Что такое диод Шоттки и принцип его работы
Большинство современных радиосхем использует диод Шоттки. Его действие основано на физическом эффекте, который открыл немецкий ученый Вальтер Шоттки, поэтому он и носит его имя. Этот элемент имеет много таких же параметров, как и обычные диоды, но есть у него и существенные отличия.
Принцип действия и обозначение
Если обычный полупроводниковый диод основан на свойствах p-n перехода, то принцип работы диода Шоттки основан на свойствах перехода при контакте металла и полупроводника. Такой контакт получил в физике получил название «барьер Шоттки». В качестве полупроводника чаще всего используется арсенид галлия (GaAs), а из металлов применяют в основном следующие:
- вольфрам;
- платину;
- серебро;
- золото;
- палладий.
На радиотехнических схемах обозначение диода Шоттки похоже на обозначение обычного полупроводникового элемента, но есть заметное различие: со стороны катода, где есть небольшая перпендикулярная к основной линии черта, у нее дополнительно загибаются края в разные стороны под прямым углом или с плавным изгибом.
Иногда на принципиальных схемах затруднительно графически обозначить этот элемент, его рисуют, как обычный диод, а в спецификации дополнительно указывают тип.
Положительные и отрицательные качества
Полупроводниковый элемент Шоттки широко применяется в различных электронных и радиотехнических устройствах из-за своих положительных свойств. К ним относят следующие:
- очень низкое падение напряжения на переходе, максимальное значение которого составляет всего 0,55 В;
- большая скорость срабатывания;
- малая емкость барьера (перехода), что дает возможность применять диод Шоттки в схемах с высокой частотой тока.
Но есть и несколько отрицательных свойств, которые необходимо учитывать при использовании этого радиотехнического элемента. А именно:
- мгновенный необратимый выход из строя даже при кратковременном повышении обратного напряжения выше предельного значения;
- возникновение теплового пробоя на обратном токе из-за выделения тепла;
- часто встречаются утечки диодов, которые определить затруднительно.
Сфера применения и популярные модели
Полупроводниковый радиотехнический элемент Шоттки характеризуется отсутствием диффузной емкости из-за отсутствия неосновных носителей. Поэтому этот элемент в первую очередь — это СВЧ-диод широкого спектра применения. Его используют в роли следующих элементов:
- тензодатчик;
- приемник излучения;
- модулятор света;
- детектор ядерного излучения;
- выпрямитель тока высокой частоты.
Малое падение напряжения, к сожалению, наблюдается у большинства этих элементов при рабочем напряжении в пределах 55−60 В. Если напряжение выше этого значения, то диод Шоттки имеет такие же качества, как и обычный полупроводниковый элемент на кремниевой основе. Максимум обратного напряжения обычно составляет порядка 250 В, но есть особые модели, которые выдерживают и 1200 В (например, VS-10ETS12-M3).
Из сдвоенных моделей популярной среди радиолюбителей является 60CPQ150. Этот радиоэлемент имеет максимум обратного напряжения 150 В, а каждый отдельный диод из сборки рассчитан на пропускание тока в прямом включении силой 30 А. В мощных импульсных источниках питания иногда можно встретить модель VS-400CNQ045, у которой сила тока на выходе после выпрямления достигает 400 А.
У радиолюбителей пользуются популярностью диоды Шоттки серии 1N581x. Такие образцы, как 1N5817, 1N5818, 1N5819 имеют максимальный номинальный прямой ток 1 А, а обратное напряжение у них составляет 20−40 В. Падение напряжения на барьере (переходе) в диапазоне от 0.45 до 0.55 В. Также в радиолюбительской практике встречается элемент 1N5822 с прямым током до 3 А.
На печатных платах используют миниатюрные диоды серий SK12 — SK16. Несмотря на очень небольшие размеры, они выдерживают прямой ток до 1 А, а напряжение «обратки» составляет от 20 до 60 В. Есть и более мощные диоды, например, SK36. У него прямой ток доходит до 3 А.
Диагностика возможных неисправностей
Существует всего три вида возможных неисправностей. Это пробой, обрыв и утечка. Если первые два вида можно диагностировать самостоятельно в домашних условиях с помощью обычного мультиметра, то третья неисправность в домашних условиях практически не поддается диагностике.
