτά τα κυκλώματα θα χρησιμοποιηθούν για τη διαφοροποίηση της πτώσης τάσης και στις δύο διόδους. Έτσι το αριστερό κύκλωμα είναι για τη δίοδο Schottky και το δεξί για μια τυπική δίοδο σύνδεσης PN. Και οι δύο δίοδοι τροφοδοτούνται με 5V. Όταν το ρεύμα περνά και από τις δύο διόδους, η δίοδος Schottky έχει μόνο πτώση τάσης 0,3 volt και αφήνει 4,7 volt για το φορτίο, από την άλλη πλευρά, η τυπική δίοδος σύνδεσης PN έχει πτώση τάσης 0,7 volt και αφήνει 4,3 volt για φορτίο. Έτσι, η δίοδος Schottky έχει πτώση τάσης χαμηλότερη από μια συμβατική δίοδο σύνδεσης PN. Εκτός από την πτώση τάσης η δίοδος Schottky έχει επίσης κάποια άλλα πλεονεκτήματα σε μια τυπική δίοδο διακλάδωσης PN όπως η δίοδος Schottky έχειγρηγορότερος ρυθμός εναλλαγής, λιγότερος θόρυβος και καλύτερη απόδοση από μια τυπική δίοδο σύνδεσης PN.

Μειονεκτήματα της δίοδος Schottky

Εάν η δίοδος Schottky έχει πολύ χαμηλή πτώση τάσης και υψηλή ταχύτητα εναλλαγής που προσφέρει καλύτερη απόδοση, τότε γιατί χρειαζόμαστε ακόμη και γενικές διόδους διασταύρωσης PN; Γιατί δεν χρησιμοποιούμε απλά τη δίοδο Schottky για όλα τα σχέδια κυκλωμάτων;

Ενώ είναι αλήθεια ότι, οι δίοδοι Schottky είναι καλύτερες από τις διόδους διασταύρωσης PN και αργά προτιμάται περισσότερο από τη δίοδο σύνδεσης PN. Δύο σημαντικές αποτυχίες για τη δίοδο Schottky είναι η τάση χαμηλής αντίστροφης διακοπής και το ρεύμα διαρροής υψηλής αντίστροφης σε σύγκριση με τη γενική δίοδο. Αυτό το καθιστά ακατάλληλο για εφαρμογές εναλλαγής υψηλής τάσης. Επίσης οι δίοδοι Schottky είναι συγκριτικά ακριβότερες από τις κανονικές διόδους ανορθωτή.

Schottky Diode vs Rectifier Diode

Μια σύντομη σύγκριση μεταξύ της δίοδος PN και της δίοδος Schottky δίνεται στον παρακάτω πίνακα:

PN- Δίοδος σύνδεσης	Schottky Diode
Η δίοδος PN-junction είναι μια διπολική συσκευή που σημαίνει ότι η τρέχουσα αγωγιμότητα συμβαίνει τόσο από τους φορείς φορτίου μειοψηφίας όσο και από την πλειοψηφία.	Σε αντίθεση με τη δίοδο PN-junction, η δίοδος Schottky είναι μια μονοπολική συσκευή που σημαίνει ότι η τρέχουσα αγωγιμότητα συμβαίνει μόνο με φορείς πλειοψηφίας
PN- Η δίοδος διακλάδωσης έχει μια σύνδεση ημιαγωγών- ημιαγωγών	Ενώ η δίοδος Schottky έχει σύνδεση μετάλλου - Ημιαγωγού.
PN- Η δίοδος διακλάδωσης έχει μεγάλη πτώση τάσης.	Η δίοδος Schottky έχει μικρή πτώση τάσης.
Υψηλές απώλειες κατάστασης.	Χαμηλές απώλειες κατάστασης.
Αργή ταχύτητα αλλαγής.	Γρήγορη ταχύτητα αλλαγής.
Υψηλή τάση ενεργοποίησης (0,7 βολτ)	Χαμηλή τάση ενεργοποίησης (0,2 βολτ)
Υψηλή αντίστροφη τάση αποκλεισμού	Χαμηλή αντίστροφη τάση αποκλεισμού
Χαμηλό αντίστροφο ρεύμα	Υψηλό αντίστροφο ρεύμα

Δομή του Schottky Diode

Οι δίοδοι Schottky κατασκευάζονται χρησιμοποιώντας μια σύνδεση μεταλλικού ημιαγωγού όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα. Οι δίοδοι Schottky έχουν μια μεταλλική ένωση στη μία πλευρά της διασταύρωσης και το εμπλουτισμένο πυρίτιο στην άλλη πλευρά, επομένως, η δίοδος Schottky δεν έχει στρώμα εξάντλησης. Λόγω αυτής της ιδιότητας, οι δίοδοι Schottky είναι γνωστές ως μονοπολικές συσκευές, σε αντίθεση με τις τυπικές διόδους διασταύρωσης PN που είναι διπολικές συσκευές.

