Schottkyho dioda - charakteristika, parametry a aplikace

Dioda je jednou ze základních součástí, které se běžně používají v konstrukcích elektronických obvodů, lze ji běžně nalézt v usměrňovačích, kleštinách, svorkách a mnoha dalších běžně používaných obvodech. Jedná se o dvouvodičové polovodičové zařízení, které umožňuje tok proudu pouze v jednom směru, který je vytvořen z anody na katodu (+ až -), a blokuje tok proudu v opačném směru, tj. Z katody na anodu. Důvodem je, že má cca. Nulový odpor ve směru dopředu, zatímco nekonečný odpor ve zpětném směru. Existuje mnoho typů diod, z nichž každá má svou jedinečnou vlastnost a aplikace. O Zenerových diodách a jejich fungování jsme se již dozvěděli, v tomto článku se dozvíme o dalším zajímavém typu diody s názvem Schottkyho dioda a o tom, jak ji lze použít v našich konstrukcích obvodů.

Schottkyho dioda (pojmenovaná podle německého fyzika Waltera H. Schottkyho) je dalším typem polovodičové diody, ale místo přechodu PN má Schottkyho dioda spojení kov-polovodič, což snižuje kapacitu a zvyšuje spínací rychlost Schottkyho diody, a to odlišuje se od ostatních diod. Schottkyho dioda má také další názvy, jako je dioda povrchové bariéry, dioda Schottkyho bariéry, horký nosič nebo dioda s horkými elektrony.

Symbol Schottkyho diody

Symbol Schottkyho diody je založen na obecném symbolu diody, ale místo přímky má na záporném konci diody strukturu typu S, jak je znázorněno níže. Tento schematický symbol lze snadno použít k rozlišení Schottkyho diody od ostatních diod při čtení schématu zapojení. V celém článku budeme pro lepší pochopení porovnávat Schottkyho diodu s běžnou diodou.

Dokonce i podle fyzického vzhledu součásti vypadá Schottkyho dioda podobně jako obecná dioda a často je obtížné zjistit rozdíl, aniž byste na ní přečetli číslo dílu. Většinou se ale Schottkyho dioda bude zdát trochu objemnější než běžné diody, ale nemusí tomu tak vždy být. Níže je uveden pin-out obrázek Schottkyho diody.

Čím je Schottkyho dioda speciální?

Jak již bylo řečeno, Schottkyho dioda vypadá a funguje velmi podobně jako obecná dioda, ale jedinečnou charakteristikou Schottkyho diody je její velmi nízký pokles napětí a vysoká rychlost spínání. Abyste tomu lépe porozuměli, nechte připojit Schottkyho diodu a obecnou diodu ke stejnému obvodu a zkontrolujte jejich výkon.

Na výše uvedených obrázcích máme dva obvody, jeden pro Schottkyho diodu a druhý pro typickou diodu PN. Tyto obvody budou použity k rozlišení poklesů napětí v obou diodách. Levý obvod je tedy pro Schottkyho diodu a pravý pro typickou diodu PN. Obě diody jsou napájeny 5V. Když je proud veden z obou diod, Schottkyho dioda má pouze pokles napětí 0,3 voltu a ponechá 4, 7 voltu pro zátěž, na druhou stranu typická dioda s přechodem PN má pokles napětí o 0,7 voltu a ponechá 4,3 voltu pro zátěž. Schottkyho dioda má tedy nižší úbytek napětí než běžná přechodová dioda PN. Kromě poklesu napětí má Schottkyho dioda také některé další výhody na typické PN-přechodové diodě, jako je Schottkyho diodarychlejší spínací frekvence, méně šumu a lepší výkon než typická přechodová dioda PN.

Nevýhody Schottkyho diody

Pokud má Schottkyho dioda velmi nízký pokles napětí a vysokou spínací rychlost nabízející lepší výkon, proč tedy potřebujeme generické PN spojovací diody? Proč jednoduše nepoužíváme Schottkyho diodu pro všechny návrhy obvodů?