Для надежного определения выхода из строя диода его необходимо выпаять из схемы, иначе шунтирование через другие элементы схемы будет искажать полученные показания. При пробое элемент ведет себя как обычный проводник. При замере его сопротивления в обоих направлениях измерительный прибор будет составлять «0». При обрыве деталь вообще не пропускает электрический ток в любом направлении. Его сопротивление равно бесконечности в каждом направлении.
Косвенным признаком утечки в элементе является его нестабильная работа. Иногда может срабатывать встроенная защита в блоке питания компьютера, монитора и т. д.
Мультиметром определить утечку невозможно, так как она возникает при работе элемента, а замеры необходимо производить при его отключении от схемы.
Принцип работы диода Шоттки и сферы его применения
Диод Шоттки, принцип работы которого мы опишем сегодня, является очень удачным изобретением немецкого ученого Вальтера Шоттки. В его честь устройство и было названо, а встретить его можно при изучении самых разных электрических схем. Для тех, кто еще только начинает знакомиться с электроникой, будет полезным узнать о том, зачем его используют и где он чаще всего применяется.
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:
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.
Отличие от других полупроводников
Главное его отличие от других полупроводников состоит в том, что преградой служит металлический элемент с односторонней проводимостью.
Такие элементы изготавливают из целого ряда ценных металлов:
От того, какой металл выбирается в качестве материала, зависят характеристики нужного показателя напряжения и качество работы электронного устройства в целом. Чаще всего применяют кремний — по причине его надежности, прочности и способности работать в условиях большой мощности. Также используется и арсенид галлия, соединенный с мышьяком, либо германий.
Читайте также: Солнечные батареи: особенности и сферы применения
Плюсы и минусы
При работе с устройствами, включающими в себя диод Шоттки, следует учитывать их положительные и отрицательные стороны. Если подключить его в качестве элемента электрической цепи, он будет прекрасно удерживать ток, не допуская его больших потерь.
К тому же, металлический барьер обладает минимальной емкостью. Это значительно увеличивает износостойкость и срок службы самого диода. Падение напряжения при его использовании минимально, а действие происходит очень быстро — стоит только провести подключение.
Однако большой процент обратного тока является очевидным недостатком. Поскольку многие электроприборы обладают высокой чувствительностью, нередки случаи, когда небольшое превышение показателя, всего лишь на пару А, способно надолго вывести прибор из строя. Также, при небрежной проверке напряжения полупроводника, может произойти утечка самого диода.
Сфера применения
Диод Шоттки может включать в себя любой аккумулятор.
Он входит в устройство солнечной батареи. Солнечные панели, которые уже давно успешно работают в условиях космического пространства, собираются именно на основании барьерных переходов Шоттки. Такие гелиосистемы устанавливаются на космических аппаратах (спутниках и телескопах, проводящих работу в жестких условиях безвоздушного пространства).
Устройство незаменимо при работе компьютеров, бытовой техники, радиоприемников, блоков электропитания. При правильном использовании диод Шоттки увеличивает производительность любого устройства, предотвращает потери тока. Он способен принимать на себя альфа-, бета- и гамма-излучение. Именно поэтому он незаменим в условиях космоса.
С помощью такого устройства можно осуществить параллельное соединение диодов, используя их в качестве сдвоенных выпрямителей. Таким образом можно объединить межлу собой два параллельных источника питания. Один корпус включает в себя два полупроводника, а концы положительного и отрицательного зарядов связываются друг с другом. Есть и более простые схемы, где диоды Шоттки очень малы. Это характерно для очень мелких деталей в электронике.
Читайте также: Как провести калибровку гаджетов на Андроиде и не только
Диод Шоттки является незаменимым элементом во многих электронных устройствах. Главное — понимать специфику его работы и использовать его корректно.
Диод с барьером Шоттки. Его характеристики и как проверить
В большом семействе полупроводников есть так называемый диод Шоттки. Он назван по фамилии учёного Shottky, открывшего этот эффект. В радиоэлектронике занимает свою нишу благодаря своим параметрам. Что это за прибор и чем он отличается от обычных обсуждаем ниже.