Η βασική δομή μιας δίοδος Schottky φαίνεται στην παραπάνω εικόνα. Όπως μπορείτε να δείτε στην εικόνα, η δίοδος Schottky έχει μια μεταλλική ένωση στη μία πλευρά που μπορεί να κυμαίνεται από πλατίνα έως βολφράμιο, μολυβδαίνιο, χρυσό κ.λπ. και έναν ημιαγωγό τύπου Ν στην άλλη πλευρά. Όταν συνδυάζονται οι μεταλλικές ενώσεις και ημιαγωγός τύπου Ν, δημιουργούν μια σύνδεση μετάλλου-ημιαγωγού. Αυτή η διασταύρωση είναι γνωστή ως Schottky Barrier. Το πλάτος του φράγματος Schottky εξαρτάται από τον τύπο των μεταλλικών και ημιαγωγών υλικών που χρησιμοποιούνται στη διαμόρφωση κόμβων.

Το Schottky Barrier λειτουργεί διαφορετικά σε αμερόληπτη, μεροληπτική ή αντίστροφη μεροληπτική κατάσταση. Σε κατάσταση προκατάληψης προς τα εμπρός όταν ο θετικός ακροδέκτης της μπαταρίας είναι συνδεδεμένος με μέταλλο και ο αρνητικός ακροδέκτης είναι συνδεδεμένος σε ημιαγωγό τύπου n, η δίοδος Schottky επιτρέπει την τρέχουσα ροή. Αλλά σε κατάσταση αντίστροφης μεροληψίας όταν ο θετικός ακροδέκτης της μπαταρίας είναι συνδεδεμένος με ημιαγωγό τύπου n και ο αρνητικός ακροδέκτης είναι συνδεδεμένος με μέταλλο, η δίοδος Schottky θα μπλοκάρει την τρέχουσα ροή. Ωστόσο, εάν η τάση αντίστροφης πόλωσης αυξηθεί πάνω από ένα συγκεκριμένο επίπεδο, θα σπάσει το φράγμα και το ρεύμα θα αρχίσει να ρέει προς την αντίστροφη κατεύθυνση και αυτό μπορεί να προκαλέσει ζημιά στα εξαρτήματα που συνδέονται με τη δίοδο Schottky.

Χαρακτηριστικά Schottky Diode VI

Ένα σημαντικό χαρακτηριστικό που πρέπει να ληφθεί υπόψη κατά την επιλογή της δίοδος σας είναι το γράφημα Forward Voltage (V) έναντι Forward Current (I). Το γράφημα VI των πιο δημοφιλών διόδων Schottky 1N5817, 1N5818 και 1N5819 φαίνεται παρακάτω

Τα χαρακτηριστικά VI της δίοδος Schottky είναι πολύ παρόμοια με την τυπική δίοδο σύνδεσης PN Έχοντας πτώση χαμηλής τάσης από μια τυπική δίοδο σύνδεσης PN επιτρέπει στη δίοδο Schottky να καταναλώνει λιγότερη τάση από μια τυπική δίοδο. Από το παραπάνω γράφημα, μπορείτε να δείτε ότι το 1N517 έχει τη μικρότερη πτώση τάσης προς τα εμπρός σε σύγκριση με τα άλλα δύο, μπορεί επίσης να σημειωθεί ότι η πτώση τάσης αυξάνεται καθώς αυξάνεται το ρεύμα μέσω της διόδου. Ακόμη και για 1N517 σε μέγιστο ρεύμα 30A, η πτώση τάσης σε αυτό μπορεί να φτάσει έως και 2V Ως εκ τούτου, αυτές οι δίοδοι χρησιμοποιούνται συνήθως σε εφαρμογές χαμηλού ρεύματος.

Παράμετροι που πρέπει να λάβετε υπόψη κατά την επιλογή της δίοδος Schottky

Κάθε μηχανικός σχεδιασμού πρέπει να επιλέξει τη σωστή δίοδο Schottky ανάλογα με την ανάγκη της αίτησής του. Για σχέδια διόρθωσης, απαιτούνται δίοδοι υψηλής τάσης, χαμηλού / μέσου ρεύματος και χαμηλής συχνότητας. Για εναλλαγή σχεδίων, η βαθμολογία συχνότητας της διόδου πρέπει να είναι υψηλή.