I když je pravda, že Schottkyho diody jsou lepší než přechodové diody PN a je pomalu výhodnější než přechodová dioda PN. Dvě hlavní překážky Schottkyho diody jsou její nízko reverzní průrazné napětí a vysoce reverzní únikový proud ve srovnání s generickou diodou. Proto není vhodný pro aplikace spínání vysokého napětí. Také Schottkyho diody jsou poměrně dražší než běžné usměrňovací diody.

Schottkyho dioda vs usměrňovací dioda

Krátké srovnání mezi diodou PN a Schottkyho diodou je uvedeno v následující tabulce:

PN- spojovací dioda	Schottkyho dioda
Přechodová dioda PN je bipolární zařízení, což znamená, že k vedení proudu dochází v důsledku menšinových i většinových nosičů náboje.	Na rozdíl od přechodové diody PN je Schottkyho dioda unipolární zařízení, což znamená, že k vedení proudu dochází pouze kvůli většině nosných nábojů.
Dioda PN- Junction má spojení Semiconductor- Semiconductor.	Zatímco Schottkyho dioda má spojení kov - polovodič.
Dioda PN- Junction má velký pokles napětí.	Schottkyho dioda má malý pokles napětí.
Vysoké ztráty stavu.	Nízké ztráty stavu.
Pomalá rychlost přepínání.	Rychlá rychlost přepínání.
Vysoké zapínací napětí (0,7 voltů)	Nízké zapínací napětí (0,2 V)
Vysoké reverzní blokovací napětí	Nízké reverzní blokovací napětí
Nízký zpětný proud	Vysoký zpětný proud

Struktura Schottkyho diody

Schottkyho diody jsou konstruovány pomocí spojení kov-polovodič, jak je znázorněno na následujícím obrázku. Schottkyho diody mají na jedné straně spojení kovovou sloučeninu a na druhé straně dotovaný křemík, proto Schottkyho dioda nemá vrstvu vyčerpání. Kvůli této vlastnosti jsou Schottkyho diody známé jako unipolární zařízení, na rozdíl od typických diod s PN přechodem, které jsou bipolární zařízení.

Základní struktura Schottkyho diody je znázorněna na obrázku výše. Jak vidíte na obrázku, Schottkyho dioda má na jedné straně sloučeninu kovu, která se může pohybovat od platiny po wolfram, molybden, zlato atd. A polovodič typu N na druhé straně. Když se sloučenina kovu a polovodič typu N spojí, vytvoří se spojení Metal-Semiconductor. Tato křižovatka je známá jako Schottkyho bariéra. Šířka Schottkyho bariéry závisí na typu kovu a polovodičových materiálů, které se používají při tvorbě spojů.

Schottkyho bariéra funguje odlišně v nestranném, dopředně předpjatém nebo obráceně předpjatém stavu. Ve stavu předpětí, když je kladná svorka baterie připojena ke kovu a záporná svorka je připojena k polovodiči typu n, umožňuje Schottkyho dioda tok proudu. Ale ve stavu reverzního zkreslení, když je kladná svorka baterie připojena k polovodiči typu n a záporná svorka je spojena s kovem, Schottkyho dioda zablokuje tok proudu. Pokud se však napětí s reverzním předpětím zvýšilo nad určitou úroveň, prolomí bariéru a proud začne protékat v opačném směru, což může poškodit komponenty připojené k Schottkyho diodě.