Диоды Шоттки (Shottky) могут выглядеть так
Основные характеристики диодов
Для начала вспомним, что такое обычный диод и как он работает. Это полупроводниковый прибор, который стоит из двух зон. При определённых условиях через этот переход перемещаются электроны.
Устройство и обозначение диода
Основное свойство элемента — он пропускает ток в одном направлении, и не пропускает в другом. Диоды Шоттки имеет такие же характеристики, как и обычные. На некоторых заострим внимание поподробнее. Это падение напряжения, обратный ток, обратное напряжение, частота.
Диод Шоттки отличается от обычных кремниевых диодов
Диод Шоттки делают из кремния (Si), арсенида галлия (GaAs) и редко — на основе германия (Ge). Металл в соединении с полупроводником определяет многие параметры диода. Этим металлом, может быть, золото (Au), ралладий (Pd), платина (Pt), вольфрам (W) которые наносятся на полупроводники.
А также как и обычный диод соединение полупроводник-металл обладает односторонней проводимостью с рядом положительных, а также отрицательных качеств.
Вольт-амперная характеристика диода шоттки
Вольт-амперная характеристика диода Шоттки отличается от обычного полупроводникового большей нелинейностью.
Что дает использование соединения металл-полупроводник? Два положительных момента:
-
- Очень небольшое падение напряжения на прямом переходе — 0,2-0,4 В. Для кремниевого диода «среднее» значение этого параметра — 0,7 В. Правда, малое падение напряжения имеют только приборы с небольшим напряжением пробоя — до 100 В. Для более мощных это падение только чуть ниже, чем у кремниевых.
- Высокое быстродействие. То есть, он быстро меняет своё состояние. Переход из открытого состояния в закрытое и обратно происходит за очень короткий промежуток времени и определяется только барьерной ёмкостью. Их применяют в системах коммутации, где важна скорость реакции.
Что такое диод Шоттки и как он обозначается на схеме
Есть у них и минусы. При повышении температуры у них значительно возрастает обратный ток.
Второй недостаток — при превышении максимально допустимого обратного напряжения происходит необратимый пробой. То есть, прибор выходит из строя. Есть и ещё один минус — малое падение прямого напряжения только у диодов Шоттки с малым напряжением пробоя (до сотни вольт). У вариантов с более высоким напряжением потери сравнимы с кремниевыми.
Применение в электронике
Такие свойства, как быстродействие и малое падение напряжения позволяет использовать диоды Шоттки в высокочастотных схемах. Например, в силовых высокочастотных выпрямителях (до сотен килогерц), где они работают как высокочастотные выпрямители. Применяют их и в усилителях звука, так как по сравнению с обычными диодами они дают меньший уровень помех.
Если вы посмотрите на плату источника питания, точно увидите диод Шоттки
Ещё одна область применения — составная часть более сложных полупроводниковых приборов. Например, МОП — транзисторы, диодные сборки и силовые диоды со встроенным диодом Шоттки имеют лучшие характеристики.
Сфера применения изделий велика, но наиболее часто их применяют в блоках питания компьютеров. А также в схемах для модуляции света в приёмниках излучения, солнечных батареях.
Условное обозначение и характеристики
На схеме диод Шоттки имеет особое обозначение. Отличие от обычного состоит в том, что перекладина у треугольника имеет загнутые края. Не один, как у стабилитрона, а оба. И края эти загнуты в разные стороны. На рисунке приведено обозначение по ГОСТу.
Диод Шоттки на схеме: условное обозначение
Про характеристики уже говорили. Это три основных параметра:
- Падение напряжения при прямом переходе. Для диодов Шоттки оно ниже, чем у обычных кремневых. При мощности обратного пробоя до 100 В оно будет порядка 0,2-0,4 В (у кремниевых в среднем 0,6–07 В).
- Напряжение пробоя. Обычное значение — до 200 В, но есть и изделия с напряжением более 1000 вольт.
Параметры популярной серии диодов Шоттки 1N58**
Приведённые параметры — средние. Есть довольно серьёзный разбег и для каждого случая можно подобрать нужные характеристики по каждому из пунктов. Иногда ещё важен такой параметр, как скорость переключения (быстродействие).