Ορισμένες κοινές και σημαντικές παράμετροι για μια δίοδο που πρέπει να έχετε υπόψη παρατίθενται παρακάτω:

Πτώση τάσης προς τα εμπρός: Η τάση που πέφτει για να ενεργοποιηθεί μια δίοδος με προκαθορισμένη κίνηση είναι πτώση τάσης προς τα εμπρός Διαφέρει ανάλογα με τις διαφορετικές διόδους. Για τη δίοδο Schottky συνήθως η τάση ενεργοποίησης θεωρείται ότι είναι περίπου 0,2 V.

Τάση αντίστροφης βλάβης: Η συγκεκριμένη ποσότητα τάσης αντίστροφης πόλωσης μετά την οποία η δίοδος διασπάται και αρχίζει να διεξάγεται στην αντίστροφη κατεύθυνση ονομάζεται αντίστροφη τάση διακοπής. Η αντίστροφη τάση διακοπής για μια δίοδο Schottky είναι περίπου 50 βολτ.

Χρόνος αντίστροφης ανάκτησης: Είναι ο χρόνος που απαιτείται για να αλλάξετε τη δίοδο από την προς τα εμπρός αγώγιμη ή την κατάσταση «ON» στην αντίστροφη κατάσταση «OFF». Η πιο σημαντική διαφορά μεταξύ της τυπικής διόδου σύνδεσης PN και της δίοδος Schottky είναι ο αντίστροφος χρόνος ανάκτησης. Σε μια τυπική PN-junction δίοδος, ο χρόνος ανάστροφης ανάκτησης μπορεί να κυμαίνεται από αρκετά μικροδευτερόλεπτα έως 100 νανοδευτερόλεπτα. Οι δίοδοι Schottky δεν έχουν χρόνο ανάκτησης, επειδή η δίοδος Schottky δεν έχει περιοχή εξάντλησης στη διασταύρωση.

Ρεύμα αντίστροφης διαρροής: Το ρεύμα που πραγματοποιείται από μια συσκευή ημιαγωγών σε αντίστροφη μεροληψία είναι αντίστροφο ρεύμα διαρροής. Στη δίοδο Schottky, η αύξηση της θερμοκρασίας θα αυξήσει σημαντικά το αντίστροφο ρεύμα διαρροής.

Εφαρμογές του Schottky Diode

Οι δίοδοι Schottky έχουν πολλές εφαρμογές στη βιομηχανία ηλεκτρονικών, λόγω των μοναδικών ιδιοτήτων τους. Ορισμένες από τις εφαρμογές είναι οι εξής:

1. Κυκλώματα σύσφιξης / αποκοπής τάσης

Τα κυκλώματα κουρευτή και τα κυκλώματα clamper χρησιμοποιούνται συνήθως σε εφαρμογές διαμόρφωσης κυμάτων. Έχοντας μια ιδιότητα πτώσης χαμηλής τάσης καθιστά τη δίοδο Schottky χρήσιμη ως δίοδο σύσφιξης.

2. Αντίστροφη προστασία ρεύματος και εκφόρτισης

Όπως γνωρίζουμε, η δίοδος Schottky καλείται επίσης ως δίοδος αποκλεισμού επειδή εμποδίζει την τρέχουσα ροή σε αντίστροφη κατεύθυνση. μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως προστασία απόρριψης. Για παράδειγμα, στο Emergency Flash Light, μια δίοδος Schottky χρησιμοποιείται μεταξύ ενός υπερσυμπιεστή και ενός κινητήρα DC για την αποτροπή της εκφόρτισης του υπεραπυκνωτή μέσω του κινητήρα DC.

3. Κυκλώματα δειγματοληψίας και συγκράτησης

Η μεροληπτική προς τα εμπρός δίοδος Schottky δεν έχει μεταφορείς φορτίου μειοψηφίας και λόγω αυτού, μπορούν να αλλάξουν γρηγορότερα από τις τυπικές διόδους διασταύρωσης PN. Έτσι, οι δίοδοι Schottky χρησιμοποιούνται επειδή έχουν μικρότερο χρόνο μετάβασης από το δείγμα στο βήμα αναμονής και αυτό έχει ως αποτέλεσμα ένα πιο ακριβές δείγμα στην έξοδο.

4. Επανορθωτής ισχύος

Οι δίοδοι Schottky έχουν υψηλή πυκνότητα ρεύματος και η πτώση χαμηλής τάσης προς τα εμπρός σημαίνει ότι σπαταλάται λιγότερη ισχύς από μια τυπική δίοδο σύνδεσης PN και αυτό καθιστά τις διόδους Schottky πιο κατάλληλες για ανορθωτές ισχύος.

Περαιτέρω μπορείτε να βρείτε την πρακτική εφαρμογή του Diode σε πολλά κυκλώματα ακολουθώντας τον σύνδεσμο.