Vlastnosti Schottkyho diody VI

Jednou z důležitých charakteristik, kterou je třeba vzít v úvahu při výběru diody, je graf dopředného napětí (V) versus dopředného proudu (I). Graf VI nejpopulárnějších Schottkyho diod 1N5817, 1N5818 a 1N5819 je uveden níže

Charakteristiky VI Schottkyho diody jsou velmi podobné typické diodě PN. Nízký pokles napětí než typická přechodová dioda PN umožňuje Schottkyho diodě odebírat méně napětí než typická dioda. Z výše uvedeného grafu můžete vidět, že 1N517 má ve srovnání s ostatními dvěma nejnižší pokles napětí vpřed, lze také poznamenat, že pokles napětí se zvyšuje s nárůstem proudu diodou. Dokonce i pro 1N517 při maximálním proudu 30A může pokles napětí na něm dosáhnout až 2V. Proto se tyto diody běžně používají v aplikacích s nízkým proudem.

Parametry, které je třeba vzít v úvahu při výběru Schottkyho diody

Každý konstruktér musí zvolit správnou Schottkyho diodu podle potřeby své aplikace. U návrhů usměrnění budou vyžadovány diody vysokého napětí, nízkého / středního proudu a nízké frekvence. U návrhů spínání by měl být kmitočet diody vysoký.

Níže jsou uvedeny některé běžné a důležité parametry diody, na které byste měli pamatovat:

Pokles dopředného napětí: Pokles napětí pro zapnutí diody s předpětím je poklesem dopředného napětí. Liší se podle různých diod. U Schottkyho diody se typicky předpokládá, že zapínací napětí je kolem 0,2 V.

Reverzní poruchové napětí: Konkrétní množství zpětného zkreslení napětí, po kterém se dioda rozpadne a začne vodit v opačném směru, se nazývá Reverzní poruchové napětí. Zpětné průrazné napětí pro Schottkyho diodu je kolem 50 voltů.

Doba zpětného zotavení: Je to doba potřebná k přepnutí diody z jejího dopředného vodivého nebo zapnutého stavu do opačného stavu vypnuto. Nejdůležitějším rozdílem mezi typickou PN-přechodovou diodou a Schottkyho diodou je doba zpětného zotavení. V typickém případě přechodové diody PN se doba zpětného zotavení může pohybovat od několika mikrosekund do 100 nanosekund. Schottkyho diody nemají dobu obnovy, protože Schottkyho dioda nemá na křižovatce oblast vyčerpání.

Reverzní svodový proud: Proud vedený z polovodičového zařízení v opačném zkreslení je zpětný svodový proud. U Schottkyho diody se zvýšením teploty výrazně zvýší zpětný svodový proud.

Aplikace Schottkyho diody

Schottkyho diody mají mnoho aplikací v elektronickém průmyslu kvůli svým jedinečným vlastnostem. Některé z těchto aplikací jsou následující:

1. Obvody napěťového upínání / ořezávání

Clipper obvody a upínací obvody se běžně používají v aplikacích tvarování vln. Díky vlastnosti nízkého poklesu napětí je Schottkyho dioda užitečná jako upínací dioda.

2. Ochrana proti zpětnému proudu a výboji

Jak víme, Schottkyho dioda se také nazývá blokovací dioda, protože blokuje tok proudu v opačném směru; lze jej použít jako ochranu proti vybití. Například v případě nouzového blesku se mezi superkondenzátorem a stejnosměrným motorem používá Schottkyho dioda, aby se zabránilo vybití superkondenzátoru stejnosměrným motorem.

3. Obvody vzorkování a zadržení

Předpjatá Schottkyho dioda nemá žádné menšinové nosiče náboje a díky tomu mohou přepínat rychleji než typické diody PN. Používají se tedy Schottkyho diody, protože mají kratší dobu přechodu ze vzorku do kroku zadržení a výsledkem je přesnější vzorek na výstupu.

4. Výkonový usměrňovač

Schottkyho diody mají vysokou proudovou hustotu a nízký pokles dopředného napětí znamená, že dochází k plýtvání menším množstvím energie než typická přechodová dioda PN, a proto jsou diody Schottky vhodnější pro výkonové usměrňovače.

Dále můžete najít praktickou implementaci diody v mnoha obvodech pomocí odkazu.