Виды диодов Шоттки
В настоящее время в электронных устройствах обычно применяют именно этот тип диодов. Бывают следующих видов:
- Одинарные.
- Сдвоенные
- с общим анодом;
- с общим катодом;
Два варианта корпусов для сдвоенных диодов Шоттки
Сдвоенные диоды Шоттки (или диодные сборки) выполнены в одном корпусе, похожи на силовые ключи, имеют три вывода. Диоды в сборке имеют одинаковые или очень близкие параметры, так как выполняются в одном технологическом цикле.
Часто диоды Шоттки выглядят именно так, но есть еще и в виде обычных диодов и СМД варианты. Как видите, на пластиковых стоит обозначение связки двух диодов — с общим анодом
Деталь имеет обычный корпус в виде небольших цилиндров с двумя проволочными выводами. Катод помечен полосой.
Таблица названий и характеристик
Диоды Шоттки выпускаются определёнными сериями. Не так много производителей в мире, несколько десятков серий. В таблице собраны наиболее часто встречающиеся элементы отечественного и импортного производства (некитайского).
Отечественные диоды Шоттки Импортные диоды Шоттки U max, V Imax, А Тип 1N5817 20-25 1 Одинарный 1N5820 20-25 3 Одинарный КД269 А, АС 20-25 5 Одинарный/сдвоенный КД238АС 20-25 7,5 Сдвоенный КД270 А, АС 20-25 7,5 Одинарный/сдвоенный КД271 А, АС 20-25 10 Одинарный/сдвоенный КД272 А, АС SR1620 20-25 15 Одинарный/сдвоенный КД273 А, АС 20-25 20 Одинарный/сдвоенный 1N5818 30-35 1 Одинарный 1N5821 30-35 3 Одинарный КД638 А, АС 30-35 5 Сдвоенные КД238 А, АС 30-35 7,5 Сдвоенные 10TQ0.5 30-35 10 Одинарный 12TQ035 30-35 15 Одинарный 20TQ035 30-35 20 Одинарный SR5030 30-35 50 Сдвоенные 1N5819 40-45 1 Одинарный 1N5822 40-45 3 Одинарный КД638 АС SR540 40-45 5 Одинарный КД238 АС 6TQ045 40-45 7.5 Сдвоенные 10TQ045 40-45 10 Одинарный 12TQ045 40-45 15 Одинарный 20TQ045 40-45 20 Одинарный SR350 50 3 Одинарный КД269 Б, БС 50 5 Одинарный/сдвоенный КД270 Б, БС SR850 50 7.5 Одинарный/сдвоенный КД271 Б, БС 50 10 Одинарный/сдвоенный КД272 Б, БС 50 15 Одинарный/сдвоенный КД273 Б, БС 18TQ050 50 20 Одинарный/сдвоенный SR160 60 1 Одинарный SR360 60 3 Одинарный КД638 БС SR560 60 5 Сдвоенные КД636 АС SR1660 60 15 Сдвоенные КД637 АС 60 25 Сдвоенные КД269 В, ВС 50SQ080 75 5 Одинарный/сдвоенный КД270 В, ВС 8TQ060 75 7,5 Одинарный/сдвоенный КД271 В, ВС 75 10 Одинарный/сдвоенный КД272 В, ВС 75 15 Одинарный/сдвоенный КД273 В, ВС 75 20 Одинарный/сдвоенный 30CPQ80 75 30 Сдвоенные 11DQ09 90-100 1.1 Одинарный 31DQ10 90-100 3.3 Одинарный КД638 ВС 90-100 5 Сдвоенные КД269 Г, ГС 50SQ100 90-100 5 Одинарный/сдвоенный КД270 Г, ГС 8TQ100 90-100 7.5 Одинарный/сдвоенный КД271 Г, ГС 90-100 10 Одинарный/сдвоенный КД272 Г, ГС 90-100 15 Одинарный/сдвоенный КД273 Г, ГС 90-100 20 Одинарный/сдвоенный 30CPQ100 90-100 30 Сдвоенные КД638 ГС 150 5 Сдвоенные КД269 Д, ДС 150 5 Одинарный/сдвоенный КД638 ДС 150 5 Сдвоенные КД270 Д, ДС 150 7,5 Одинарный/сдвоенный КД271 Д, ДС 10CTQ150 150 10 Одинарный/сдвоенный КД636 БС 150 15 Сдвоенные КД272 Д, ДС 150 15 Одинарный/сдвоенный КД273 Д, ДС 150 20 Одинарный/сдвоенный КД637 БС 150 25 Одинарный/сдвоенный 30CPQ150, SF303 150 30 Сдвоенные UF4003, SF14 200 1 Одинарный SF24 200 2 Одинарный SF34, HER303 200 3 Одинарный КД369 Е, ЕС 200 5 Одинарный/сдвоенный КД638 ЕС 200 5 Сдвоенные КД270 Е, ЕС 200 7,5 Одинарный/сдвоенный КД271 Е, ЕС 200 10 Одинарный/сдвоенный КД272 Е, ЕС 200 15 Одинарный/сдвоенный КД638 ВС 200 15 Сдвоенные КД273 Е, ЕС 200 20 Одинарный/сдвоенный КД637 ВС 200 25 Сдвоенные SF304, 30EPF02 200 30 Одинарный UF4004. SF16 400 1 Одинарный SF26 400 2 Одинарный SF26, HER305 400 3 Одинарный КД640 А, АС 400 8 Одинарный/сдвоенный КД271 К, КС, К1 10ETF04 400 10 Одинарный/сдвоенный КД272 К, КС, К1 16CTU04 400 15 Одинарный/сдвоенный КД641 А, АС 400 15 Одинарный/сдвоенный КД636ГС 400 15 Сдвоенные КД273К, КС, К1 400 20 Одинарный/сдвоенный КД637ГС 30CPF04 400 25 (30) Сдвоенные КД640 Б, БС 500 8 Одинарный/сдвоенный КД640 Е, ЕС 500 8 Одинарный/сдвоенный КД271 Л, ЛС, Л1 500 10 Одинарный/сдвоенный КД272 Л, ЛС, Л1 500 15 Одинарный/сдвоенный КД640 Б, БС 500 15 Одинарный/сдвоенный КД640 Е, ЕС 500 15 Одинарный/сдвоенный КД273 Л, ЛС, Л1 500 20 Одинарный/сдвоенный UF4005, SF17 600 1 Одинарный SF27 600 2 Одинарный SF37, HER306 600 3 Одинарный HFA04TB60 600 4 Одинарный КД640 В, ВС HFA08TB60, HFA08pB60 600 8 Одинарный/сдвоенный КД271, М, МС, М1 10ETF06 600 10 Одинарный/сдвоенный КД636 ДС 600 12 Сдвоенные КД272, М, МС, М1 600 15 Одинарный/сдвоенный КД641В, ВС 600 15 Одинарный/сдвоенный КД273, М, МС, М1 600 20 Одинарный/сдвоенный КД637 ДС 600 25 Сдвоенные 30СPF06 600 30 Одинарный/сдвоенный 40EPF06 600 40 Одинарный 60EPF06 600 60 Одинарный КД640 Г, ГС 700 8 Одинарный/сдвоенный КД640 Г, ГС 700 15 Одинарный/сдвоенный UF4006, SF18 800 1 Одинарный SF28 800 2 Одинарный SF38, HER307 800 3 Одинарный КД636 ЕС 800 12 Сдвоенные КД637 ЕС 20ETF08 800 25 Сдвоенные UF4007, SF19 1000-1200 1 Одинарный SF29 1000-1200 2 Одинарный SF39, HER308 1000-1200 3 Одинарный HFA06TB120 1000-1200 6 Одинарный HFA08TB120, HFA06PB120 1000-1200 8 Одинарный 20ETF12 1000-1200 20 Одинарный 30ETF12 1000-1200 30 Одинарный/сдвоенный 60ETF12 1000-1200 60 Одинарный Для удобства они отсортированы по напряжению пробоя. Внутри группы прямой ток идет по возрастающей. Так удобнее ориентироваться.
Отличия в графическом изображении диода Шоттки и обычного
Некоторые из перечисленных супербыстрые: SF 17/18/19 в группе с высоким обратным напряжением (от 600 В). В группе с напряжением пробоя 400 В их несколько — всё по списку начиная от тока 8А. Такая же картина наблюдается с пробоем на 300 В. В этой группе почти все отличатся высоким быстродействием. Только три позиции (UF4003 и SF 24 и 34) имеют «нормальную» для диодов Шоттки скорость срабатывания. Она всё равно намного выше, чем у обычных кремниевых деталей.
Если проанализировать таблицу, можно заметить, что диоды с малым обратным током почти без исключений импортного производства.
Как проверить
Вообще, он проверяется как обычный диод. Проверка основана на том, что они в одном направлении пропускают ток и имеют малое сопротивление, во втором ток не пропускают и сопротивление имеют высокое — почти обрыв.
Чтобы проверить диод Шоттки мультиметром, переводим его в режим прозвонки. Прикладываем щупы к выводам проверяемой детали. В одном положении должно «звониться», поменяв щупы, должна получить обрыв. Если «звонится» и в любом положении щупов — переход пробит и диод неисправен. Но никакие другие характеристики мультиметром вы не проверите. Можно только сказать работает он или пробит, а также где анод и катод.
Можно проверить диод Шоттки имея обычный мультиметр. В обратном положении должен показывать «обрыв».
Где анод, а где катод? Анод там где положительный щуп, катод — где земляной при таком положении когда диод ток пропускает. В обычном исполнении (КД) катод там, где корпус имеет расширение.
Проверить исправность диода Шоттки вообще не проблема, если имеете универсальный тестер. В слоты вставляем ножки детали и нажимаем на кнопку тестирования. На экране должен высветиться символ диода и характеристики, которыми он обладает. Перечень характеристик зависит от модели измерителя, но падение напряжения на прямом переходе, напряжение пробоя и обратный ток должны быть обязательно. А ещё вам распишут, к какому слоту подключён анод, а к какому катод. Если он сдвоенный, то и общий коллектор/база будут прописаны.
Чем заменить
Заменить диод диодом Шоттки вполне возможно, лишь бы подходил по основным характеристикам, напряжение и ток. А вот обратная замена нежелательна. Дело в том, что Шоттки в силу своих характеристик, меньше греются. При такой замене он быстро выйдет из строя. Конечно если проанализировать схему, то можно подобрать аналог с запасом по мощности.
Диод Шоттки. Устройство, принцип работы и основные характеристики.
Основной отличительной особенностью этого элемента является малое падение напряжения при прямом включении (относительно обычного выпрямительного диода). Давайте разберемся, с чем же в данном случае связано это явление.
Сердцем диода Шоттки является не p-n переход, который образуется при соприкосновении двух полупроводников с разными типами проводимости, а так называемый барьер Шоттки. И элемент, и барьер названы так в честь немецкого физика Вальтера Шоттки, который занимался исследованием этих процессов и явлений в 1930-х годах.
Так вот, барьер Шоттки — это переход между металлом и полупроводником. В обычном диоде у нас используется переход между полупроводниками p-типа и n-типа, а здесь уже совсем другая история — металл + полупроводник.
Для функционирования барьера Шоттки необходимо, чтобы работы выхода использующихся металла и полупроводника были различными. А работа выхода, в свою очередь, это энергия, которую необходимо сообщить электрону для его удаления из твердого тела. Рассмотрим случай, когда барьер образуется при контакте металла и полупроводника n-типа. Причем работа выхода электронов из полупроводника меньше, чем работа выхода из металла:
\phi_
Возникающий ток термоэлектронной эмиссии можно рассчитать следующим образом:
j = (1 \medspace - < R>) \medspace A \medspace T^2 \medspace e^<-\phi / kT>
Здесь нам важно заметить, что поскольку \phi_ > \phi_ , то, напротив, j_ < j_. В результате этого при контакте металла и полупроводника в пограничной области буду скапливаться заряды:
Иными словами, из-за того, что работа выхода из полупроводника меньше, то электронам проще перейти из него в металл, чем наоборот, в обратном направлении. Но как и для p-n перехода этот процесс не будет протекать бесконечно. Эти заряды создадут дополнительное электрическое поле в граничной области, и в результате под действием этого поля токи термоэлектронной эмиссии выравняются.
Как видите, в целом, процессы, протекающие в барьере Шоттки, по своей сути очень похожи на то, что происходит в p-n переходе при контакте двух полупроводников. При подключении внешнего напряжения возникает дополнительное поле, которое смещает баланс токов в пограничной области.
Несмотря на некую схожесть процессов ключевым отличием является то, что в диоде Шоттки протекание тока как при прямом смещении, так и при обратном, связано исключительно с перемещением основных носителей заряда. То есть по сравнению с p-n переходом отсутствует диффузионная составляющая тока, которая связана с инжекцией неосновных носителей. А это, в свою очередь, приводит ко второй важнейшей отличительной особенности диодов Шоттки — повышенному быстродействию (поскольку отсутствуют рекомбинационные и диффузионные процессы).
Как вы помните, при прямом смещении в обычном диоде в полупроводниковых областях накапливаются неосновные носители заряда — дырки в n-области и электроны в p-области:
Так вот в момент перехода диода в закрытое состояние (при подаче обратного смещения) неосновные носители начинают перемещаться навстречу друг другу, что приводит к возникновению кратковременного импульса обратного тока. Для диодов Шоттки же этот негативный и нежелательный эффект фактически сводится на нет.
Итак, суммируем все, что мы рассмотрели, и построим вольт-амперную характеристику диода Шоттки и обычного выпрямительного диода:
А теперь резюмируем плюсы и минусы этих элементов:
- Первое преимущество — меньшее падение напряжения при прямом включении. Для диодов Шоттки оно может составлять 0.2-0.4 В, тогда как для обычных кремниевых диодов величина равна 0.6-0.7 В. А меньшее напряжение при одинаковом токе — это меньшая рассеиваемая мощность, то есть диод Шоттки будет нагреваться гораздо меньше.
- Быстродействие — бесспорный плюс, который позволяет использовать диоды Шоттки на более высоких частотах.
- Из сравнения вольт-амперных характеристик мы можем заметить, что обратный ток обычного диода имеет меньшую величину. Это уже относится к недостаткам диодов Шоттки. Причем с повышением температуры обратный ток будет увеличиваться еще больше.
- И еще один недостаток — при превышении максимально допустимого значения обратного напряжения диод Шоттки выходит из строй с вероятностью равной 100%. В то же время обычный диод может перейти в режим обратимого пробоя (лавинного или туннельного) в том случае, если для него не произошел тепловой пробой (также необратимый). И при этом максимально допустимые значения обратного напряжения для диодов Шоттки почти всегда значительно меньше, чем для обычных диодов.
А теперь давайте проведем несколько практических экспериментов. Протестируем две аналогичные схемы на работу с сигналами высокой частоты. Только в одной схеме задействуем диод Шоттки, а в другой обычный выпрямительный диод и сравним осциллограммы сигналов на выходе.
На принципиальных схемах диод Шоттки обозначается так:
Тесты будем проводить на простой схеме однополупериодного выпрямителя:
Для эксперимента я взял диод Шоттки 10BQ015 и выпрямительный диод 1N4001. Попробуем подать на вход синусоиду с частотой 1 КГц:
Первый канал (желтый) — сигнал на входе
Второй канал (красный) — сигнал на выходе цепи с диодом Шоттки
Третий канал (синий) — сигнал на выходе цепи с обычным диодомРезультат вполне ожидаем. Диоды пропускают ток только в одном направлении, поэтому нижний полупериод входного сигнала срезается. Пока разницы особо никакой не наблюдается. Увеличиваем частоту входного сигнала до 100 КГц:
Первый канал (желтый) — сигнал на входе
Второй канал (красный) — сигнал на выходе цепи с диодом Шоттки
Третий канал (синий) — сигнал на выходе цепи с обычным диодомИ здесь уже видим, что обычный диод с таким сигналом попросту перестает справляться. При переключении диода (из открытого состояния в закрытое) возникает нежелательный импульс обратного тока (в точности так, как мы и обсудили чуть ранее).
Итак, резюмируем. Мы рассмотрели устройство, основные характеристики и принцип работы диода Шоттки, давайте на этом и завершим сегодняшнюю статью, всем спасибо ��
