Чем отличается диод шоттки: Как отличить диод шоттки от обычного диода

Содержание

Как отличить диод шоттки от обычного диода

Диод Шоттки — полупроводниковый диод с малым падением напряжения при прямом включении. Назван в честь немецкого физика Вальтера Шоттки. В специальной литературе часто используется более полное название — Диод с барьером Шоттки.

В диодах Шоттки в качестве барьера Шоттки используется переход металл-полупроводник, в отличие от обычных диодов, где используется p-n-переход. Переход металл-полупроводник 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 ёмкостью.

Диоды Шоттки изготавливаются обычно на основе кремния (Si) или арсенида галлия (GaAs), реже — на основе германия (Ge). Выбор металла для контакта с полупроводником определяет многие параметры диода Шоттки. В первую очередь — это 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.

Допустимое обратное напряжение выпускаемых диодов Шоттки ограничено 1200 вольтами (CSD05120 и аналоги), на практике большинство диодов Шоттки применяются в низковольтных цепях при обратном напряжении порядка единиц и нескольких десятков вольт.

Содержание

Свойства диодов Шоттки [ править | править код ]

Номенклатура диодов Шоттки [ править | править код ]

Диоды Шоттки — составные части современных дискретных полупроводниковых приборов:

  • МОП-транзисторы со встроенным обратным диодом Шоттки (впервые выпущены компанией International Rectifier под торговой маркой FETKY в 1996) — основной компонент синхронных выпрямителей.
    В отличие от обычного МОП-транзистора, обратный диод которого отличается высоким прямым падением напряжения и посредственными временны́ми характеристиками (так как представляет собой обычный диод на p-n переходе, образуемый областями стока и подложкой, объединённой с истоком), использование обратного диода Шоттки позволяет строить силовые синхронные выпрямители с частотой преобразования в сотни кГц и выше. Существуют приборы этого класса со встроенными драйверами затворов и устройствами управления синхронным выпрямлением.
  • Так называемые ORing [3] -диоды и ORing-сборки — силовые диоды и диодные сборки, применяемые для объединения параллельных источников питания общей нагрузки в устройствах повышенной надёжности (логическое ИЛИ по питанию). Отличаются особо низким, нормируемым прямым падением напряжения. Например, специализированный миниатюрный диод MBR140 (30 В, 1 А) при токе 100 мА имеет прямое падение напряжения не более 360 мВ при +25 °C и 300 мВ при +85 °C. ORing-диоды характеризуются относительно большой площадью p-n-перехода и низкими удельными плотностями тока.

Что такое диод Шоттки?

Это полупроводниковый элемент, название которого соответствует фамилии знаменитого физика и изобретателя, работавшего в Германии. Специфика диода Шоттки заключается в минимальном снижении напряжения. Эта низкая динамика наблюдается при прямом введении компонента в цепь. На практике используется при обратном напряжении с небольшими значениями (в среднем 3-10В), при возможности применять в промышленности с гораздо большими величинами значение может достигать до 1200В.


Внешний вид

Разновидности диодов Шоттки

Все полупроводниковые элементы, работающие по принципу барьера Шоттки, делятся по мощности на:


Сдвоенный диод

На рисунке показан сдвоенный элемент, являющий собой по сути два элемента. Они расположены в едином корпусе, в одно целое соединены катодом или анодом. В этом случае чаще всего имеется три вывода диода. При идентичных параметрах собранных таким образом элементов обеспечивается надежность работы всего устройства, в первую очередь, за счет единой температуры.

Особенности и принцип работы диода Шоттки

Как работает диод Шоттки? В чем принципиальные отличия его работы от аналогов с другим барьерным переходом?

Устройство диода Шоттки имеет отличие от других элементов того же назначения использованием барьером в виде перехода между металлом и полупроводником. У аналогов обычно работает с этой же целью p-n переход. Так в первом случае имеется односторонняя электропроводность. В зависимости от того, какой конкретно металл выбран для перехода в элементе, различаются и характеристики элемента. Чаще всего выбирается кремний, возможно применение арсенида галлия. Реже могут применяться сплавы вольфрама, платины и других материалов.

Кремний — самый распространенный и надежный элемент в диодах Шоттки, с ним конструкция надежно работает в условиях высокой мощности. Изделие стабильнее в работе, чем другие полупроводниковые аналоги, а простота изготовления и устройства диода Шоттки делают его очень доступным вариантом.

Металл-полупроводник: принцип работы перехода


Структура элемента

Принцип работы диода Шоттки основан на особенностях барьера. Эффект Шоттки при контакте компонентов, из которых выполнен непосредственно полупроводник и металл заключается в образовании бедного электронами участка. Последний имеет вентильные характеристики, аналогичные p-n взаимодействию. Контактный слой останавливает носителей заряда. По сравнению с другими типами полупроводниковых вентилей такое решение обладает:

  • минимальным обратным током;
  • стремящейся к нулю собственной емкостью;
  • обратным напряжением самой низкой допустимой величины;
  • при прямом включении — меньшим снижением напряжения (до 0.5 В в сравнении с 2-3 В в случае аналога).

В переходной зоне нет лишних носителей заряда. Благодаря этому там не возникают диффузии и рекомбинации, что наблюдается в контактных слоях p-n перехода. Так обеспечивается минимальная собственная емкость диода Шоттки, что делает возможным с большей эффективностью использовать его в устройствах с высокими и сверхчастотами.

Преимущества и недостатки диода Шоттки

Несомненными преимуществами подобных полупроводниковых изделий являются:

  • надежное удерживание электротока;
  • минимальная емкость барьера обеспечивает длительную эксплуатацию;
  • быстродействие.

Высокие показатели обратного тока — основной недостаток устройств с диодом Шоттки. Из-за этого при скачке обратного тока диод может выйти из строя.

Важно! При внедрении подобных диодов в цепи с высокой мощностью электротока создается риск теплового пробоя.

Маркировка и схема диода Шоттки

На схеме преподносится почти как стандартный полупроводниковый диод, но имеются и отличия.


Обозначения диодов

В маркировке используется набор символов, они всегда обозначаются сбоку изделия. Используются международные стандарты, но в зависимости от производителя маркировка может отличаться.

Сочетание цифр и букв на корпусе не всегда понятно, но в радиотехнических справочниках всегда можно найти точную расшифровку.

Работа в ИБП

Подобные элементы очень широко используются в импульсных схемах, в приборах для стабилизации напряжения, а также в блоках питания. Преимущественно выбираются сдвоенные элементы, имеющие в одном корпусе общий катод.

Использование в ИБП сдвоенного диода Шоттки с общим катодом является признаком высокого качества и надежности блока питания.

При этом сгоревший элемент относится к частым и типовым неисправностям импульсного устройства. Нерабочее состояние возникает при:

  • утечке на корпус;
  • электроприборе.

Встроенная защита приводит к блокировке ИБП в обоих случаях. При утечке возможно присутствие незначительных нестабильных пульсаций напряжения на выходе, а также слабые "подергивания" вентилятора. В случае пробоя напряжения в блоке питания полностью исключены. Так можно определить вероятную причину нерабочего состояния диода Шоттки, но для окончательного решения понадобится диагностика.

Для диагностики следует выполнить шаги:

  1. Выпаять элемент и схемы.
  2. Осмотреть на предмет механических повреждений, присутствия следов разрушительных химических реакций.
  3. Выполнить проверку мультиметром.


Проверка мультиметром

Отличие процедуры от диагностики обычных диодов заключается в необходимости демонтажа сборки или элемента, иначе проверить его состояние будет очень сложно. Утечку диагностировать сложнее. При использовании типичного мультиметра может отображаться полная работоспособность элемента при работе прибора в режиме "диод". Потому лучше устанавливать режим "омметр" и заменить элемент при демонстрации сопротивления. Показатель 5 кОм не устанавливает точно неисправность диода, но лучше считать его подозрительным и выполнить замену. Доступная стоимость диодов Шоттки позволяет сделать это практически в любой момент без особых трат.

Важно! Если для проверки работоспособности диода Шоттки используется типовой мультиметр, нужно учитывать указанный сбоку показатель электротока.

Применение

Отличительные особенности и принцип работы диода Шоттки обусловливают его широкое применение в быту и в промышленности. Кроме блоков питания компьютера, его часто можно встретить в схемах:

  • бытовых электроприборов;
  • стабилизаторов напряжения;
  • во всем спектре радио- и телеаппаратуры;
  • в другой электронике.

Подобные элементы используются в современных батареях и транзисторах, работа которых обеспечивается сенечной энергией.

Такое универсальное использование элемента связано с способностью полупроводникового диода с эффектом Шоттки во много раз усиливать работоспособность любого прибора и увеличивать его эффективность. Обратное сопротивление электротока восстанавливается, за счет чего он сохраняется в электрической сети. Потери динамики напряжения минимизируются. Также диод Шоттки вбирает несколько видов излучений.

Диод с барьером Шоттки — неприхотливый и простой элемент, обеспечивающий бесперебойную работу множества современных приборов. Доступный, надежный, отличается широкой сферой применения благодаря особенностям в своей конструкции.

Диод Шоттки – это полупроводниковый электрический выпрямительный элемент, где в качестве барьера используется переход металл-полупроводник. В результате приобретаются полезные свойства: высокое быстродействие и малое падение напряжения в прямом направлении.

Из истории открытия диодов Шоттки

Выпрямительные свойства перехода металл-полупроводник впервые замечены в 1874 году Фердинандом Брауном на примере сульфидов. Пропуская ток в прямом и обратном направлении, он отметил разницу в 30%, что в корне противоречило известному закону Ома. Браун не смог объяснить происходящего, но, продолжив исследования, установил, что и сопротивление участка пропорционально протекающему току. Что также выглядело необычно.

Опыты повторились физиками. К примеру, Вернер Сименс отметил похожие свойства селена. Браун установил, что свойства конструкции проявляются наиболее ярко при небольшом размере контактов, приложенных к кристаллу сульфида. Исследователь применял:

  • подпружиненную проволоку с давлением 1 кг;
  • ртутный контакт;
  • металлизированную медью площадку.

Так на свет появился точечный диод, в 1900 году помешавший нашему соотечественнику Попову взять патент на детектор для радио. В собственных работах Браун излагает исследования марганцевой руды (псиломелана). Прижав контакты к кристаллу струбциной и изолировав губки от токонесущей части, учёный получил превосходные результаты, но применения эффекту в то время не нашлось.

Описав, необычные свойства сульфида меди, Фердинанд положил начало твердотельной электронике.

За Брауна практическое применение нашли единомышленники. Профессор Джагдиш Чандра Бос сообщил 27 апреля 1899 года о создании первого детектора-приёмника для работы в паре с радиопередатчиком. Он использовал галенит (оксид свинца) в паре с простым проводом и поймал волны миллиметрового диапазона. В 1901 году запатентовал своё детище. Не исключено, что под влиянием слухов о Попове. Детектор Боса использован в первой трансатлантической радиопередаче Маркони. Аналогичного рода устройства на кристалле кремния запатентовал в 1906 году Гринлиф Уиттер Пиккард.

Гринлиф Уиттер Пиккард

В своей речи на вручении Нобелевской премии в 1909 году Браун отметил, что не понимает принципов открытого им явления, зато обнаружил целый ряд материалов, проявляющих новые свойства. Это уже упомянутый выше галенит, пирит, пиролюзит, тетраэдрит и ряд прочих. Перечисленные материалы привлекли внимание по простой причине: проводили электрический ток, хотя считались соединениями элементов таблицы Менделеева. Прежде подобные свойства считались прерогативой простых металлов.

Наконец, в 1926 году уже появились первые транзисторы с барьером Шоттки, а теорию под явление подвёл Уильям Брэдфорд Шокли в 1939 году. Тогда же Невилл Франсис Мот объяснил явления, происходящие в на стыке двух материалов, вычислив ток диффузии и дрейфа основных носителей заряда. Вальтер Шоттки дополнил теорию, заменив линейное электрическое поле затухающим и добавив представление о донорах ионов, расположенных в приповерхностном слое полупроводника. Объёмный заряд на границе раздела под слоем металла назвали именем учёного.

Схожие попытки подведения теории под имеющийся факт предпринимал Давыдов в 1939 году, но неправильно дал лимитирующие факторы для тока и допустил прочие ошибки. Самые правильные выводы сделал Ханс Альбрехт Бете в 1942 году, увязавший ток с термоэлектронной эмиссией носителей сквозь потенциальный барьер на границе двух материалов. Таким образом, современное название явления и диодов должно бы носить имя последнего учёного, теория Шоттки обнаруживала изъяны.

Теоретические исследования упираются в сложность измерения работы выхода электронов из материала в вакуум. Даже для химически инертного и стабильного металла золота определённые показания разнятся от 4 до 4,92 эВ. При высокой степени вакуума, в отсутствие ртути от насоса или масляной плёнки, получаются значения в 5,2 эВ. С развитием технологии в будущем предвидятся значения точнее. Иным вариантом решения станет использование сведений об электроотрицательности материалов для правильного предсказания событий на границе перехода. Эти величины (по шкале Поллинга) известны с точностью до 0,1 эВ. Из сказанного понятно: сегодня правильно предсказать высоту барьера по указанным методикам и, следовательно, выпрямительные свойства диодов Шоттки не представляется возможным.

Лучшие способы определения высоты барьера Шоттки

Высоту допустимо определить по известной формуле (см. рис). Где С – коэффициент, слабо зависящий от температуры. Зависимость от приложенного напряжения Va, несмотря на сложную форму считается почти линейной. Угол наклона графика составляет q/ kT. Высоту барьера определяют по графику зависимости lnJ от 1/Т при фиксированном напряжении. Расчёт ведётся по углу наклона.

Формула для расчётов

Альтернативный метод состоит в облучении перехода металл-полупроводник светом. Используются способы:

  1. Свет проходит через толщу полупроводника.
  2. Свет падает прямо на чувствительную площадку фотоэлемента.

Если энергия фотона укладывается в промежуток энергий между запрещённой зоной полупроводника и высотой барьера, наблюдается эмиссия электронов из металла. Когда параметр выше обоих указанных величин, выходной ток резко возрастает, что легко заметно на установке для эксперимента. Указанный метод позволяет установить, что работы выхода для одинакового полупроводника, с разными типами типами проводимости (n и p), в сумме дают ширину запрещённой зоны материала.

Новым методом для определения высоты барьера Шоттки служит измерение ёмкости перехода в зависимости от приложенного обратного напряжения. График показывает вид прямой, пересекающей ось абсцисс в точке, характеризующей искомую величину. Результат экспериментов сильно зависит от качества подготовки поверхности. Изучение технологических методов обработки показывает, что травление в плавиковой кислоте оставляет на образце из кремния слой оксидной плёнки толщиной 10 — 20 ангстрем.

Неизменно отмечается эффект старения. Меньше характерен для диодов Шоттки, образованных путём скола кристалла. Высоты барьеров отличаются для конкретного материала, в отдельных случаях сильно зависят от электроотрицательности металлов. Для арсенида галлия фактор почти не проявляется, в случае с сульфидом цинка играет решающую роль. Зато в последнем случае слабое действие оказывает качество подготовки поверхности, для GaAs это крайне важно. Сульфид кадмия находится в промежуточном положении относительно указанных материалов.

При исследовании оказалось, что большинство полупроводников ведёт себя подобно GaAs, включая кремний. Мид объяснил это тем, что на поверхности материала образуется ряд формаций, где энергия электронов лежит в области трети запрещённой зоны от зоны валентности. В результате при контакте с металлом уровень Ферми в последнем стремится занять схожее положение. История повторяется с любым проводником. Одновременно высота барьера становится разницей между уровнем Ферми и краем зоны проводимости в полупроводнике.

Сильное влияние электроотрицательности металла наблюдается в материалах с ярко выраженными ионными связями. Это прежде всего четырёхвалентный оксид кремния и сульфид цинка. Объясняется указанный факт отсутствием формаций, влияющих на уровень Ферми в металле. В заключение добавим, что исчерпывающей теории по поводу рассматриваемого вопроса сегодня не создано.

Преимущества диодов Шоттки

Не секрет, что диоды Шоттки служат выпрямителями на выходе импульсных блоков питания. Производители упирают на то, что потери мощности и нагрев в этом случае намного ниже. Установлено, что падение напряжения при прямом включении на диоде Шоттки меньше в 1,5 – 2 раза, нежели в любом типе выпрямителей. Попробуем объяснить причину.

Рассмотрим работу обычного p-n-перехода. При контакте материалов с двумя разными типами проводимости начинается диффузия основных носителей за границу контакта, где они уже не основные. В физике это называется запирающим слоем. Если на n-область подать положительный потенциал, основные носители электроны моментально притянутся в выводу. Тогда запирающий слой расширится, ток не течёт. При прямом включении основные носители, напротив, наступают на запирающий слой, где активно с ним рекомбинируют. Переход открывается, течёт ток.

Выходит, ни открыть, ни закрыть простой диод мгновенно не получится. Идут процессы образования и ликвидация запирающего слоя, требующие времени. Диод Шоттки ведёт себя чуть по-иному. Приложенное прямое напряжение открывает переход, но инжекции дырок в n-полупроводник практически не происходит, барьер для них велик, в металле таких носителей мало. При обратном включении в сильно легированных полупроводниках способен течь туннельный ток.

Читатели, ознакомленные с темой Светодиодное освещение, уже в курсе, что первоначально в 1907 году Генри Джозеф Раунд сделал открытие на кристаллическом детекторе. Это диод Шоттки в первом приближении: граница металла и карбида кремния. Разница в том, что сегодня используют полупроводник n-типа и алюминий.

Диод Шоттки умеет не только светиться: для этих целей используют p-n-переход. Контакт металл-полупроводник не всегда становится выпрямляющим. В последнем случае называется омическим и входит в состав большинства транзисторов, где его паразитные эффекты излишни и вредны. Каким будет переход, зависит от высоты барьера Шоттки. При больших значениях параметра, превышающих температурную энергию, появляются выпрямительные свойства. Свойства определяется разностью работы выхода металла (в вакууме) и полупроводника, либо электронным сродством.

Свойства перехода зависят от применяемых материалов и от геометрических размеров. Объёмный заряд в рассматриваемом случае меньше, нежели при контакте двух полупроводников разного типа, значит, время переключения значительно снижается. В типичном случае укладывается в диапазон от сотен пс до десятков нс. Для обычных диодов минимум на порядок выше. В теории это выглядит как отсутствие повышения уровня барьера при приложенном обратном напряжении. Легко объяснить и малое падение напряжения тем, что часть перехода составлена чистым проводником. Актуально для приборов, рассчитанных на сравнительно низкие напряжения в десятки вольт.

Сообразно свойствам диодов Шоттки они находят широкое применение в импульсных блоках питания для бытовой техники. Это позволяет снизить потери, улучшить тепловой режим работы выпрямителей. Малая площадь перехода обусловливает низкие напряжения пробоя, что слегка компенсируется увеличением площади металлизации на кристалле, охватывающей часть изолированной оксидом кремния области. Эта площадь, напоминающая конденсатор, при обратном включении диода обедняет прилегающие слои основными носителями заряда, значительно улучшая показатели.

Благодаря быстродействию диоды Шоттки активно применяются в интегральных схемах, нацеленных на использование высоких частот — рабочих и частот синхронизации.

Диод Шоттки - это... Что такое Диод Шоттки?

Условное обозначение диода Шоттки НЕ по ГОСТ 2.730-73 Структура детекторного диода Шоттки : 1 — полупроводниковая подложка; 2 — эпитаксиальная плёнка; 3 — контакт металл — полупроводник; 4 — металлическая плёнка; 5 — внешний контакт

Диод Шоттки (также правильно Шотки, сокращённо ДШ) — полупроводниковый диод с малым падением напряжения при прямом включении. Назван в честь немецкого физика Вальтера Шоттки. Диоды Шоттки используют переход металл-полупроводник в качестве барьера Шоттки (вместо p-n перехода, как у обычных диодов). Допустимое обратное напряжение промышленно выпускаемых диодов Шоттки ограничено 250 В (MBR40250 и аналоги), на практике большинство диодов Шоттки применяется в низковольтных цепях при обратном напряжении порядка единиц и нескольких десятков вольт.

Свойства диодов Шоттки

Достоинства

  • В то время, как обычные кремниевые диоды имеют прямое падение напряжения около 0,6—0,7 вольт, применение диодов Шоттки позволяет снизить это значение до 0,2—0,4 вольт. Столь малое прямое падение напряжения присуще только диодам Шоттки с максимальным обратным напряжением порядка десятков вольт, выше же падение напряжения становится сравнимым с аналогичным параметром кремниевых диодов, что ограничивает применение диодов Шоттки.
  • Барьер Шоттки (открыл нем. физик Вальтер Шоттки — Walter Schottky) также имеет меньшую электрическую ёмкость перехода, что позволяет заметно повысить рабочую частоту. Это свойство используется в интегральных микросхемах, где диодами Шоттки шунтируются переходы транзисторов логических элементов. В силовой электронике малое время восстановления позволяет строить выпрямители на частоты в сотни кГц и выше. Например, диод MBR4015 (15 В, 40 А), оптимизированный под высокочастотное выпрямление, нормирован для работы при dV/dt до 10 кВ/мкс.

Недостатки

  • при кратковременном превышении максимального обратного напряжения диод Шоттки необратимо выходит из строя (КЗ — короткое замыкание), в отличие от обычных кремниевых p-n диодов, которые переходят в режим обратимого[1] пробоя, и, при условии непревышения рассеиваемой на диоде максимальной мощности после падения напряжения, диод полностью восстанавливает свои свойства.
  • диоды Шоттки характеризуются повышенными (относительно обычных кремниевых p-n диодов) обратными токами, возрастающими с ростом температуры кристалла. Для 30CPQ150 обратный ток при максимальном обратном напряжении изменяется от 0,12 мА при +25 °C до 6,0 мА при +125 °C. У низковольтных диодов в корпусах ТО220 обратный ток может превышать сотни миллиампер (MBR4015 — до 600 мА при +125 °C). При неудовлетворительных условиях теплоотвода у диодов Шоттки может возникнуть тепловая положительная обратная связь, приводящая к тепловому пробою его полупроводниковой структуры.

Номенклатура диодов Шоттки

Диоды Шоттки — составные части современных дискретных полупроводниковых приборов:

  • МОП-транзисторы со встроенным обратным диодом Шоттки (впервые выпущены компанией International Rectifier под торговой маркой FETKY в 1996) — основной компонент синхронных выпрямителей. В отличие от обычного МОП-транзистора, обратный диод которого отличается высоким прямым падением напряжения и посредственными временны́ми характеристиками (т.к. представляет из себя обычный диод на p-n переходе, образуемый областями стока и подложкой, объединённой с истоком), использование обратного диода Шоттки позволяет строить силовые синхронные выпрямители с частотой преобразования в сотни кГц и выше. Существуют приборы этого класса со встроенными драйверами затворов и устройствами управления синхронным выпрямлением.
  • Так называемые ORing-диоды и ORing-сборки — силовые диоды и диодные сборки, применяемые для объединения параллельных источников питания общей нагрузки в устройствах повышенной надёжности (логическое ИЛИ по питанию). Отличаются особо низким, нормируемым прямым падением напряжения. Например, специализированный миниатюрный диод MBR140 (30 В, 1 А) при токе 100 мА имеет прямое падение напряжения не более 360 мВ при +25 °C и 300 мВ при +85 °C. ORing-диоды характеризуются относительно большой площадью P-N перехода и низкими удельными плотностями тока.

Ссылки

  1. Статья «Полупроводниковый диод» в БСЭ

Для чего нужен диод шоттки

Обозначение, применение и параметры диодов Шоттки

К многочисленному семейству полупроводниковых диодов названных по фамилиям учёных, которые открыли необычный эффект, можно добавить ещё один. Это диод Шоттки.

Немецкий физик Вальтер Шоттка открыл и изучил так называемый барьерный эффект возникающий при определённой технологии создания перехода металл-полупроводник.

Основной "фишкой" диода Шоттки является то, что в отличие от обычных диодов на основе p-n перехода, здесь используется переход металл-полупроводник, который ещё называют барьером Шоттки. Этот барьер, так же, как и полупроводниковый p-n переход, обладает свойством односторонней электропроводимости и рядом отличительных свойств.

В качестве материала для изготовления диодов с барьером Шоттки преимущественно используется кремний (Si) и арсенид галлия (GaAs), а также такие металлы как золото, серебро, платина, палладий и вольфрам.

На принципиальных схемах диод Шоттки изображается вот так.

Как видим, его изображение несколько отличается от обозначения обычного полупроводникового диода.

Кроме такого обозначения на схемах можно встретить и изображение сдвоенного диода Шоттки (сборки).

Сдвоенный диод – это два диода смонтированных в одном общем корпусе. Выводы катодов или анодов у них объединены. Поэтому такая сборка, как правило, имеет три вывода. В импульсных блоках питания обычно применяются сборки с общим катодом.

Так как два диода размещены в одном корпусе и выполнены в едином технологическом процессе, то их параметры очень близки. Поскольку они размещены в едином корпусе, то и температурный режим их одинаков. Это увеличивает надёжность и срок службы элемента.

У диодов Шоттки есть два положительных качества: весьма малое прямое падение напряжения (0,2-0,4 вольта) на переходе и очень высокое быстродействие.

К сожалению, такое малое падение напряжения проявляется при приложенном напряжении не более 50-60 вольт. При дальнейшем его повышении диод Шоттки ведёт себя как обычный кремниевый выпрямительный диод. Максимальное обратное напряжение для Шоттки обычно не превышает 250 вольт, хотя в продаже можно встретить образцы, рассчитанные и на 1,2 киловольта (VS-10ETS12-M3).

Так, сдвоенный диод Шоттки (Schottky rectifier) 60CPQ150 рассчитан на максимальное обратное напряжение 150V, а каждый из диодов сборки способен пропустить в прямом включении 30 ампер!

Также можно встретить образцы, выпрямленный за полупериод ток которых может достигать 400А максимум! Примером может служит модель VS-400CNQ045.

Очень часто в принципиальных схемах сложное графическое изображение катода попросту опускают и изображают диод Шоттки как обычный диод. А тип применяемого элемента указывают в спецификации.

К недостаткам диодов с барьером Шоттки можно отнести то, что даже при кратковременном превышении обратного напряжения они мгновенно выходят из строя и главное необратимо. В то время как кремниевые силовые вентили после прекращения действия превышенного напряжения прекрасно самовосстанавливаются и продолжают работать. Кроме того обратный ток диодов очень сильно зависит от температуры перехода. На большом обратном токе возникает тепловой пробой.

К положительным качествам диодов Шоттки кроме высокого быстродействия, а, следовательно, малого времени восстановления можно отнести малую ёмкость перехода (барьера), что позволяет повысить рабочую частоту. Это позволяет использовать их в импульсных выпрямителях на частотах в сотни килогерц. Очень много диодов Шоттки находят своё применение в интегральной микроэлектронике. Выполненные по нано технологии диоды Шоттки входят в состав интегральных схем, где они шунтируют переходы транзисторов для повышения быстродействия.

В радиолюбительской практике прижились диоды Шоттки серии 1N581x (1N5817, 1N5818, 1N5819). Все они рассчитаны на максимальный прямой ток (IF(AV)) – 1 ампер и обратное напряжение (VRRM) от 20 до 40 вольт. Падение напряжения (VF) на переходе составляет от 0,45 до 0,55 вольт. Как уже говорилось, прямое падение напряжения (Forward voltage drop) у диодов с барьером Шоттки очень мало.

Также достаточно известным элементом является 1N5822. Он рассчитан на прямой ток в 3 ампера и выполнен в корпусе DO-201AD.

Также на печатных платах можно встретить диоды серии SK12 – SK16 для поверхностного монтажа. Они имеют довольно небольшие размеры. Несмотря на это SK12-SK16 выдерживают прямой ток до 1 ампера при обратном напряжении 20 – 60 вольт. Прямое падение напряжения составляет 0,55 вольт (для SK12, SK13, SK14) и 0,7 вольт (для SK15, SK16). Также на практике можно встретить диоды серии SK32 – SK310, например, SK36, который рассчитан на прямой ток 3 ампера.

Применение диодов Шоттки в источниках питания.

Диоды Шоттки активно применяются в блоках питания компьютеров и импульсных стабилизаторах напряжения. Среди низковольтных питающих напряжений самыми сильноточными (десятки ампер) являются напряжения +3,3 вольта и +5,0 вольт. Именно в этих вторичных источниках питания и используются диоды с барьером Шоттки. Чаще всего используются трёхвыводные сборки с общим катодом. Именно применение сборок может считаться признаком высококачественного и технологичного блока питания.

Выход из строя диодов Шоттки одна из наиболее часто встречающихся неисправностей в импульсных блоках питания. У него может быть два "дохлых" состояния: чистый электрический пробой и утечка. При наличии одного из этих состояний блок питания компьютера блокируется, так как срабатывает защита. Но это может происходить по-разному.

В первом случае все вторичные напряжения отсутствуют. Защита заблокировала блок питания. Во втором случае вентилятор "подёргивается" и на выходе источников питания периодически то появляются пульсации напряжения, то пропадают.

То есть схема защиты периодически срабатывает, но полной блокировки источника питания при этом не происходит. Диоды Шоттки гарантированно вышли из строя, если радиатор, на котором они установлены, разогрет очень сильно до появления неприятного запаха. И последний вариант диагностики связанный с утечкой: при увеличении нагрузки на центральный процессор в мультипрограммном режиме блок питания самопроизвольно отключается.

Следует иметь в виду, что при профессиональном ремонте блока питания после замены вторичных диодов, особенно с подозрением на утечку, следует проверить все силовые транзисторы выполняющие функцию ключей и наоборот: после замены ключевых транзисторов проверка вторичных диодов является обязательной процедурой. Всегда необходимо руководствоваться принципом: беда одна не приходит.

Проверка диодов Шоттки мультиметром.

Проверить диод Шоттки можно с помощью рядового мультиметра. Методика такая же, как и при проверке обычного полупроводникового диода с p-n переходом. Но и тут есть подводные камни. Особенно трудно проверить диод с утечкой. Прежде всего, элемент необходимо выпаять из схемы для более точной проверки. Достаточно легко определить полностью пробитый диод. На всех пределах измерения сопротивления неисправный элемент будет иметь бесконечно малое сопротивление, как в прямом, так и в обратном включении. Это равносильно короткому замыканию.

Сложнее проверить диод с подозрением на "утечку". Если проводить проверку мультиметром DT-830 в режиме "диод", то мы увидим совершенно исправный элемент. Можно попробовать измерить в режиме омметра его обратное сопротивление. На пределе "20кОм" обратное сопротивление определяется как бесконечно большое. Если же прибор показывает хоть какое-то сопротивление, допустим 3 кОм, то этот диод следует рассматривать как подозрительный и менять на заведомо исправный. Стопроцентную гарантию может дать полная замена диодов Шоттки по шинам питания +3,3V и +5,0V.

Где ещё в электронике используются диоды Шоттки? Их можно обнаружить в довольно экзотических приборах, таких как приёмники альфа и бета излучения, детекторах нейтронного излучения, а в последнее время на барьерных переходах Шоттки собирают панели солнечных батарей. Так, что они питают электроэнергией и космические аппараты.

Что такое диод Шоттки? Это полупроводниковый элемент, название которого соответствует фамилии знаменитого физика и изобретателя, работавшего в Германии. Специфика диода Шоттки заключается в минимальном снижении напряжения. Эта низкая динамика наблюдается при прямом введении компонента в цепь. На практике используется при обратном напряжении с небольшими значениями (в среднем 3-10В), при возможности применять в промышленности с гораздо большими величинами значение может достигать до 1200В.


Внешний вид

Разновидности диодов Шоттки

Все полупроводниковые элементы, работающие по принципу барьера Шоттки, делятся по мощности на:


Сдвоенный диод

На рисунке показан сдвоенный элемент, являющий собой по сути два элемента. Они расположены в едином корпусе, в одно целое соединены катодом или анодом. В этом случае чаще всего имеется три вывода диода. При идентичных параметрах собранных таким образом элементов обеспечивается надежность работы всего устройства, в первую очередь, за счет единой температуры.

Особенности и принцип работы диода Шоттки

Как работает диод Шоттки? В чем принципиальные отличия его работы от аналогов с другим барьерным переходом?

Устройство диода Шоттки имеет отличие от других элементов того же назначения использованием барьером в виде перехода между металлом и полупроводником. У аналогов обычно работает с этой же целью p-n переход. Так в первом случае имеется односторонняя электропроводность. В зависимости от того, какой конкретно металл выбран для перехода в элементе, различаются и характеристики элемента. Чаще всего выбирается кремний, возможно применение арсенида галлия. Реже могут применяться сплавы вольфрама, платины и других материалов.

Кремний — самый распространенный и надежный элемент в диодах Шоттки, с ним конструкция надежно работает в условиях высокой мощности. Изделие стабильнее в работе, чем другие полупроводниковые аналоги, а простота изготовления и устройства диода Шоттки делают его очень доступным вариантом.


Структура элемента

Принцип работы диода Шоттки основан на особенностях барьера. Эффект Шоттки при контакте компонентов, из которых выполнен непосредственно полупроводник и металл заключается в образовании бедного электронами участка. Последний имеет вентильные характеристики, аналогичные p-n взаимодействию. Контактный слой останавливает носителей заряда. По сравнению с другими типами полупроводниковых вентилей такое решение обладает:

  • минимальным обратным током;
  • стремящейся к нулю собственной емкостью;
  • обратным напряжением самой низкой допустимой величины;
  • при прямом включении — меньшим снижением напряжения (до 0.5 В в сравнении с 2-3 В в случае аналога).

В переходной зоне нет лишних носителей заряда. Благодаря этому там не возникают диффузии и рекомбинации, что наблюдается в контактных слоях p-n перехода. Так обеспечивается минимальная собственная емкость диода Шоттки, что делает возможным с большей эффективностью использовать его в устройствах с высокими и сверхчастотами.

Преимущества и недостатки диода Шоттки

Несомненными преимуществами подобных полупроводниковых изделий являются:

  • надежное удерживание электротока;
  • минимальная емкость барьера обеспечивает длительную эксплуатацию;
  • быстродействие.

Высокие показатели обратного тока — основной недостаток устройств с диодом Шоттки. Из-за этого при скачке обратного тока диод может выйти из строя.

Важно! При внедрении подобных диодов в цепи с высокой мощностью электротока создается риск теплового пробоя.

Маркировка и схема диода Шоттки

На схеме преподносится почти как стандартный полупроводниковый диод, но имеются и отличия.


Обозначения диодов

В маркировке используется набор символов, они всегда обозначаются сбоку изделия. Используются международные стандарты, но в зависимости от производителя маркировка может отличаться.

Сочетание цифр и букв на корпусе не всегда понятно, но в радиотехнических справочниках всегда можно найти точную расшифровку.

Работа в ИБП

Подобные элементы очень широко используются в импульсных схемах, в приборах для стабилизации напряжения, а также в блоках питания. Преимущественно выбираются сдвоенные элементы, имеющие в одном корпусе общий катод.

Использование в ИБП сдвоенного диода Шоттки с общим катодом является признаком высокого качества и надежности блока питания.

При этом сгоревший элемент относится к частым и типовым неисправностям импульсного устройства. Нерабочее состояние возникает при:

  • утечке на корпус;
  • электроприборе.

Встроенная защита приводит к блокировке ИБП в обоих случаях. При утечке возможно присутствие незначительных нестабильных пульсаций напряжения на выходе, а также слабые "подергивания" вентилятора. В случае пробоя напряжения в блоке питания полностью исключены. Так можно определить вероятную причину нерабочего состояния диода Шоттки, но для окончательного решения понадобится диагностика.

Для диагностики следует выполнить шаги:

  1. Выпаять элемент и схемы.
  2. Осмотреть на предмет механических повреждений, присутствия следов разрушительных химических реакций.
  3. Выполнить проверку мультиметром.


Проверка мультиметром

Отличие процедуры от диагностики обычных диодов заключается в необходимости демонтажа сборки или элемента, иначе проверить его состояние будет очень сложно. Утечку диагностировать сложнее. При использовании типичного мультиметра может отображаться полная работоспособность элемента при работе прибора в режиме "диод". Потому лучше устанавливать режим "омметр" и заменить элемент при демонстрации сопротивления. Показатель 5 кОм не устанавливает точно неисправность диода, но лучше считать его подозрительным и выполнить замену. Доступная стоимость диодов Шоттки позволяет сделать это практически в любой момент без особых трат.

Важно! Если для проверки работоспособности диода Шоттки используется типовой мультиметр, нужно учитывать указанный сбоку показатель электротока.

Применение

Отличительные особенности и принцип работы диода Шоттки обусловливают его широкое применение в быту и в промышленности. Кроме блоков питания компьютера, его часто можно встретить в схемах:

  • бытовых электроприборов;
  • стабилизаторов напряжения;
  • во всем спектре радио- и телеаппаратуры;
  • в другой электронике.

Подобные элементы используются в современных батареях и транзисторах, работа которых обеспечивается сенечной энергией.

Такое универсальное использование элемента связано с способностью полупроводникового диода с эффектом Шоттки во много раз усиливать работоспособность любого прибора и увеличивать его эффективность. Обратное сопротивление электротока восстанавливается, за счет чего он сохраняется в электрической сети. Потери динамики напряжения минимизируются. Также диод Шоттки вбирает несколько видов излучений.

Диод с барьером Шоттки — неприхотливый и простой элемент, обеспечивающий бесперебойную работу множества современных приборов. Доступный, надежный, отличается широкой сферой применения благодаря особенностям в своей конструкции.

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:

  • 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.

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:

  • арсенида галлия;
  • кремния;
  • золота;
  • вольфрама;
  • карбида кремния;
  • палладия;
  • платины.

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.

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.

Диод Шоттки является незаменимым элементом во многих электронных устройствах. Главное — понимать специфику его работы и использовать его корректно.

общий принцип работы, маркировка, обозначение

Диод полупроводниковый, применяющий в принципе своей работы барьерный эффект, носит имя немецкого учёного, его описавшего, – Вальтера Шоттки.

Внешний вид диода Шоттки

Важно! Барьерный эффект – серьёзное влияние общего объемного заряда на развитие разряда в промежутке с резко неравномерным полем.

Дополнительная информация. Что такое диод – электронный элемент, обладающий неодинаковой возможностью проводить электрический ток, в зависимости от его направления.

Диод Шоттки: принцип работы

От классического вида вентиль Шоттки отличается тем, что основу его работы составляет пара полупроводник-металл. Зачастую эта пара упоминается как барьер Шоттки. Этот барьер, кроме схожей с p-n переходом способности проводить электричество в одну сторону, обладает несколькими полезными особенностями.

Арсенид галлия и кремний – основные поставщики материала для производства электронного элемента в промышленных условиях. В более редких случаях используют драгоценные химические элементы: платина, палладий и им подобные.

Его графическое условное выражение на электрических схемах не совпадает с классическими диодами. Маркировка электронных элементов похожа. Также встречаются двойные диоды в виде сборки.

Важно! Двойной диод – это пара диодов, совмещенных в общем объеме.

 

Диод Шоттки, обозначение

Диод Шоттки, обозначение

Сдвоенный диод с барьером Шоттки

У сдвоенных вентилей выходы катодов или анодов совмещены. Отсюда следует, что такое изделие обладает тремя концами. Сборки с общим катодом, например, работают там, где требуются импульсные блоки питания. Диоды Шоттки с общим анодом используются существенно реже.

Диоды находятся в едином корпусе и используют для их изготовления одну технологию производства, поэтому по набору своих параметров они как близнецы-братья. Температура работы у них тоже одинаковая, т.к. находятся в общем пространстве. Данное свойство значительно уменьшает необходимость их замены из-за потери работоспособности.

Самые важные отличительные свойства рассматриваемых вентилей – это незначительное прямое падение напряжения (до 0,4 В) в момент перехода и высокое время срабатывания.

Однако упомянутая величина падения напряжения обладает узким диапазоном прикладываемого напряжения – не более 60 В. И сама эта величина мала, что задаёт достаточно узкий спектр применения данных диодов. Если напряжение превысит указанную величину, барьерный эффект исчезает, и диод начинает работать в режиме обычного выпрямительного диода. Обратное напряжение для большинства из них не выходит за рамки 250 В, однако существуют образцы с величиной обратного напряжения 1,2 кВ.

При проектировании электрических схем проектировщики частенько на принципиальных схемах диод Шоттки не выделяют графически, однако в спецификации к заказу указывают на его использование, прописывая в типе. Поэтому при заказе оборудования на это нужно обращать пристальное внимание.

Из неудобств в работе с вентилями с барьером Шоттки необходимо отметить их чрезвычайную «нежность» и нетерпимость к малейшему, даже очень короткому по времени превышению номинала обратного напряжения. В этом случае они просто выходят из строя и больше не восстанавливаются, что, в сравнении с кремниевыми диодами, не идёт им на пользу, т.к. последние обладают свойством самовосстановления, после чего могут продолжать работать в обычном режиме, не требуя замены. Также нельзя забывать, что обратный ток в них критически зависит от градуса перехода. При появлении значительного значения обратного тока, пробоя не избежать.

Повышенная рабочая частота вследствие незначительной емкости переходных процессов и короткого периода восстановления по причине серьёзного быстродействия – те положительные свойства, позволяющие использовать данные диоды, например, радиолюбителям. Также применяют их на частотах, достигающих нескольких сотен кГц, например, в импульсных выпрямителях. Большое количество произведённых диодов уходит для использования в микроэлектронике. Современный уровень развития науки и промышленности дозволяет использовать в процессе изготовления вентилей с барьером Шоттки нано технологии. Созданные таким образом вентили применяют для шунтирования транзисторов. Данное решение серьёзно увеличивает срабатывание последних.

Диоды Шоттки в источниках питания

В компьютерных блоках питания очень часто расположены вентили Шоттки. Пятивольтовое напряжение обеспечивает серьёзный ток в десятки ампер, что для низковольтных систем питания является рекордом. Для этих блоков питания и применяют вентили Шоттки. В основном, используются сдвоенные диоды с единым катодом. Ни один качественный современный питающий блок компьютеров не обходится без такой сборки.

Диагноз. «Перегоревший» питающий блок электронного устройства чаще всего означает необходимость замены сгоревшей сборки Шоттки. Причины неисправности всего две: увеличенный ток утечки и электрический пробой. При наступлении описанных состояний электрическое питание на компьютер перестаёт подаваться. Защитные механизмы сработали. Рассмотрим, как это происходит.

Принципиальная схема импульсного блока питания

Напряжение на входе компьютера отсутствует на постоянной основе. Блок питания полностью заблокирован вшитой в компьютер защитой.

Бывает «непонятная» ситуация: вентилятор охлаждения то начинает работать, то опять характерный шум пропадает. Это означает, что напряжение на входе компьютера (выходе питающего блока) то появляется, то исчезает. Т.е. защита отрабатывает периодические ошибки, но блокировать полностью источник не спешит. Появился неприятный запах, идущий от горячего блока? Диодный блок точно требует замены. Ещё один способ домашней диагностики: при большой нагрузке центрального процессора питающий блок отключился сам по себе. Это признак утечки.

После ремонта блока питания, связанного с заменой сдвоенных диодов Шоттки, необходимо «прозвонить» и транзисторы. При обратной процедуре диоды также требуют проверки. Особенно это правило актуально, если причиной ремонта стала утечка.

Проверка диодов Шоттки

Бытовой мультиметр хорошо справляется с задачей проверки любого вида диодов с барьером Шоттки. Способ проверки очень схож с проверкой рядового диода. Однако есть свои секреты. Электронный элемент с утечкой особенно тяжело поддаётся корректной проверке. Во-первых, диодную сборку необходимо извлечь из схемы. Для этого потребуется паяльник. Если диод пробит, то сопротивление, близкое к нулю, во всех возможных режимах работы подскажет о его неработоспособности. По физическим процессам это напоминает замыкание.

«Утечка» диагностируется сложнее. Самый распространённый мультиметр для населения – dt-830, в большинстве случаев измерений в положении «диод» не увидит проблему. При переведении регулятора в положение «омметр» омическое сопротивление уйдёт в бесконечность. Также прибор не должен показывать наличие Омического сопротивления. В противном случае требуется замена.

Тестирование диодов Шоттки

Диоды Шоттки распространены в электрике и радиоэлектронике. Область их использования широкая, вплоть до приёмников альфа излучения и различных космических аппаратов.

Видео

Чем отличается диод шоттки от обычного диода

Диод Шоттки

Обозначение, применение и параметры диодов Шоттки

К многочисленному семейству полупроводниковых диодов названных по фамилиям учёных, которые открыли необычный эффект, можно добавить ещё один. Это диод Шоттки.

Немецкий физик Вальтер Шоттка открыл и изучил так называемый барьерный эффект возникающий при определённой технологии создания перехода металл-полупроводник.

Основной «фишкой» диода Шоттки является то, что в отличие от обычных диодов на основе p-n перехода, здесь используется переход металл-полупроводник, который ещё называют барьером Шоттки. Этот барьер, так же, как и полупроводниковый p-n переход, обладает свойством односторонней электропроводимости и рядом отличительных свойств.

В качестве материала для изготовления диодов с барьером Шоттки преимущественно используется кремний (Si) и арсенид галлия (GaAs), а также такие металлы как золото, серебро, платина, палладий и вольфрам.

На принципиальных схемах диод Шоттки изображается вот так.

Как видим, его изображение несколько отличается от обозначения обычного полупроводникового диода.

Кроме такого обозначения на схемах можно встретить и изображение сдвоенного диода Шоттки (сборки).

Сдвоенный диод – это два диода смонтированных в одном общем корпусе. Выводы катодов или анодов у них объединены. Поэтому такая сборка, как правило, имеет три вывода. В импульсных блоках питания обычно применяются сборки с общим катодом.

Так как два диода размещены в одном корпусе и выполнены в едином технологическом процессе, то их параметры очень близки. Поскольку они размещены в едином корпусе, то и температурный режим их одинаков. Это увеличивает надёжность и срок службы элемента.

У диодов Шоттки есть два положительных качества: весьма малое прямое падение напряжения (0,2-0,4 вольта) на переходе и очень высокое быстродействие.

К сожалению, такое малое падение напряжения проявляется при приложенном напряжении не более 50-60 вольт. При дальнейшем его повышении диод Шоттки ведёт себя как обычный кремниевый выпрямительный диод. Максимальное обратное напряжение для Шоттки обычно не превышает 250 вольт, хотя в продаже можно встретить образцы, рассчитанные и на 1,2 киловольта (VS-10ETS12-M3).

Так, сдвоенный диод Шоттки (Schottky rectifier) 60CPQ150 рассчитан на максимальное обратное напряжение 150V, а каждый из диодов сборки способен пропустить в прямом включении 30 ампер!

Также можно встретить образцы, выпрямленный за полупериод ток которых может достигать 400А максимум! Примером может служит модель VS-400CNQ045.

Очень часто в принципиальных схемах сложное графическое изображение катода попросту опускают и изображают диод Шоттки как обычный диод. А тип применяемого элемента указывают в спецификации.

К недостаткам диодов с барьером Шоттки можно отнести то, что даже при кратковременном превышении обратного напряжения они мгновенно выходят из строя и главное необратимо. В то время как кремниевые силовые вентили после прекращения действия превышенного напряжения прекрасно самовосстанавливаются и продолжают работать. Кроме того обратный ток диодов очень сильно зависит от температуры перехода. На большом обратном токе возникает тепловой пробой.

К положительным качествам диодов Шоттки кроме высокого быстродействия, а, следовательно, малого времени восстановления можно отнести малую ёмкость перехода (барьера), что позволяет повысить рабочую частоту. Это позволяет использовать их в импульсных выпрямителях на частотах в сотни килогерц. Очень много диодов Шоттки находят своё применение в интегральной микроэлектронике. Выполненные по нано технологии диоды Шоттки входят в состав интегральных схем, где они шунтируют переходы транзисторов для повышения быстродействия.

В радиолюбительской практике прижились диоды Шоттки серии 1N581x (1N5817, 1N5818, 1N5819). Все они рассчитаны на максимальный прямой ток (IF(AV)) – 1 ампер и обратное напряжение (VRRM) от 20 до 40 вольт. Падение напряжения (VF) на переходе составляет от 0,45 до 0,55 вольт. Как уже говорилось, прямое падение напряжения (Forward voltage drop) у диодов с барьером Шоттки очень мало.

Также достаточно известным элементом является 1N5822. Он рассчитан на прямой ток в 3 ампера и выполнен в корпусе DO-201AD.

Также на печатных платах можно встретить диоды серии SK12 – SK16 для поверхностного монтажа. Они имеют довольно небольшие размеры. Несмотря на это SK12-SK16 выдерживают прямой ток до 1 ампера при обратном напряжении 20 – 60 вольт. Прямое падение напряжения составляет 0,55 вольт (для SK12, SK13, SK14) и 0,7 вольт (для SK15, SK16). Также на практике можно встретить диоды серии SK32 – SK310, например, SK36, который рассчитан на прямой ток 3 ампера.

Применение диодов Шоттки в источниках питания.

Диоды Шоттки активно применяются в блоках питания компьютеров и импульсных стабилизаторах напряжения. Среди низковольтных питающих напряжений самыми сильноточными (десятки ампер) являются напряжения +3,3 вольта и +5,0 вольт. Именно в этих вторичных источниках питания и используются диоды с барьером Шоттки. Чаще всего используются трёхвыводные сборки с общим катодом. Именно применение сборок может считаться признаком высококачественного и технологичного блока питания.

Выход из строя диодов Шоттки одна из наиболее часто встречающихся неисправностей в импульсных блоках питания. У него может быть два «дохлых» состояния: чистый электрический пробой и утечка. При наличии одного из этих состояний блок питания компьютера блокируется, так как срабатывает защита. Но это может происходить по-разному.

В первом случае все вторичные напряжения отсутствуют. Защита заблокировала блок питания. Во втором случае вентилятор «подёргивается» и на выходе источников питания периодически то появляются пульсации напряжения, то пропадают.

То есть схема защиты периодически срабатывает, но полной блокировки источника питания при этом не происходит. Диоды Шоттки гарантированно вышли из строя, если радиатор, на котором они установлены, разогрет очень сильно до появления неприятного запаха. И последний вариант диагностики связанный с утечкой: при увеличении нагрузки на центральный процессор в мультипрограммном режиме блок питания самопроизвольно отключается.

Следует иметь в виду, что при профессиональном ремонте блока питания после замены вторичных диодов, особенно с подозрением на утечку, следует проверить все силовые транзисторы выполняющие функцию ключей и наоборот: после замены ключевых транзисторов проверка вторичных диодов является обязательной процедурой. Всегда необходимо руководствоваться принципом: беда одна не приходит.

Проверка диодов Шоттки мультиметром.

Проверить диод Шоттки можно с помощью рядового мультиметра. Методика такая же, как и при проверке обычного полупроводникового диода с p-n переходом. Но и тут есть подводные камни. Особенно трудно проверить диод с утечкой. Прежде всего, элемент необходимо выпаять из схемы для более точной проверки. Достаточно легко определить полностью пробитый диод. На всех пределах измерения сопротивления неисправный элемент будет иметь бесконечно малое сопротивление, как в прямом, так и в обратном включении. Это равносильно короткому замыканию.

Сложнее проверить диод с подозрением на «утечку». Если проводить проверку мультиметром DT-830 в режиме «диод», то мы увидим совершенно исправный элемент. Можно попробовать измерить в режиме омметра его обратное сопротивление. На пределе «20кОм» обратное сопротивление определяется как бесконечно большое. Если же прибор показывает хоть какое-то сопротивление, допустим 3 кОм, то этот диод следует рассматривать как подозрительный и менять на заведомо исправный. Стопроцентную гарантию может дать полная замена диодов Шоттки по шинам питания +3,3V и +5,0V.

Где ещё в электронике используются диоды Шоттки? Их можно обнаружить в довольно экзотических приборах, таких как приёмники альфа и бета излучения, детекторах нейтронного излучения, а в последнее время на барьерных переходах Шоттки собирают панели солнечных батарей. Так, что они питают электроэнергией и космические аппараты.

Диод Шоттки: что это, маркировка, обозначение на схеме (УГО)

Диод (стабилитрон) – электронный прибор с односторонней проводимостью. Говоря другими словами, ток в нем может протекать только в одну сторону. Статья посвящена одной из разновидностей такого радиоэлемента – диоду шоттки и его маркировке.

Рекомендуем освежить в памяти, что такое диод:


Что такое диод Шоттки

От обычного диодного элемента он отличается маленьким падением напряжения. Помимо полупроводника, в составе имеет металл. Название – в честь немецкого физика Вальтера Шоттки, открывшего так называемый эффект Шоттки.

На заметку!

В качестве металла для стабилитрона Шоттки может быть карбид вольфрам, карбид кремния, палладий, платина, золото, арсенид галлия и другие.

Отличие от других полупроводников

Достоинство такого стабилитрона в том, что потери напряжения на нем ниже – всего 0,2 – 0, 4 вольта, тогда как, например, у обычных полупроводниковых элементов с кремнием – 0,6–0,7 вольта.

Кроме этого они отличаются более стабильной работой при подаче тока. Внутрь корпуса помещаются специальные кристаллы. Это очень тонкая работа, которую выполняют только запрограммированные роботы.

Наглядно, как отличить стабилитрон Шоттки от остальных с помощью мультиметра:

Обозначение на схеме и маркировка

Обозначение диода Шоттки на схеме отличается от остальных диодов. Вот все виды на одном рисунке – как они помечаются на схеме:

На самом деле редко кто из опытных радиолюбителей не использует Шоттки на практике. При невысокой цене таких радиодеталей они лучше своих аналогов. Наиболее популярные виды диодов Шоттки с маркировкой:

Все эти варианты имеют как корпус цилиндрической формы, так и SMD. Surface Mounted Device (SMD) – прибор, монтируемый на поверхность. Если стабилитрон стандартной цилиндрической формы имеет длинные контактные ножки и монтируется через отверстия в электрической плате, то SMD аналоги – прямо на плату или, так как имеют короткие выводы.

Найти данные стабилитроны можно во многой электронике. Смотрите ниже в главе «Применение и где можно выпаять».

Достоинства и недостатки

Преимуществ таких у таких стабилитронов два, оба связаны с низким падением напряжения:

  • Пониженный уровень помех. Потому такие диоды хорошо подходят для аналоговых вторичных источников питания.
  • Экономичные. Напряжение теряется в среднем в три раза меньше, чем у других диодов.

Единственный недостаток – быстрей выходит из строя при воздействии обратного тока. Когда схема начинает работать некорректно, и ток протекает в обратную сторону (а диод, напомним, элемент с односторонней проводимостью), Шоттки менее устойчив, чем обычные диодные элементы.

Данное явление называют пробоем диода.

Применение и где можно выпаять

Встречаются в бытовой технике, в радиоприемниках, телевизорах, блоках питания компьютеров, в современных солнечных батареях. Также в таких редких приборах, как детектор нейтронного излучения, приемник альфа и бета-излучения и даже космические аппараты. Радиолюбители обычно находят их в компьютерах: на старых материнских платах, в блоках питания, в цепях питания процессора.

Диод Шоттки

Виды диодов

Диод Шоттки относится к семейству диодов. Выглядит он почти также, как и его собраться, но есть небольшие отличия.

Простой диод выглядит на схемах вот так:

обозначение диода на схеме

Стабилитрон уже обозначается, как диод с “кепочкой”

обозначение стабилитрона на схеме

Диод Шоттки имеет две “кепочки”

обозначение диода шоттки на схеме

Чтобы проще запомнить, можно добавить голову и ножки и представить себе человечка, танцующего ламбаду)

Обратное напряжение диода

Итак, как вы помните, диод пропускает электрический ток только в одном направлении, а в другом направлении блокирует прохождение электрического тока до какого-то критического значения, называемым обратным напряжением диода.

Это значение можно найти в даташите

обратное напряжение диода

Для каждой марки диода оно разное

Если превысить это значение, то произойдет пробой, и диод выйдет из строя.

Падение напряжения на диоде Шоттки

Если же подать прямой ток на диод, то на диоде будет “оседать” напряжение. Это падение напряжения называется прямым падением напряжения на диоде. В даташитах обозначается как Vf , то есть Voltage drop.

прямое падение напряжения на диоде

Если пропустить через такой диод прямой ток, то мощность, которая будет на нем рассеиваться, будет определяться формулой:

Vf – прямое падение напряжение на диоде, В

Поэтому, одним из главных преимуществ диода Шоттки является то, что его прямое падение напряжения намного меньше, чем у простого диода. Следовательно, он будет меньше рассеивать тепло, или простым языком, меньше нагреваться.

Давайте рассмотрим один из примеров. Возьмем диод 1N4007. Его прямое падение напряжения составляет 0,83 Вольт, что типично для простого полупроводникового диода.

падение напряжение на диоде в прямом включении

В настоящий момент через него проходит сила тока, равная 0,5 А. Давайте рассчитаем его рассеиваемую мощность в данный момент. P=0,83 x 0,5 = 0,415 Вт.

Если рассмотреть этот случай через тепловизор, то можно увидеть, что его температура корпуса составила 54,4 градуса по Цельсию.

Теперь давайте проведем тот же самый эксперимент с диодом Шоттки 1N5817. Как вы видите, его прямое падение напряжения составило примерно 0,35 В.

падение напряжения на диоде Шоттки при прямом включении

При прохождении силы тока через диод Шоттки в 0,5 А, мы получим рассеиваемую мощность P=0,5 x 0,35 = 0,175 Вт. При этом тепловизор нам покажет, что температура корпуса уже будет 38,2 градуса.

Следовательно, Шоттки намного эффективнее, чем простой полупроводниковый диод в плане пропускания через себя прямого тока, так как он обладает меньшим падением напряжения, а следовательно, меньше рассеивает тепло в окружающее пространство и меньше нагревается.

Прямое падение напряжения можно также посмотреть и в даташитах. Например, прямое падение напряжения на диоде Шоттки 1N5817 можно найти из графика зависимости прямого тока от падения напряжения на диоде Шоттки

график зависимости прямого тока от напряжения

В нашем случае если следовать графо-аналитическому способу, то мы как раз получаем значение 0,35 В

Диод Шоттки в ВЧ цепях

Также диоды Шоттки обладают быстрой скоростью переключения. Это значит, что мы можем использовать их в высокочастотных (ВЧ) цепях.

Итак, возьмем генератор частоты и выставим синус частотой в 60 Гц

Возьмем диод 1N4007 и диод Шоттки 1N5817. Подключим их по простой схеме однополупериодного выпрямителя

и будем снимать с них показания

Как вы видите, оба они прекрасно справляются со своей задачей по выпрямлению сигнала на частоте в 60 Гц.

Но что будет, если мы увеличим частоту до 300 кГц?

Ого! Диод Шоттки более-менее справляется со своей задачей, что нельзя сказать о простом диоде 1N4007. Простой диод не может справиться со своей задачей не пропускать обратный ток, поэтому на осциллограмме мы видим отрицательный выброс

Отсюда можно сделать вывод: диоды Шоттки рекомендуется использовать в ВЧ цепях.

Обратный ток утечки

Но раз уж диоды Шоттки такие крутые, то почему бы их не использовать везде? Почему мы до сих пор используем простые диоды?

Если мы подключим диод в обратном направлении, то он будет блокировать прохождение электрического тока. Это верно, но не совсем. Очень маленький ток все равно будет проходить через диод. В некоторых случаях это не принимают во внимание. Этот маленький ток называется обратным током утечки. На английский манер это звучит как reverse leakage current.

Он очень мал, но имеет место быть.

Проведем простой опыт. Возьмем лабораторный блок питания, выставим на нем 19 В и подадим это напряжение на диод в обратном направлении

Замеряем ток утечки

обратный ток утечки диода

Как вы видите, его значение составляет 0,1 мкА.

Давайте теперь повторим этот же самый опыт с диодом Шоттки

обратный ток утечки диода Шоттки

Ого, уже почти 20 мкА! Ну да, в некоторых случаях это сущие копейки и ими можно пренебречь. Но есть схемы, где все-таки недопустим такой незначительный ток. Например, в схемах пикового детектора

схема пик детектора

В этом случае эти 20 мкА будут весьма значительны.

Но есть также еще один камень преткновения. С увеличением температуры обратный ток утечки возрастает в разы!

зависимость обратного тока утечки от температуры корпуса диода Шоттки

Поэтому, вы не можете использовать Шоттки везде в схемах.

Но и это еще не все. Обратное напряжение для диодов Шоттки в разы меньше, чем для простых выпрямительных диодов. Это можно также увидеть из даташита. Если для диода 1N4007 обратное напряжение составляет 1000 В

То для диода Шоттки 1N5817 это обратное напряжение уже будет составлять всего-то 20 В

Поэтому, если это напряжение превысит значение, которое описано в даташите, мы в итоге получим:

Применение диодов Шоттки


Диоды Шоттки находят достаточно широкое применение. Их можно найти везде, где требуется минимальное прямое падение напряжения, а также в цепях ВЧ. Чаще всего их можно увидеть в компьютерных блоках питания, а также в импульсных стабилизаторах напряжения.

Также эти диоды нашли применение в солнечных панелях, так как солнечные панели генерируют электрический ток только в светлое время суток. Чтобы в темное время суток не было обратного процесса потребления тока от аккумуляторов, в панели монтируют диоды Шоттки

Шоттки в солнечных панелях

В компьютерной технике чаще всего можно увидеть два диода в одном корпусе

При написании данной статьи использовался материал с этого видео

Что такое диод Шоттки?

В электроустановках, как вы знаете, имеет огромное применение силовые полупроводниковые приборы — промышленные диоды. Это стабилитроны, диоды Зенера и гость нашей статьи — диод Шоттки.

Что такое диод Шоттки(наречен в честь немецкого физика Вальтера Шоттки), могу сказать кратко – он отличается от других диодов принципом работы основанный на выпрямляющем контакте металл – полупроводник. Этот эффект может получиться в двух случаях: для диода n-типа –если в полупроводнике работа выхода меньше чем металла, для диода р-типа – если работа выхода полупроводника больше чем металла. Наибольшей популярностью пользуются диоды Шоттки вида n-типа из-за высокой подвижностью электронов, сравнимо с подвижностью дырок.

Рис 1. Вид диода Шоттки в разрезе

Плюсы и минусы

Для сравнения берем биполярный диод. Как говорится: сразу в огонь, начнем с недостатка, а он считаю самый важный. У диодов Шоттки огромный обратный ток.

С минусами все, теперь хорошее, плюсы.

  • Во-первых, считаю, что диоды Шоттки являются наиболее быстродействующими. Так же можно учитывать плюсом прямое падение напряжения при таком же токе на несколько десятых вольта меньше как у биполярных.
  • Во-вторых, можно добавить, что у данных диодов не накапливается не основные носители заряда, так как ток в полупроводнике проходит по принципу дрейфа. Про этот механизм расскажу в следующих статьях.

Структура диода Шоттки.

Огромное количество диодов Шоттки изготавливаются по планарной технологии с эпитаксиальным n-слоем, на поверхности которого создают оксидный слой, в котором образуются окна для формирования барьера. В роли последнего используются такие металлы: молибден, титан, платина, никель. По всей площади контактной области формируется кольцо кремния р-типа( рис 2 а ), которое будет служить уменьшением краевых токов утечки.

Работает «охранное» кольцо таким способом: степень легирования и размеры р-области проектируется таким образом, чтобы при перенапряжениях на приборе ток пробоя протекал именно через р-n-преход, а не через контакт Шоттки.

Здесь мы видим, что области р-типа сформированы непосредственно в активной области перехода Шоттки. Поскольку в такой конструкции имеется два типа перехода – переход металл-кремний и р-n-переход,- по своим свойствам и характеристикам она занимает промежуточное положение. Благодаря переходу Шоттки, она имеет минимальные токи утечки, а из наличия р-n-перехода — большие напряжения при прямом смещении.

Также конструкция, приведенная на рисунке 2 б , обладает повышенной устойчивостью к действию разряда статического электричества. Это следует из принципа работы, который заключается в том, что объемные токи утечки замыкаются на обедненной области р-n-перехода, тем самым уменьшая электрическое поле на границе раздела металл-полупроводник при прямом смещении, области пространственного р-n-переходов имеют минимальную ширину, и вольт-амперная характеристика (ВАХ) рис.3 диода близка к ВАХ типовой конструкции диода. При обратных же напряжениях область обеднения р-n-перехода увеличивается по мере увеличения прикладываемого напряжения и ОПЗ соседних р-n-переходов смыкается, образуя своего рода «экран», защищающий контакт Me-Si высоких напряжений, которые могут вызвать большие объемные токи утечки.

Рис.3 Вольт-амперная характеристика диода Шоттки

Принцип действия

Вольт-амперная характеристика диода Шоттки, смещенного в прямом направлении, определяется формулой

которая по форме совпадает с ВАХ р-n-перехода, однако ток J0 гораздо выше, чем Js (типовые значения диода Шоттки Al-Si при 25 С J0 = 1.6 *10-5А/см2, а для р-n-перехода при Nd=Na=1016А/см3, Js=10-10А/см2 )

При прямом смещении диода Шоттки к прямому падению напряжения на переходе добавляется напряжение на самом полупроводнике. Сопротивление этой области содержит две составляющие: сопротивление слаболегированной эпитаксиальной пленки (n-) и сопротивление сильнолегированной подложки (n+). Для диода Шоттки с низким допустимым напряжением (менее 40 В) эти два сопротивления оказываются одного порядка, поскольку n+ область значительно длиннее (n-) области (примерно 500 и 5 мкм, соответственно). Общее сопротивление кремния площадью 1 см2 составляет в таком случае от 0,5 до 1 мОм, создавая падение напряжения в полупроводнике от 50 до 100 мВ при токе 100А.

Если диод Шоттки выполняется на допустимое обратное напряжение более 40 В, сопротивление слаболегированной области возрастает очень быстро, поскольку для создания более высокого напряжения требуется более протяженная слаболегированная область и еще более низкая концентрация носителей. В результате оба фактора приводят к возрастанию сопротивления (n-) области диода.

Конструкторско-технологические приемы.

Для снижения обратных токов утечки, повышение устойчивости к разрядам статического электричества используются различные приемы.

Так, для снижения токов утечки и выхода годных диодов Шоттки в окне под барьерный слой делают углубление 0,05 мкм, а после формировании углубления в эпитаксиальном слое проводят отжиг при температуре 650 град. В среде азота в течении 2-6 часов.

Снижение обратных токов молибденовых диодов Шоттки добиваются путем создания геттерирующего слоя перед нанесением эпитаксиального слоя полированием обратной стороны подложки свободным абразивом, а после металлизации электрода Шоттки удаляют геттерирующий слой.

При выдерживании оптимальных соотношений между шириной и глубиной охранного кольца также можно существенно обратные токи утечки и повысить устойчивость к статики.

Что такое диод Шоттки?

Наиболее распространенный тип диодов (легированных кремниевых PN- диодов) имеет минимальное падение напряжения, чтобы преодолеть потенциал перехода, т.е. энергетическую яму, для проводимости носителей. Для кремния это примерно 0,6-0,65 Вольт и зависит от температуры.

Для некоторых применений падение напряжения диода ~ 0,65 В недопустимо. Причины включают в себя:

  • Мощность впустую на диоде является функцией тока через него и напряжение перехода в этом токе, то есть P = V x I. Таким образом, выделяемое тепло пропорционально этому напряжению
  • Одним из факторов ( не единственным ) скорости переключения диодов является барьер напряжения, который необходимо преодолеть для возникновения проводимости. Таким образом, снижение этого напряжения будет одним из способов повышения производительности переключения диодов.

Логично, что простым ответом должно быть использование некоторого другого полупроводника вместо Si ... и это работает с некоторыми ограничениями: альтернативой для приложений с низким напряжением традиционно является германиевый pn-переходный диод: его потенциал перехода составляет приблизительно 0,15 В, намного меньше, чем ~ 0,65 Вольт выше. Однако Ge-диоды в значительной степени исчезают из-за проблем, при которых они теряют кремниевые диоды: например, высокий ток обратной утечки, низкая емкость прямого тока, низкое напряжение обратной блокировки и жалкая термическая стабильность.

Шоттки диод падает где - то между Si и Ge диодами в параметрах, но существенно отличается в том , как она работает: функция ректификации происходит между легированным полупроводником, почти всегда п-типом, и металлом образуя « барьер Шоттки » для полупроводника , Отметим, что дополнительный тип допанта (p <-> n в зависимости от обстоятельств) отсутствует в диодах Шоттки.

Напряжение энергетической ямы в случае барьера металл-полупроводник зависит от того, какая комбинация полупроводника и металла используется для формирования диода, и обычно намного ниже, чем у диода с pn-переходом (половина напряжения, как отметил Олин в его ответ).

Другое большое преимущество заключается в том, что время обратного восстановления барьера Шоттки в значительной степени бесконечно мало по сравнению с относительно медленным диодом pn-перехода. Это немного секрет для высокоскоростных приложений переключения / выпрямления.

Недостатком диодов Шоттки является то, что обратный ток утечки связан с достигнутым барьерным напряжением и резко возрастает с уменьшением этого потенциала перехода. Следовательно, хотя возможны очень низкие переходные потенциалы, для целей выпрямления слишком низкое напряжение не очень хорошая вещь.

Теперь перейдем к вопросам:

  • Диоды Шоттки используются в цепях, где низкий потенциал перехода имеет важное значение, и обратная утечка не является прерывателем
  • Оба малого сигнала высокой скорости переключения и мощности Шоттки диоды имеют свое применение в электронном дизайне: то есть и для применений низкого напряжения , где низкое падение диода и быстрое восстановление являются важными, так и для высоких текущих применений , где низкие результаты падения диода в меньшей мощности впустую , как высокая температура. Например, мой любимый силовой диод Шоттки, Vishay 95sq015 , имеет прямое напряжение всего 0,25 В при токе 9 Ампер!
  • Одним из относительно недавних применений диодов Шоттки является высокотемпературное переключение, где кремниевые карбидные диоды Шоттки, например, 1N8032 , обеспечивают очень высокие напряжения обратной блокировки (типично> 600 В), не требуют обратного восстановления заряда и работают в номинальном режиме до 200-250 o. C. В то время как преимущество низкого прямого напряжения в этих диодах теряется, скорость переключения из-за нулевого обратного восстановления в сочетании с работой при безумно высоких температурах делает этот тип Шоттки уникальным бесценным в таких приложениях.

Диод Шоттки – jelectro.ru

Электротехника и радиоэлектроника пестрят многими понятиями, одним из которых является диод Шоттки, используемый в многочисленных схемах электроцепей. Многие задаются вопросами о том, что такое диод Шоттки, как он обозначается на схемах, а также каков принцип работы диода Шоттки.

Внешний вид Диода Шоттки с маркировкой 1N5817

Общая информация и принцип работы

Диод Шоттки – диодное полупроводниковое изделие, которое при прямолинейном включении в цепь выдает малый показатель уменьшения напряжения. Состоит данный элемент из металла и полупроводника. Назван диод в честь известного немецкого физика-испытателя В. Шоттки, какой в 38 году 20 века изобрел его.

В промышленности применяется такой диод с ограниченным обратным напряжением – до 250 В, но на практике в бытовых целях для предотвращения движения тока в противоположную сторону применяются в основном низковольтные варианты – 3-10В.

Диоды Шоттки можно разделить на 3 класса по мощностным характеристикам:

  • высокомощные;
  • среднемощные;
  • маломощные.

Диод с барьером Шоттки (более точное наименование изделия) состоит из проводника, для контакта с каким используется металл, кольца защиты и пассивации стеклом.

Структура диода с барьером Шоттки 1N5817

В тот момент, когда по электроцепи проходит ток, в разных участках корпуса по всей области полупроводникового барьера и на защитном кольце собираются отрицательные и положительные заряды, что приводит к возникновению электрополя и выделению тепловой энергии – это большой плюс диода для многих физических опытов.

Диодные сборки этого типа могут выпускаться в нескольких вариациях:

  • диоды Шоттки с общим анодом;
  • диодные изделия, имеющие вывод с общего катода;
  • диоды, собранные по схеме удвоения.

Технические характеристики популярных модификаций диодов Шоттки

НаименованиеПредельное обратное пиковое напряжениеПредельный выпрямительный электротокПиковый прямой электротокПредельный обратный электротокПредельное прямое напряжение
Ед. измеренияВАоСАµАВ
1N5817201902510,45
1N5818301902510,55
1N5819401902510,6
1N5821303958020,5
1N5822403958020.525

Габаритные размеры диодных сборок типа Шоттки серии 1N5817

Различия от иных полупроводников

Диоды Шоттки различаются от иных диодных изделий тем, что имеют преграду в виде перехода – полупроводник-металл, характеризующийся односторонней электропроводностью. Металлом в них могут выступать кремний, арсенид галлия, реже могут использоваться соединения германия, вольфрама, золота, платины и прочие.

Работа этого электронного компонента будет полностью зависеть от выбранного металла. Чаще всего в таких конструкциях встречается кремний, так как отличается большей надежностью и отличными рабочими характеристиками на высоких мощностях. Могут также использоваться соединения галлия и мышьяка, германия. Производственная технология этого электронного изделия проста, что обуславливает его низкую стоимость.

Изделие Шоттки характеризуется более стабильным функционированием при подаче электротока, чем прочие типы полупроводниковых диодов. Достигается это за счет того, что в его корпус внедряются специальные кристаллические образования.

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.

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.

Диод Шоттки: обозначение и маркировка

Диод Шоттки на электросхемах обозначается практически точно так же, как и обычные полупроводники, но с некоторыми особенностями.

Условные графические обозначения основных полупроводников и диодов, в том числе диода с барьером Шоттки

Стоит отметить, что на схемах могут встречаться и сдвоенные варианты диода Шоттки. Представляет собой такая конструкция два соединенных диода в общем корпусе, имеющие спаянные катоды или аноды, что ведет к образованию трех выводов.

Внешний вид и обозначение сдвоенного диода Шоттки с общим катодом

Маркировка таких элементов проставляется сбоку в виде букв и символов. Каждый производитель осуществляет маркирование своих изделий по-своему, но выполняя определенные международные стандарты.

Важно! Если буквенно-цифирное обозначение на корпусе диода не понятно, то рекомендуется смотреть расшифровку в радиотехническом справочнике.

Область применение

Применение диодных конструкций с барьером Шоттки можно встретить во многих приборах и электротехнических структур. Наиболее часто они применяются на электросхемах в следующей технике:

  • электроприборы для дома и компьютеры;
  • блоки питания различного типа и стабилизаторы напряжения;
  • теле,- и радиоаппаратура;
  • транзисторы и батареи, работающие от солнечной энергии;
  • прочая электроника.

Столь широкая область применения связана с тем, что такой электротехнический элемент увеличивает многократно эффективность и работоспособность конечного изделия, восстанавливает обратное сопротивление электротока, сохраняет его в электросети, снижает численность утерь динамики электронапряжения, а также вбирает в себя довольно много различного типа излучений.

Диагностирование диодов Шоттки

Проверить исправность электроэлемента Шоттки несложно, однако для этого потребуется некоторое время. Для диагностики неисправностей необходимо проделать нижеследующее:

  1. Из электросхемы или диодного моста требуется изначально выпаять интересующий элемент;
  2. Провести визуальный осмотр на возможные механические повреждения, наличие следов химических и прочих реакций;
  3. Проверить диод тестером или мультиметром;
  4. Если проверка проводится мультиметром, то необходимо после его включения подвести щупы к концам катода и анода, в итоге прибор выдаст реальное напряжение диодной сборки.

Важно! При проведении проверочных мероприятий мультиметром, следует учитывать электроток, который обычно указан сбоку изделия.

Схема проверки диодной сборки Шоттки посредством мультиметра

Итогом этих простых действий станет установление технического состояния полупроводника. Неисправным же диод может стать по следующим причинам:

  1. При возникновении пробоин элемент Шоттки перестает удерживать электроток, соответственно из полупроводника превращается в проводника;
  2. Когда в диодном мосту или самом диодном элементе случается обрыв, то пропуск электротока прекращается вообще.

Стоит отметить, что при таких происшествиях не будет видно ни дыма, ни запаха гари, соответственно, проверять потребуется все диоды, а лучше всего обратиться в специализированные мастерские.

Диод Шоттки – простой и неприхотливый, но в то же время крайне необходимый элемент в современной электронике, так как именно благодаря ему удается обеспечить бесперебойную работу многих приборов и технических изделий.

Видео

Оцените статью:

Разница между обычным выпрямительным диодом и диодом Шоттки

Диод - это пассивное устройство или компонент, который позволяет протекать току только в одном направлении и полностью блокирует прохождение тока в другом. Но поскольку существует так много типов диодов, как различать их и, самое главное, какой из них использовать в соответствии с его требованиями в нашей схеме? Итак, в этом посте я попытался дать вам представление о «Различии между обычным выпрямительным диодом и диодом Шоттки »

Прежде чем перейти к основам выпрямителя или диода Шоттки, давайте рассмотрим некоторые из них основные характеристики диодов.

Основные характеристики диода: -

Характеристики диода
Свойство диода Определение
В f Показывает падение напряжения в прямом направлении , когда ток течет от вывода P к N диода.
I f Это максимальный прямой ток , с которым диод может справиться
В R Это обратное напряжение пробоя , когда ток течет от N к клемме P.
I R Величина тока, протекающего при обратном смещении диода.
t RR Когда диод внезапно выключается, прямому току, протекающему через диод, требуется небольшое время, чтобы утихнуть, и это время называется Reverse Recovery Time .

Что такое выпрямительный диод?
  • Выпрямительный диод - это простейший диод с p-n переходом, который в основном используется для выпрямления в полумостовых и полномостовых выпрямителях.И это из-за высокого напряжения пробоя, обычно порядка 200–1000 вольт, что очевидно.
  • Прямое падение напряжения (Vf) выпрямительного диода составляет от 0,7 до 0,9 В.
Выпрямительные диоды в схеме полного мостового выпрямителя
  • В качестве примера предположим, что вы хотите разработать мостовой выпрямитель для своего проекта преобразователя переменного тока в постоянный. Для этого мостового выпрямителя диод выпрямительной серии 1N4 является оптимальным выбором.
Диод 1N4007 в мостовой схеме выпрямителя

Диод Шоттки
  • В отличие от простого выпрямительного диода (1N4007) соединение диода Шоттки находится между полупроводником n-типа и металлической пластиной.
  • Диод Шоттки, также известный как барьерный диод . в основном используется в цепях низкого напряжения, потому что прямое падение напряжения диода Шоттки (Vf) меньше, чем у выпрямительного диода. Прямое падение напряжения на диоде Шоттки обычно находится в диапазоне от 0,25 до 0,5 В, тогда как V f выпрямительного диода составляет около 0,7 В.
  • Допустим, вы работаете с цепью низкого напряжения (скажем, 3 В), и в этой цепи используется диод. В этом случае лучше использовать диод Шоттки, потому что на нем будет меньше падение напряжения.И напряжения хватит для дальнейшего использования.
Диод Шоттки является униполярным устройством
  • Кроме того, электроны являются основными носителями заряда с обеих сторон перехода, таким образом, это униполярное устройство .
  • В основном используется в высокочастотных приложениях, таких как SMPS. И это из-за небольшого повышения температуры и высокой скорости переключения при небольшом времени восстановления.
Диод Шоттки в SMPS

ВРЕМЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ:

Когда диод внезапно выключается, прямому току, протекающему через диод, требуется небольшое время, чтобы утихнуть, и это время называется Reverse Recovery Time .По сравнению с обычным диодом, время обратного восстановления диодов Шоттки намного меньше, что делает его пригодным для использования в схемах быстрого переключения.

Недостатки диода Шоттки:

  • Недостатком диода Шоттки является его низкое напряжение пробоя (от 20 до 40 В), что делает его непригодным для выпрямительной схемы.
Недостаток диода Шоттки

Применение диода Шоттки:

  • В качестве примера предположим, что мы проектируем понижающий преобразователь.Поскольку Mosfet в понижающем преобразователе переключается с очень высокой частотой, диод в этой схеме должен иметь высокую скорость переключения. Таким образом, диод Шоттки является здесь оптимальным выбором.

И, заканчивая описанным выше приложением, теперь вы знаете все основные различия между диодом Шоттки и выпрямительным диодом.

Как это:

Нравится Загрузка ...

Сопутствующие товары

Поставщики и ресурсы беспроводной связи RF

О компании RF Wireless World

Веб-сайт RF Wireless World является домом для поставщиков и ресурсов радиочастотной и беспроводной связи.На сайте представлены статьи, руководства, поставщики, терминология, исходный код (VHDL, Verilog, MATLAB, Labview), тестирование и измерения, калькуляторы, новости, книги, загрузки и многое другое.

Сайт RF Wireless World охватывает ресурсы по различным темам, таким как RF, беспроводная связь, vsat, спутник, радар, оптоволокно, микроволновая печь, wimax, wlan, zigbee, LTE, 5G NR, GSM, GPRS, GPS, WCDMA, UMTS, TDSCDMA, Bluetooth, Lightwave RF, z-wave, Интернет вещей (IoT), M2M, Ethernet и т. Д. Эти ресурсы основаны на стандартах IEEE и 3GPP.Он также имеет академический раздел, который охватывает колледжи и университеты по инженерным дисциплинам и MBA.

Статьи о системах на основе Интернета вещей

Система обнаружения падений для пожилых людей на основе Интернета вещей : В статье рассматривается архитектура системы обнаружения падений, используемой для пожилых людей. В нем упоминаются преимущества или преимущества системы обнаружения падений Интернета вещей. Узнать больше➤
Также обратитесь к другим статьям о системах на основе Интернета вещей следующим образом:
• Система очистки туалетов самолета. • Система измерения столкновений • Система отслеживания скоропортящихся продуктов и овощей • Система помощи водителю • Система умной торговли • Система мониторинга качества воды. • Система Smart Grid • Система умного освещения на базе Zigbee • Умная система парковки на базе Zigbee • Система умной парковки на основе LoRaWAN


Статьи о беспроводной радиосвязи

В этом разделе статей представлены статьи о физическом уровне (PHY), уровне MAC, стеке протоколов и сетевой архитектуре на основе WLAN, WiMAX, zigbee, GSM, GPRS, TD-SCDMA, LTE, 5G NR, VSAT, Gigabit Ethernet на основе IEEE / 3GPP и т. Д. .стандарты. Он также охватывает статьи, относящиеся к испытаниям и измерениям, по тестированию на соответствие, используемым для испытаний устройств на соответствие RF / PHY. УКАЗАТЕЛЬ СТАТЬИ ДЛЯ ССЫЛКИ >>.


Физический уровень 5G NR : Обработка физического уровня для канала 5G NR PDSCH и канала 5G NR PUSCH рассмотрена поэтапно. Это описание физического уровня 5G соответствует спецификациям физического уровня 3GPP. Читать дальше➤


Основы повторителей и типы повторителей : В нем объясняются функции различных типов ретрансляторов, используемых в беспроводных технологиях.Читать дальше➤


Основы и типы замирания : В этой статье рассматриваются мелкомасштабные замирания, крупномасштабные замирания, медленные, быстрые и т. Д., Используемые в беспроводной связи. Читать дальше➤


Архитектура сотового телефона 5G : В этой статье рассматривается блок-схема сотового телефона 5G с внутренними модулями 5G Архитектура сотового телефона. Читать дальше➤


Основы помех и типы помех: В этой статье рассматриваются помехи в соседнем канале, помехи в совмещенном канале, ЭМ помехи, ICI, ISI, световые помехи, звуковые помехи и т. Д.Читать дальше➤


5G NR Раздел

В этом разделе рассматриваются функции 5G NR (New Radio), нумерология, диапазоны, архитектура, развертывание, стек протоколов (PHY, MAC, RLC, PDCP, RRC) и т. Д. 5G NR Краткий указатель ссылок >>
• Мини-слот 5G NR • Часть полосы пропускания 5G NR • 5G NR CORESET • Форматы DCI 5G NR • 5G NR UCI • Форматы слотов 5G NR • IE 5G NR RRC • 5G NR SSB, SS, PBCH • 5G NR PRACH • 5G NR PDCCH • 5G NR PUCCH • Эталонные сигналы 5G NR • 5G NR m-последовательность • Золотая последовательность 5G NR • 5G NR Zadoff Chu Sequence • Физический уровень 5G NR • Уровень MAC 5G NR • Уровень 5G NR RLC • Уровень 5G NR PDCP


Учебные пособия по беспроводным технологиям

В этом разделе рассматриваются учебные пособия по радиочастотам и беспроводной связи.Он охватывает учебные пособия по таким темам, как сотовая связь, WLAN (11ac, 11ad), wimax, bluetooth, zigbee, zwave, LTE, DSP, GSM, GPRS, GPS, UMTS, CDMA, UWB, RFID, радар, VSAT, спутник, WLAN, волновод, антенна, фемтосота, тестирование и измерения, IoT и т. Д. См. УКАЗАТЕЛЬ >>


Учебное пособие по 5G - В этом руководстве по 5G также рассматриваются следующие подтемы по технологии 5G:
Учебное пособие по основам 5G. Частотные диапазоны руководство по миллиметровым волнам Волновая рама 5G мм Зондирование волнового канала 5G мм 4G против 5G Тестовое оборудование 5G Сетевая архитектура 5G Сетевые интерфейсы 5G NR канальное зондирование Типы каналов 5G FDD против TDD Разделение сети 5G NR Что такое 5G NR Режимы развертывания 5G NR Что такое 5G TF


В этом руководстве GSM рассматриваются основы GSM, сетевая архитектура, сетевые элементы, системные спецификации, приложения, Типы пакетов GSM, структура или иерархия кадров GSM, логические каналы, физические каналы, Физический уровень GSM или обработка речи, вход в сеть мобильного телефона GSM, установка вызова или процедура включения питания, MO-вызов, MT-вызов, VAMOS, AMR, MSK, модуляция GMSK, физический уровень, стек протоколов, основы работы с мобильным телефоном, Планирование RF, нисходящая линия связи PS и восходящая линия связи PS.
➤Подробнее.

LTE Tutorial , охватывающий архитектуру системы LTE, охватывающий основы LTE EUTRAN и LTE Evolved Packet Core (EPC). Он обеспечивает связь с обзором системы LTE, радиоинтерфейсом LTE, терминологией LTE, категориями LTE UE, структурой кадра LTE, физическим уровнем LTE, Стек протоколов LTE, каналы LTE (логические, транспортные, физические), пропускная способность LTE, агрегация несущих LTE, передача голоса по LTE, расширенный LTE, Поставщики LTE и LTE vs LTE продвинутые.➤Подробнее.


RF Technology Stuff

Эта страница мира беспроводной радиосвязи описывает пошаговое проектирование преобразователя частоты RF на примере преобразователя RF UP от 70 МГц до диапазона C. для микрополосковой платы с использованием дискретных радиочастотных компонентов, а именно. Смесители, гетеродин, MMIC, синтезатор, опорный генератор OCXO, колодки аттенюатора. ➤Подробнее.
➤Проектирование и разработка радиочастотного трансивера ➤Конструкция радиочастотного фильтра ➤Система VSAT ➤Типы и основы микрополосковой печати ➤ОсновыWaveguide


Секция испытаний и измерений

В этом разделе рассматриваются контрольно-измерительные ресурсы, испытательное и измерительное оборудование для тестирования DUT на основе Стандарты WLAN, WiMAX, Zigbee, Bluetooth, GSM, UMTS, LTE.ИНДЕКС испытаний и измерений >>
➤Система PXI для T&M. ➤ Генерация и анализ сигналов ➤Измерения слоя PHY ➤Тест на соответствие устройства WiMAX ➤ Тест на соответствие Zigbee ➤Тест на соответствие LTE UE ➤Тест на соответствие TD-SCDMA


Волоконно-оптическая технология

Оптоволоконный компонент , основы, включая детектор, оптический соединитель, изолятор, циркулятор, переключатели, усилитель, фильтр, эквалайзер, мультиплексор, разъемы, демультиплексор и т. д.Эти компоненты используются в оптоволоконной связи. Оптические компоненты INDEX >>
➤Учебник по оптоволоконной связи ➤APS в SDH ➤SONET основы ➤SDH Каркасная конструкция ➤SONET против SDH


Поставщики, производители радиочастотных беспроводных устройств

Сайт RF Wireless World охватывает производителей и поставщиков различных радиочастотных компонентов, систем и подсистем для ярких приложений, см. ИНДЕКС поставщиков >>.

Поставщики радиочастотных компонентов, включая радиочастотный изолятор, радиочастотный циркулятор, радиочастотный смеситель, радиочастотный усилитель, радиочастотный адаптер, радиочастотный разъем, радиочастотный модулятор, радиочастотный трансивер, PLL, VCO, синтезатор, антенну, генератор, делитель мощности, сумматор мощности, фильтр, аттенюатор, диплексор, дуплексер, микросхема резистора, микросхема конденсатора, индуктор микросхемы, ответвитель, оборудование ЭМС, программное обеспечение для проектирования радиочастот, диэлектрический материал, диод и т.Производители RF компонентов >>
➤Базовая станция LTE ➤RF Циркулятор ➤RF Изолятор ➤Кристаллический осциллятор


MATLAB, Labview, встроенные исходные коды

Раздел исходного кода RF Wireless World охватывает коды, связанные с языками программирования MATLAB, VHDL, VERILOG и LABVIEW. Эти коды полезны для новичков в этих языках. ИНДЕКС ИСХОДНОГО КОДА >>
➤3-8 декодер кода VHDL ➤Код MATLAB для дескремблера ➤32-битный код ALU Verilog ➤T, D, JK, SR триггеры labview коды


* Общая информация о здоровье населения *

Выполните эти пять простых действий, чтобы остановить коронавирус (COVID-19).
СДЕЛАЙТЕ ПЯТЬ
1. РУКИ: часто мойте их
2. КОЛЕНО: Закашляйтесь
3. ЛИЦО: Не трогай его
4. НОГИ: держитесь на расстоянии более 3 футов (1 м) друг от друга
5. ЧУВСТВОВАТЬ: Болен? Оставайся дома

Используйте технологию отслеживания контактов >>, соблюдайте >> рекомендации по социальному дистанцированию и установить систему видеонаблюдения >> чтобы спасти сотни жизней. Использование концепции телемедицины стало очень популярным в таким странам, как США и Китай, чтобы остановить распространение COVID-19, поскольку это заразное заболевание.


RF Беспроводные калькуляторы и преобразователи

Раздел «Калькуляторы и преобразователи» охватывает ВЧ-калькуляторы, беспроводные калькуляторы, а также преобразователи единиц. Сюда входят такие беспроводные технологии, как GSM, UMTS, LTE, 5G NR и т. Д. СПРАВОЧНЫЕ КАЛЬКУЛЯТОРЫ Указатель >>.
➤ Калькулятор пропускной способности 5G NR ➤5G NR ARFCN против преобразования частоты ➤Калькулятор скорости передачи данных LoRa ➤LTE EARFCN для преобразования частоты ➤Калькулятор антенн Яги ➤ Калькулятор времени выборки 5G NR


IoT-Интернет вещей Беспроводные технологии

Раздел IoT охватывает беспроводные технологии Интернета вещей, такие как WLAN, WiMAX, Zigbee, Z-wave, UMTS, LTE, GSM, GPRS, THREAD, EnOcean, LoRa, SIGFOX, WHDI, Ethernet, 6LoWPAN, RF4CE, Bluetooth, Bluetooth Low Power (BLE), NFC, RFID, INSTEON, X10, KNX, ANT +, Wavenis, Dash7, HomePlug и другие.Он также охватывает датчики Интернета вещей, компоненты Интернета вещей и компании Интернета вещей.
См. Главную страницу IoT >> и следующие ссылки.
➤ НИТЬ ➤EnOcean ➤Учебник по LoRa ➤Учебник по SIGFOX ➤WHDI ➤6LoWPAN ➤Zigbee RF4CE ➤NFC ➤Lonworks ➤CEBus ➤UPB



СВЯЗАННЫЕ ЗАПИСИ


RF Wireless Учебники



Различные типы датчиков


Поделиться страницей

Перевести страницу

Разница между выпрямителем иДиод Шоттки

Выпрямитель - это схема, содержащая диод. По этой причине его иногда называют выпрямительным диодом. Существует несколько диодов с P-N переходом, но самый простой из них - выпрямительный диод.

Выпрямитель описывается как простой, потому что он используется только полным мостовым выпрямителем и полумостовым выпрямителем для выпрямления сигнала переменного тока. Поскольку он может пропускать более высокий ток, чем многие другие диоды, становится возможным выпрямление. Выпрямительный диод имеет высокое напряжение пробоя от 200 до 1000 вольт.Его прямое падение напряжения составляет от 0,70 до 0,90 вольт.

Диод Шоттки отличается от выпрямительного диода, поскольку в диоде Шоттки используется переход в середине металлической пластины и полупроводника N-типа. Диод Шоттки обычно называют барьерным диодом. Большинство низковольтных цепей содержат диод Шоттки, поскольку его прямое падение напряжения находится под падением выпрямительного диода. Вместо прямого падения напряжения между 0,70 вольт и 0.90 вольт, прямое падение напряжения на диоде Шоттки составляет от 0,25 до 0,50 вольт.

Давайте рассмотрим список различий между выпрямительным диодом и диодом Шоттки.

Выпрямительный диод
  • Выпрямительные диоды можно использовать в высокочастотных приложениях.
  • Выпрямительные диоды имеют больше потерь при обратном восстановлении и время обратного восстановления.
  • Прямое падение напряжения выше по сравнению с диодом Шоттки.
  • Это диод с PN-переходом из-за перехода, который образуется между полупроводником P-типа и полупроводником N-типа.

Диод Шоттки
  • Диоды Шоттки используются в схемах SMPS и других высокочастотных приложениях.
  • С диодами Шоттки вы получаете намного меньше потерь при обратном восстановлении и время обратного восстановления.
  • Прямое падение напряжения значительно ниже по сравнению с диодом Шоттки.
  • Соединение образуется между металлической пластиной и полупроводником N-типа.

В чем уникальность диода Шоттки?

Диод Шоттки является униполярным устройством, поскольку в нем есть электроны, которые служат основными носителями на каждой стороне перехода.Слой обеднения не существует рядом с переходом, что означает меньшее прямое падение напряжения. Это не означает, что прямого падения напряжения нет, но оно значительно меньше прямого падения напряжения на выпрямительном диоде. Токопроводимость происходит из-за движения электронов. Противоположное направление не имеет отверстий.

У диода Шоттки нет обратного тока утечки. В состоянии обратного смещения ток идет от катода к аноду.Электрическая рекомбинация дырок тоже не будет иметь такой большой задержки. В результате диод Шоттки намного быстрее переключается между включением и выключением по сравнению с диодом с PN переходом.

Во время прямого смещения диода Шоттки электроны проводимости N-слоя получают много энергии, чтобы пройти через переход, чтобы достичь металла. Из-за того, что электронам требуется вся энергия, чтобы проникнуть в металл, их называют горячими носителями.Всякий раз, когда у вас есть диод с барьером Шоттки, думайте о нем как о диоде с горячей несущей.

Читайте также:

Заключение

Выбирая между диодом Шоттки и выпрямительным диодом, подумайте, на чем вы его используете. Вам нужно переключить блоки питания? Вам нужно использовать диод на радарах или других чувствительных приемниках связи? Вам нужно использовать его в компьютерных схемах стробирования или ограничения? Самое главное, будете ли вы разрабатывать интегральные схемы для приложений быстрого цифрового определения местоположения?

Если вы ответили «нет» на все эти вопросы, то вам лучше с выпрямительным диодом.Но если вы ответили «да», используйте диод Шоттки.

Разница между диодом Шоттки и стабилитроном

Главное отличие - Шоттки против стабилитрона

Диоды Шоттки и стабилитроны - это два разных типа диодов. Основное отличие между диодом Шоттки и стабилитроном состоит в том, что диод Шоттки состоит из перехода металл-полупроводник , тогда как стабилитрон состоит из перехода p-n двух высоколегированных полупроводников .

Что такое диод

В электрических цепях диод - это компонент, который позволяет току течь только в одном направлении . Обычно диод создается путем соприкосновения полупроводников типа p- и полупроводника типа n-. Как эта структура позволяет диоду проводить ток в одном направлении, обсуждается в статье «Разница между стабилитроном и лавинным пробоем». По сути, если мы нарисуем график того, как изменяется ток через диод при изменении разности потенциалов на диоде, мы получим график, подобный показанному ниже:

Вольт-амперная характеристика диода

Что такое диод Шоттки

Диод Шоттки - это особый тип диода, , построенный с использованием перехода металл-полупроводник вместо перехода p-n , используемого в других диодах.Из-за этого падение напряжения на диоде Шоттки, когда он проводит прямой ток («напряжение включения»), мало по сравнению с обычными диодами. Это видно на графике сравнения вольт-амперных характеристик, показанном ниже. Обратите внимание, что чем ниже прямое напряжение, тем больше обратный ток, что является одним из недостатков диода Шоттки:

Диоды Шоттки (синяя и зеленая кривые) проводят ток при гораздо более низком прямом напряжении по сравнению с обычными диодами из переходов p-n .

Когда диод, проводящий прямой ток, быстро подвергается обратному смещению или выключается, требуется небольшое количество времени для того, чтобы прямой ток, протекающий через диод, спал. Время, затраченное на это, называется , время обратного восстановления . По сравнению с обычными диодами время обратного восстановления диодов Шоттки намного меньше, что делает их пригодными для использования в схемах с быстрым переключением.

Диоды Шоттки используются для приложений ограничения напряжения и в ситуациях, когда эффективность схемы должна быть максимальной (поскольку они имеют низкую разность потенциалов на них, они рассеивают меньше энергии).Например, они используются при строительстве солнечных батарей. Обозначение схемы диода Шоттки показано ниже:

Символ диода Шоттки

Что такое стабилитрон

В стабилитронах

используется переход p-n , как и в обычных диодах. Однако стабилитроны сильно легированы по сравнению с обычными диодами . В результате стабилитроны могут выйти из строя без повреждения. Они также подвергаются пробою при меньшем обратном напряжении по сравнению с обычными диодами, и они поддерживают это обратное напряжение, даже если проводят большие обратные токи.Поэтому стабилитроны полезны в качестве стабилизаторов напряжения в схемах.

Вольт-амперная характеристика и условное обозначение цепи стабилитрона показаны ниже:

Вольт-амперная характеристика стабилитрона

Символ стабилитрона

Разница между диодом Шоттки и стабилитроном

Строительство

A Диод Шоттки выполнен на переходе металл-полупроводник

Стабилитрон состоит из перехода p-n между двумя высоколегированными полупроводниками.

Напряжение обратного пробоя

Для диода Шоттки напряжение пробоя достаточно высокое.

Для стабилитрона пробой происходит при относительно низком обратном напряжении.

Напряжение включения

Напряжение включения для диода Шоттки сравнительно меньше, чем для стабилитрона.

Для стабилитрона напряжение включения сравнительно выше.

Время обратного восстановления

Время обратного восстановления для диода Шоттки очень мало.

Время обратного восстановления для стабилитрона сравнительно больше.

Изображение предоставлено

«Зависимость тока от напряжения для выпрямителя на полупроводниковых диодах» пользователя: Hldsc (собственная работа) [CC BY-SA 4.0], через Wikimedia Commons

«Кривая диода-IV», Рейнраум (собственная работа) [CC0 1.0], через Wikimedia Commons

«Схема ВАХ лавинного или стабилитрона. (Примечание: при пробивном напряжении более 6В вместо стабилитронов используются лавинные диоды.) »Филиппа Доминека (собственная работа) [CC BY-SA 3.0], через Wikimedia Commons

«Условное обозначение принципиальной схемы стабилитрона. При использовании в принципиальной схеме слова «Анод» и «Катод» не включаются в графический символ. (Пересмотрено в соответствии с ANSI Y32.2-1975 и IEEE-Std. 315-1975.) », Omegatron (собственная работа) [CC BY-SA 3.0], через Wikimedia Commons

Диод Шоттки - работа, характеристики, применение

Что такое диод Шоттки?

Диод Шоттки - это устройство, которое относится к типу диодов с переходом металл-полупроводник.Другие названия диодов Шоттки - это барьерный диод и низковольтные диоды. По сравнению с диодом с PN переходом падение мощности в диоде Шоттки меньше. Ученый по имени Уолтер Шоттки первым открыл диод Шоттки.

Обычно в устройстве с PN-переходом, когда положительный тип (p-тип) и отрицательный тип (n-тип) соединяются вместе, они образуют PN-переход. Однако в диоде Шоттки вместо полупроводников P-типа используются такие материалы, как алюминий или платина.

Символ диода Шоттки

На следующем изображении показан символ диода Шоттки.

Работа диода Шоттки

Наиболее важным физическим параметром этого диода Шоттки является их высокая скорость переключения и меньшее прямое падение напряжения. Это переход металл-полупроводник, который не способен накапливать заряды на стыке. Причина в отсутствии истощенного слоя.

Обычно падение напряжения происходит на выводах диода, когда через диод протекает ток. Падение напряжения на диоде Шоттки обычно находится в пределах 0.15 и 0,45 вольт по сравнению с обычным диодом. Нормальный диод с PN переходом имеет падение напряжения от 0,6 до 1,7 вольт. Для повышения эффективности и производительности падение напряжения должно быть низким. При изготовлении диода полупроводник N-типа действует как катод, а металлическая сторона действует как анод диода.

Когда на диод подается напряжение, ток течет в прямом направлении. Когда этот ток протекает через диод, на выводах диода будут минимальные потери напряжения.Эта потеря напряжения называется падением напряжения.

Конструкция диода Шоттки

Изготовлен из металла и полупроводника, образующих односторонний переход. Используется немного металлов, таких как золото, серебро, молибден, вольфрам или платина. Обычно используется полупроводник N-типа, в состав которого входит галлий. Кремний используется для работы на низких частотах.

Диод Шоттки напрямую связан с понижением температуры. В полупроводниках N-типа происходит уменьшение и увеличение температурной концентрации легирования.Между переходами полупроводники-металл образуется обедненный слой, известный как барьер Шоттки.

Этот барьер называется барьером потенциальной энергии. Барьеры Шоттки двух типов: выпрямляющие и непрямые. Когда металл и слаболегированный полупроводник встречаются друг с другом, образуется барьер Шоттки. Последовательно, когда металл сталкивается с сильно легированным полупроводником, он образует непрямой барьер. Ширина обедненного слоя увеличивается с увеличением легирования полупроводника.В то же время при уменьшении ширины носители заряда проходят через туннель и достигают обедненного слоя. Когда уровень легирования увеличивается, переход не действует как выпрямитель, а становится омическим контактом.

В несмещенном состоянии электроны, накопленные на стороне полупроводника, будут иметь более низкий уровень энергии, чем электроны, присутствующие на металлической области. По этой причине электроны не могут проходить через барьер Шоттки. В условиях прямого смещения электрон, присутствующий на N-стороне, получает больше энергии, чтобы пересечь барьер перехода и войти в металл.Из-за этого электроны еще называют горячими носителями. Следовательно, диод называется диодом с горячей несущей.

Диод Шоттки можно представить в виде эквивалентной электрической схемы с типичными значениями компонентов, показанными ниже.

Указанная выше схема свернута, как показано ниже. Эта приближенная схема используется во многих приложениях.

Особенности диода Шоттки

  • Из-за отсутствия тока от металла к полупроводнику N-типа он действует как униполярный прибор.В то время как диод с PN-переходом является биполярным устройством.
  • В металле нет дырок, не накапливает заряд. По этой причине диод Шоттки имеет преимущество быстрого переключения с относительно низким уровнем шума.
  • Обладает низким барьерным потенциалом по сравнению с PN-диодом.

Работа диода Шоттки

Несмещенный диод Шоттки

Свободные электроны, присутствующие внутри полупроводника n - типа, будут перемещаться из полупроводника n - типа в металл во время комбинации металла и полупроводника n - типа.Это приводит к достижению состояния равновесия. Когда свободные электроны движутся через соединение, он предоставляет дополнительный электрон атомам, присутствующим в атоме.

Благодаря этому атомы, присутствующие в металлическом переходе, получают дополнительный электрон. Атомы на переходе отрицательной стороны теряют электроны и становятся положительными ионами. На стыке металла атомы получают дополнительные электроны и пытаются стать отрицательными ионами.

Следовательно, это приведет к образованию положительных ионов на отрицательной стороне и отрицательных ионов на положительной стороне металлического перехода.Когда эти положительные и отрицательные ионы объединяются, образуется область истощения. В несмещенном диоде Шоттки только меньшее количество электронов будет течь от полупроводника к металлу. Другой поток электронов останавливается из-за встроенного напряжения.

Диод Шоттки с прямым смещением

В полупроводнике n-типа, когда положительный полюс батареи соединен с металлом, а отрицательный вывод подсоединен к проводнику n-типа, он называется диодом Шоттки с прямым смещением. Когда на диод подается напряжение прямого смещения, в металле и проводнике образуется больше электронов.

При приложении напряжения более 0,2 В свободные электроны не могут проходить через переходной барьер. Благодаря этому через диод будет течь ток. При увеличении значения напряжения область истощения становится тонкой и исчезает.

Диод Шоттки с обратным смещением

В полупроводнике n-типа, если отрицательная клемма батареи соединена с металлом, а положительная клемма соединена с проводом n-типа, это называется диодом Шоттки с обратным смещением.В то же время, если приложено обратное напряжение смещения, ширина обедненной области увеличивается.

Следовательно, текущий поток прекращается. В металлической пластине будет больше возбужденных электронов. Из-за этого будет протекать небольшой ток утечки. Когда обратное смещенное напряжение увеличивается дальше, ток также увеличивается из-за слабого барьера. Когда имеет место ненормальное увеличение напряжения смещения, электрический ток также внезапно увеличивается. Устройство будет повреждено, когда выйдет из строя область истощения.

Характеристики V-I барьерного диода Шоттки

Вольт-амперная характеристика диода Шоттки показана на рисунке ниже. На графике вертикальная линия обозначает ток, а горизонтальная линия обозначает напряжение, приложенное к диоду Шоттки. Вольт-амперные характеристики диода Шоттки практически аналогичны характеристикам диода с P-N переходом.

Тем не менее, прямое падение напряжения диода Шоттки очень мало по сравнению с диодом с P-N переходом.Прямое падение напряжения составляет от 0,3 до 0,5 вольт. Барьер прямого падения напряжения выполнен из кремния. Прямое падение напряжения пропорционально концентрации легирования полупроводника N-типа. Из-за высокой концентрации носителей тока ВАХ диода Шоттки более крутая.

Применение диода Шоттки

Диоды Шоттки

используются в электронной промышленности для многих применений в диодных выпрямителях из-за своих свойств. Они используются для ограничения напряжения, чтобы предотвратить насыщение транзистора.Он используется как TTL Шоттки в цифровых устройствах, поскольку эти устройства требуют быстрого переключения. поскольку производительность цифровых компьютеров определяется скоростью переключения диодов, диод Шоттки является важным компонентом цифровых компьютеров.

Fast, Ultrafast, Soft, Standard, Schottky: выбор правильного выпрямителя

Это вторая часть серии статей, состоящей из двух частей, в которой рассматриваются различные типы выпрямителей мощности, их статические и динамические характеристики, а также то, что разработчик схем должен понимать, чтобы сделать правильный выбор.Эта вторая статья посвящена более глубокому изучению характеристик восстановления выпрямителей, связанных со скоростью, и того, как это динамическое поведение оказывает значительное влияние на схемы, в которых находится выпрямитель.

Введение

Идея идеального диода может обмануть проектировщика, заставив его упустить из виду важность определения правильного выпрямителя мощности, отвечающего требованиям к характеристикам его / ее схемотехники. Реальные выпрямители - это не просто «односторонние клапаны для тока», они представляют собой набор характеристических параметров, влияющих на схему.

В этой серии статей, состоящей из двух частей, мы исследуем, как эти параметры определяют типы выпрямителей и способствуют развитию выпрямительной технологии. Попутно мы получим понимание, необходимое для правильного выбора наших дизайнерских проектов.

Во второй части мы исследуем динамическое поведение, определяющее «мягкое» восстановление и «прямое» восстановление, а затем сравниваем динамическое поведение барьера Шоттки и выпрямителей с PN-переходом. Мы также кратко рассмотрим прогресс выпрямительной технологии за последнее столетие.

Прежде чем продолжить, прочтите первую часть этой серии статей: Fast, Ultrafast, Standard, Soft, Schottky: Какой выпрямитель подходит для вашей схемы питания?

Быстро или сверхбыстро - как замедлить?

В первой части этой серии статей мы рассмотрели статические (установившиеся) параметры, важные для выпрямителей, а затем обсудили ключевой определяющий динамический параметр выпрямителей: t rr . Мы узнали, как t rr указывает, как быстро выпрямители прекращают работу в момент переключения из режима высокого прямого тока в состояние обратного смещения.Мы узнали, что этот параметр обратного восстановления, t rr , определяет выпрямитель как быстрое, сверхбыстрое или стандартное восстановление.

Сейчас мы узнаем, что важна не только скорость восстановления, но и то, насколько резко мы тормозим.

Мягкий? Что означает "мягкое восстановление"?

Из первой половины этой статьи вы узнали, что такое обратное восстановление и почему важна скорость восстановления. Но что мы подразумеваем под «мягким» восстановлением ?

Согласно стандарту JEDEC No.JESD282B.01, выпрямители мощности «могут обладать одним из двух типов характеристик восстановления. После того, как обратный ток достигнет своего пикового значения ... он может сразу или через короткое время очень резко снизиться (резкое восстановление) или может уменьшиться медленно и плавно до своего установившегося значения блокировки обратного хода (мягкое восстановление) ».

Чтобы получить более интуитивное понимание того, что мы подразумеваем под «мягким восстановлением» и почему это важно, давайте рассмотрим грубую аналогию со скоростью ( v ), заменяющей текущим (I).Предположим, вы подумываете о прыжке с тарзанки с тарзанки на высоте 500 футов над землей, и, кроме того, предположим, что вам предложили два варианта остановки падения на землю: жесткая веревка длиной 100 футов или длиной 100 футов эластичный эластичный шнур. Оба предохранят ваше тело от удара о землю.

Однако выбор неэластичной веревки, конечно, приведет к катастрофическим и, вероятно, фатальным последствиям из-за очень большого изменения вашей скорости d v / dt, поскольку веревка внезапно натягивается в конце вашего Осень.Вы, конечно же, выбрали бы эластичный банджи, так как это приведет к возврату к нулевой скорости при d v / dt с большей вероятностью, чтобы выжить.

Так же, как высокое замедление d v / dt может повредить физические системы из-за ударных сил (поскольку Force = m (d v / dt)), высокие токи dI / dt могут вызвать скачки высокого напряжения в цепях с индуктивность, потому что напряжение = L (dI / dt). (И любая реальная схема будет иметь некоторую индуктивность, даже если это всего лишь паразитная индуктивность.)

Давайте еще раз посмотрим на нашу форму сигнала JEDEC t rr и сравним мягкое восстановление с резким восстановлением:

Формы сигналов плавного восстановления и внезапного восстановления (изображение адаптировано и перерисовано из стандарта JEDEC № JESD282B.01, рисунок 6.1)

На первый взгляд, у нас может возникнуть соблазн подумать, что мы можем определить «мягкость» нашей характеристики восстановления как простое отношение t rrr к t rrf . Мы видим, что это отношение будет небольшим для мягкого диода (например.g., ~ 1/3 или ~ 0,33) и большой (например, ~ 3/1 или ~ 3) для резкого диода в этих двух примерах сигналов. Конечно, сжатие времени восстановления тока с I rm обязательно сделает его более резким, при сохранении всех остальных параметров постоянными.

Но давайте взглянем на еще две формы сигнала обратного восстановления, обе из которых имеют отношение t rrr / t rrf , близкое к таковому в нашем примере мягкого восстановления:

Еще два примера сигналов резкого восстановления (изображение адаптировано из стандарта JEDEC Standard No.JESD282B.01, рисунок 6.1)

Из этих двух последних сигналов видно, что при простом соотношении t rrr / t rrf не хватало бы ключевой точки физики: важен наклон кривой dI / dt!

Стандарт JEDEC, таким образом, определяет коэффициент мягкости восстановления обратного (RRSF) для выпрямителей как отношение «максимальной абсолютной величины dI / dt в области t rrr к величине в t rrf . область, край.”

Чтобы продолжить аналогию с тарзанкой (каламбур не предназначен), некоторые производители называют это соотношение «коэффициентом привязки», а значения, считающиеся «мягкими» для сверхбыстрых выпрямителей, обычно представлены числами больше 0,5 (т. Е. 1/2 ).

При просмотре паспортов выпрямителя имейте в виду, что t rrr и t rrf часто обозначаются как «t a » и «t b » соответственно; и хотя это устаревшее обозначение, оно все еще встречается во многих недавних таблицах данных.

Прямое восстановление

В самом начале мы говорили, что существует два типа восстановления. Мы довольно подробно обсудили обратное восстановление, но не забудьте поговорить о другом типе: , прямое восстановление .

Возвращаясь к концепции теоретически идеального диода, такое устройство, конечно, будет проводить ток без какого-либо сопротивления или прямого падения напряжения в тот самый момент, когда анод становится положительным по отношению к катоду.Однако, как и в случае обратного восстановления, PN-переходу требуется определенное количество времени, чтобы установить себя в противоположном смещенном состоянии. Внешнее электрическое поле должно успевать инжектировать носители в зону обеднения (переводя переход в прямосмещенное состояние).

Прямое восстановление определяется как время, необходимое для того, чтобы напряжение на диоде достигло определенного уровня, близкого к его установившемуся значению V F , когда применяется резкий импульс прямого тока.Пока диод не достигнет конца времени прямого восстановления , t от , падение напряжения может на короткое время подняться до V FRM , что во много раз превышает его установившееся значение V F .

Рисунок ниже был адаптирован и перерисован из стандарта JEDEC № JESD282B.01, рисунок 5.13.

Форма сигнала прямого восстановления JEDEC

Но для того, чтобы прямое восстановление было проблемой, схема, в которой должен работать выпрямитель, должна иметь dI / dt не менее десятков ампер в микросекунду.Тем не менее, есть приложения, в которых это так, например, обратные диоды (также известные как обратные диоды, фиксирующие диоды, демпферы).

Выпрямитель Шоттки

На этом этапе нам нужно обсудить характеристики восстановления выпрямителя Шоттки. Проще говоря, их нет! По крайней мере, если мы определяем обратное восстановление как время, необходимое для очистки перехода от носителей заряда и восстановления и расширения зоны истощения.

До сих пор мы обсуждали характеристики восстановления кремниевого выпрямителя с PN переходом.Эти характеристики восстановления обусловлены физикой PN-полупроводникового перехода. Однако поведение выпрямителя Шоттки не основано на PN-переходе. Скорее, его способность к исправлению основана на переходе с барьером Шоттки (иногда известном как переход металл-кремний).

В отличие от PN-перехода, соединение Шоттки не имеет зоны истощения. Поэтому выпрямители Шоттки могут иметь типичные значения t rr 10 нс или меньше для некоторых устройств с умеренным током.В выпрямителях Шоттки переключение можно считать мгновенным, с единственной задержкой, связанной с емкостью перехода (которая обычно мала). А поскольку небольшое время восстановления, которое у них есть, в первую очередь связано с емкостью, это восстановление soft , а также fast .

Ограничения выпрямителей Шоттки

Итак, если выпрямители Шоттки такие сверхбыстрые и soft и low V F , почему они не всегда лучший выбор? К сожалению, ответ заключается в том, что они склонны к саморазрушению из-за теплового разгона , если рассеиваемая мощность, теплоотвод и условия эксплуатации не учитываются должным образом.Это связано с тем, что их обратная утечка экспоненциально увеличивается с температурой.

Например, типичный Schottky, который имеет I r 0,25 мА при 25 ° C, будет иметь баллон утечки до 30 мА при 125 ° C - это более чем 100-кратное увеличение!

Тем не менее, Schottky может быть хорошим выбором при следующих условиях:

  • , если ваши требования к V R невысоки (т.е. в цепи ожидаются только низкие напряжения)
  • , если вы можете выдержать значительную утечку (и тепло, которое будет создавать продукт V R × I r )
  • , если вы уверены, что можете отводить тепло в достаточной степени для поддержания низкой рабочей температуры во всех прогнозируемых условиях

Сравнение основных параметров

Некоторые из них быстрее, некоторые мягкие, а некоторые дешевые, а некоторые могут быть дорогими.Что нам нужно, чтобы организовать наши мысли и избавиться от страха; Что нам сейчас нужно, я думаю, это таблица прямо здесь. (Приношу свои извинения за расплывчатый куплет с перевернутым ямбом пентаметра, но эта таблица заслуживает специального введения.)

Мы представили здесь в матричной форме ключевые отличительные параметры (в виде типичных значений и типовых диапазонов) для широко доступных одноамперных выпрямителей в категориях, которые мы обсуждали.

Основные параметры для различных типов выпрямителей (типичные значения / диапазоны)

История технологии выпрямителей

Прежде чем мы закончим обсуждение того, как выбрать правильный выпрямитель мощности, я думаю, было бы полезно изучить варианты, доступные предыдущим поколениям инженеров и проектировщиков схем.В приведенной ниже таблице представлен общий обзор последнего столетия технического прогресса в области выпрямителей мощности.

Примечание. Для этой цели мы будем в узком смысле определять выпрямители как «силовые диоды» и игнорировать механические средства выпрямления конца 19 века, такие как резонансные герконовые вибраторы, синхронные контакты с приводом от двигателя и мотор-генераторы. Точно так же мы будем игнорировать современные схемотехники, такие как синхронное выпрямление, когда полевые МОП-транзисторы заменяют выпрямители.

С учетом этих оговорок, на диаграмме ниже по вертикальной оси отложены относительная эффективность (в%) и относительный физический объем (в см 2 ) в сравнении с технологией, а по горизонтальной оси - применимые десятилетия использования.Шкала нормализована для устройств с мощностью 100 Вт, подаваемой на нагрузку.

Выпрямители ХХ века

Мы начинаем нашу диаграмму в начале 20 века с электролитических выпрямителей. Хотя электролитические выпрямители производились коммерчески и были легко доступны в начале 1900-х годов, самодельные самодельные версии обычно можно было найти в хижинах радиолюбителей и других предприимчивых энтузиастов электричества.Они были легко и экономично сконструированы путем смешивания буры (тетрабората натрия) в пинтовой банке с водой и погружения алюминиевой пластины и свинцовой пластины в электролит с противоположных сторон банки.

В течение первых нескольких минут пропускания переменного тока между двумя электродами происходит процесс формования, в котором алюминиевый электрод вступает в реакцию с раствором для получения тонкого поверхностного покрытия, которое позволяет току течь только в одном направлении и, таким образом, обеспечивает выпрямление. действие.(Свинцовый электрод не образует покрытия. Он просто обеспечивает соединение с электролитом.) Эффективность этих электролитических выпрямителей на самом деле была выше, чем у ламповых выпрямителей, которые в конечном итоге их вытеснили.

Ламповые выпрямители были немного меньше по объему и не были подвержены проливанию или утечке жидкости. Ламповые выпрямители были распространены в большинстве бытовой электроники в первой половине 20-го века, и действительно, они все еще имеют некоторых поклонников среди заядлых аудиофилов.

Выпрямители из оксида меди и оксида селена стали коммерческой альтернативой ламповым выпрямителям и часто выбирались разработчиками из-за их компактных размеров и механической прочности, а также их повышенной эффективности. Однако они со временем деградируют и при выходе из строя выделяют характерный неприятный запах и резкий запах.

Полупроводниковые выпрямители (сначала германий, затем кремний и выпрямители Шоттки) стали основой коммерческого, промышленного и автомобильного применения на протяжении второй половины 20-го века, и они по-прежнему остаются основным набором деталей для конструкторов.

Заключение

Теперь вы должны понимать, как скорость переключения, dI / dt цепи и поведение диодов как в статических, так и в динамических рабочих условиях будут определять ваш выбор выпрямителя. Помните, что вам всегда нужно начинать с определения максимального устойчивого прямого тока I O , который ваш выпрямитель должен будет поддерживать, а также постоянного обратного напряжения блокировки V R .

Вооружившись этой информацией и пониманием характеристик восстановления выпрямителя, вы будете готовы погрузиться в таблицы данных различных производителей, сравнить и сопоставить их и сделать свой выбор.

Не то, чтобы он вам сейчас понадобится, но вот список, который послужит отправной точкой при выборе типа выпрямителей мощности, наиболее подходящих для использования в вашей следующей мощной конструкции.

  • Высоковольтные импульсные источники питания (SMPS): используйте быстрые и сверхбыстрые выпрямители с низким t rr .
  • Низковольтный ИИП: используйте выпрямители Шоттки.
  • Цепи зажима и демпфирования катушек реле и соленоидов: Используйте быстрые выпрямители с низким t или .
  • Диодные схемы со свободным ходом: используйте сверхбыстрые выпрямители с низким t от и низким t rr .
  • Рулевое управление по току, замыкание питания и защита от обратной полярности: используйте стандартные выпрямители с выпрямителем для высоковольтных приложений и Schottky для низковольтных приложений.
  • Применение в сети переменного тока 50/60 Гц: используйте стандартные выпрямители.
  • Автомобильные, ветряные, микрогидравлические и другие трехфазные генераторы: используйте стандартные выпрямители с рекуперацией.

Следите за предстоящими статьями по связанным темам (например, о кремниевых управляемых выпрямителях (SCR), симисторах и других силовых тиристорах).

диодов Шоттки: старые хороши, новые лучше

Компании начинают осознавать потенциал новых рынков и возможности получения доходов от переработки, поскольку они исследуют более комплексную модель «кремний для обслуживания», которая охватывает центр обработки данных и подвижный край. В частности, с сокращением ASP (средние цены продажи) и все более непомерно высокими затратами на проектирование на все более низких узлах многие компании ищут новые потоки доходов в широком диапазоне вертикалей, включая Интернет вещей (IoT).

Однако с учетом того, что количество установок Интернета вещей, как ожидается, будет увеличиваться примерно на 15–20% ежегодно до 2020 года, безопасность в настоящее время воспринимается как серьезная возможность, так и серьезная проблема для полупроводниковой промышленности.

Помимо услуг, концепция оборудования с открытым исходным кодом (OSH) и создание микросхем из разукрупненных, предварительно проверенных чиплетов начинает набирать обороты по мере того, как компании сокращают расходы и сокращают время вывода на рынок гетерогенных конструкций.

Конкретные стратегии раскрытия всего потенциала кремния и услуг, несомненно, будут различаться, поэтому для нас важно исследовать будущее, в котором полупроводниковые компании, а также различные отрасли, организации и правительственные учреждения будут играть открытую и совместную роль в помогая устойчиво монетизировать как микросхемы, так и услуги.

В 2016 и 2017 годах продолжались быстрые приобретения и консолидация отрасли:

  • Компания Analog Devices приобрела Linear Technology
  • Infineon приобрела International Rectifier
  • Компания ROHM приобрела Powervation
  • .
  • Renesas приобрела Intersil

Крупные производители полупроводников позиционируют себя, чтобы лучше конкурировать в нескольких вертикалях, включая облачные вычисления, искусственный интеллект (AI) и беспилотные автомобили.Согласно KPMG, многие компании все чаще рассматривают слияния и поглощения (M&A) как единственный способ стимулировать рост реальной выручки, делая новый акцент на вопросе «производить или покупать», при этом многие выбирают ответ «покупать».

В то же время расходы на разработку микросхем продолжали расти и существенно влияли на количество разработок в усовершенствованных узлах. В частности, общее количество запусков SoC с расширенной производительностью многоядерных процессоров в первый раз практически не изменилось и выросло лишь незначительно за последние пять лет.Хотя цены на дизайн неуклонно растут с 40 нм, аналитиков больше всего беспокоит увеличение стоимости дизайна на 7 и 5 нм.

Рич Вавжиняк, старший аналитик Semico Research, подтверждает, что начало проектирования, превышающее 10 нм, будет сдерживаться ростом затрат на разработку. Хотя общее количество проектов, которые переносятся на новые узлы, может не сильно отличаться от предыдущих обновлений геометрии процессов, Вавжиняк говорит, что временные рамки для таких переходов большинством компаний будут более продолжительными.

Совершенно очевидно, что необходимы новые модели как для НИОКР, так и для доходов, поскольку усиление консолидации отрасли и ослабление АСП в долгосрочной перспективе невозможно. Именно поэтому отрасль стремится к Интернету вещей для создания дополнительных потоков доходов, и аналитики McKinsey Global Institute (MGI) оценивают, что IoT может иметь ежегодный экономический эффект от 3,9 до 11,1 триллиона долларов к 2025 году по нескольким вертикалям. Однако с учетом того, что количество установок Интернета вещей, как ожидается, будет увеличиваться примерно на 15–20% ежегодно до 2020 года, безопасность считается как серьезной возможностью, так и проблемой для полупроводниковых компаний.

Таким образом, MGI рекомендует создавать решения безопасности, которые позволяют компаниям, производящим полупроводники, расширяться в смежные области бизнеса и разрабатывать новые бизнес-модели. Например, компании могут помочь создать предложения по обеспечению сквозной безопасности, которые необходимы для успеха Интернета вещей. В идеале, по мнению MGI, отрасль должна играть ведущую роль при разработке таких предложений, чтобы гарантировать, что они получат свою справедливую долю в цепочке создания стоимости.

С нашей точки зрения, решения для сквозной безопасности Интернета вещей, развернутые как платформа как услуга (PaaS), имеют решающее значение для оказания помощи полупроводниковым компаниям в получении возобновляемых доходов от реализации конкретных услуг.Для клиентов PaaS предлагает простой способ безопасной разработки, запуска и управления приложениями и устройствами без сложностей, связанных с построением и обслуживанием сложной инфраструктуры.

Такие решения безопасности, которые также могут использовать аппаратный корень доверия, должны поддерживать идентификацию устройства и взаимную аутентификацию (проверку), регулярные проверки аттестации, безопасные обновления устройств по беспроводной сети (OTA), аварийное восстановление и ключ управление, а также вывод из эксплуатации и переназначение ключей для лучшего управления устройствами и смягчения различных атак, включая распределенный отказ в обслуживании (DDoS).

Умные города

Недоступные микросхемы - такие как микросхемы, встроенные в инфраструктуру интеллектуального города Интернета вещей - могут предложить полупроводниковым компаниям возможность реализовать долгосрочную модель PaaS «кремний для обслуживания». В самом деле, инфраструктура будущего умного города почти наверняка будет спроектирована с использованием микросхем в труднодоступных местах, включая подземные водопроводные трубы, воздуховоды для кондиционирования воздуха, а также под улицами и на парковках.

Интеллектуальное уличное освещение, отзывчивые вывески и маячки Bluetooth нового поколения также требуют перспективных решений, чтобы избежать постоянного физического обслуживания и обновлений.Следовательно, микросхема, обеспечивающая питание инфраструктуры умного города, должна поддерживать безопасную конфигурацию функций в полевых условиях, а также различные услуги на основе PaaS, такие как расширенная аналитика, предупреждения о профилактическом обслуживании, алгоритмы самообучения и интеллектуальное проактивное взаимодействие с клиентами.

Умные дома

Прогнозируется, что к 2020 году глобальный рынок умного дома достигнет стоимости не менее 40 миллиардов долларов. По данным Markets and Markets, рост пространства умного дома можно объяснить множеством факторов, в том числе значительными достижениями в секторе Интернета вещей; возрастающие требования к удобству, безопасности и защищенности потребителей; более выраженная потребность в энергосберегающих решениях с низким уровнем выбросов углерода.Однако, как мы уже обсуждали ранее, крайне важно обеспечить реализацию безопасности Интернета вещей на этапе проектирования продукта, чтобы предотвратить использование злоумышленниками устройств умного дома и прерывание обслуживания.

В дополнение к потенциально прибыльным возможностям кибербезопасности для компаний, производящих полупроводники, устройства «умный дом» обещают создать повторяющиеся потоки доходов для поддержки устойчивой модели «от кремния к услугам». В качестве примера Кристопер Дин из MarketingInsider выделяет популярные устройства Echo от Amazon.Поскольку уже продано не менее 15 миллионов устройств Echo, пользователи Echo, вероятно, станут активными потребителями Amazon, используя устройство для отслеживания списков желаний и поиска товаров, которые им впоследствии предлагается купить. Между тем, Nest использует данные термостата в качестве платформы для предложения услуг по управлению энергопотреблением коммунальным компаниям в Соединенных Штатах, при этом компании платят за значимую и действенную информацию о клиентах по подписке.

Автомобильная промышленность

Согласно IC Insights, в период с 2016 по 2021 год продажи микросхем для автомобильных систем и Интернета вещей будут расти на 70% быстрее, чем общие доходы от IC.В частности, продажи интегральных схем для автомобилей и других транспортных средств, по прогнозам, вырастут с 22,9 млрд долларов в 2016 году до 42,9 млрд долларов в 2021 году, а доходы от функциональности Интернета вещей увеличатся с 18,4 млрд долларов в 2016 году до 34,2 млрд долларов в 2021 году.

Прогнозируемый рост продаж автомобильных микросхем неудивителен, поскольку современные автомобили по сути представляют собой сеть сетей, оснащенных рядом встроенных методов и возможностей связи. Однако это означает, что автомобили теперь более уязвимы для кибератак, чем когда-либо прежде.

Потенциальные уязвимости системы безопасности включают незащищенную связь между транспортными средствами, несанкционированный сбор информации о водителе или пассажирах, захват контроля над критически важными системами, такими как тормоза или акселераторы, перехват данных транспортного средства, вмешательство в работу сторонних ключей и изменение избыточного кода. обновления прошивки по воздуху (OTA). Что касается последнего, производители автомобилей сейчас сосредоточены на предоставлении безопасных обновлений OTA для различных систем, при этом глобальный рынок автомобильных обновлений OTA, по прогнозам, будет расти со среднегодовым темпом роста 18.2% с 2017 по 2022 год и достигнет 3,89 миллиарда долларов к 2022 году.

Производители автомобилей также работают над тем, чтобы в цепочке поставок транспортных средств не было украденных и контрафактных компонентов. Тем не менее, широкий спектр устройств с серого рынка все еще можно найти для питания дорогостоящих модулей, таких как бортовые информационно-развлекательные системы и фары, а также в критически важных системах безопасности, включая модули подушек безопасности, тормозные модули и органы управления трансмиссией. Таким образом, защита периферийных устройств и компонентов транспортных средств от несанкционированного доступа путем внедрения ряда многоуровневых аппаратных и программных решений безопасности стала приоритетной задачей для ряда производителей автомобилей.

Помимо внедрения многоуровневых решений безопасности, полупроводниковая промышленность явно выиграет от принятия подхода IoT «как услуга» к автомобильному сектору. Например, компании могут развернуть сенсорные автомобильные системы, которые заранее обнаруживают потенциальные проблемы и неисправности. Это решение, которое в наиболее оптимальной конфигурации сочетает в себе микросхемы и услуги, может быть продано как аппаратный и программный продукт или развернуто как услуга с ежемесячной или ежегодной абонентской платой.

Медицина и здравоохранение

Имплантированные медицинские устройства с длительным сроком службы, несомненно, потребуют от полупроводниковой промышленности высокой степени готовности к будущему, чтобы избежать частых физических обновлений и обслуживания. Срихари Яманур, специалист по дизайну в области исследований и разработок в Stellartech Research Corp., отмечает, что медицинские устройства в конечном итоге будут адаптированы для удовлетворения потребностей отдельных пациентов, что приведет к расширению применения точной медицины.

Кроме того, ожидается, что отрасль медицинского страхования будет использовать машинное обучение для оптимизации и снижения стоимости медицинского обслуживания, в то время как цифровые медицинские устройства также будут использоваться страховой отраслью для выявления пациентов из группы риска и оказания помощи.Поэтому медицинские устройства, особенно имплантируемые модели, должны быть спроектированы таким образом, чтобы поддерживать «модель перехода от одного кристалла к другому» через конфигурацию функций и безопасные обновления OTA, а также услуги на основе PaaS, включая сбор и анализ соответствующих данных; проактивное обслуживание, продвинутые алгоритмы; и интуитивно понятный интерфейс как для пациентов, так и для врачей.

Аппаратное обеспечение с открытым исходным кодом и дезагрегированные чиплеты

Наряду с услугами, оборудование с открытым исходным кодом, предлагаемое такими организациями и компаниями, как RISC-V и SiFive, начало положительно влиять на индустрию полупроводников, поощряя инновации, сокращая затраты на разработку и ускоряя время вывода продукта на рынок.

Успех программного обеспечения с открытым исходным кодом - в отличие от закрытого, огороженного сада - продолжает создавать важный прецедент для полупроводниковой промышленности. Столкнувшись с непомерно высокими затратами на разработку, ряд компаний предпочитают избегать ненужных сборщиков дорожных сборов, уделяя больше внимания архитектуре с открытым исходным кодом, поскольку они работают над созданием новых потоков доходов, ориентированных на услуги.

Помимо аппаратного обеспечения с открытым исходным кодом, концепция построения кремния из предварительно проверенных чиплетов начинает набирать обороты, поскольку полупроводниковая промышленность движется к сокращению затрат и сокращению времени вывода на рынок гетерогенных конструкций.По словам Анны Стефоры Мутшлер из Semiconductor Engineering, концепция чиплета некоторое время находилась в стадии разработки, хотя исторически она воспринималась как потенциальное направление будущего, а не реальное решение в тени убывающего закона Мура. Это восприятие начинает меняться по мере увеличения сложности конструкции, особенно в усовершенствованных узлах (10/7 нм), а также по мере объединения новых рынков, требующих частично настраиваемых решений.

Концепция предварительно проверенных чиплетов вызвала интерес U.Агентство перспективных исследовательских проектов S. Defense (DARPA), которое недавно развернуло свою программу общей гетерогенной интеграции и стратегий повторного использования IP (CHIPS). В сотрудничестве с полупроводниковой промышленностью успешная реализация CHIPS позволила бы увидеть ряд IP-блоков, подсистем и микросхем, объединенных на переходнике в корпусе, подобном 2.5D.

Инициатива CHIPS заняла центральное место в августе 2017 года, когда участники из военного, коммерческого и академического секторов собрались в штаб-квартире DARPA на официальном стартовом совещании по программе Агентства по стратегии общей гетерогенной интеграции и повторного использования интеллектуальной собственности (ИС).

Как сообщил на конференции д-р Дэниел Грин из DARPA, программа направлена ​​на разработку новой технологической структуры, в которой различные функции и блоки интеллектуальной собственности, в том числе хранение данных, вычисления, обработка сигналов, а также управление формой и потоком данных - можно разделить на небольшие чиплеты. Затем их можно смешивать, сопоставлять и комбинировать на промежуточном элементе, что-то вроде соединения частей головоломки. Фактически, говорит Грин, вся обычная печатная плата с множеством различных, но полноразмерных микросхем в конечном итоге может быть уменьшена до гораздо меньшего промежуточного устройства, содержащего кучу гораздо меньших микросхем.

Согласно DARPA, конкретные технологии, которые могут возникнуть в результате инициативы CHIPS, включают компактную замену целых печатных плат, сверхширокополосные радиочастотные (РЧ) системы и системы быстрого обучения для извлечения интересной и действенной информации из гораздо больших объемов обычных данных. .

Возможно, неудивительно, что полупроводниковая промышленность уже рассматривает дезагрегированный подход в виде микросхем SerDes и специализированных маломощных интерфейсов «кристалл-кристалл» для конкретных приложений.Безусловно, жизнеспособное разделение кремниевых компонентов может быть достигнуто путем перемещения высокоскоростных интерфейсов, таких как SerDes, на отдельные кристаллы в виде микросхем SerDes, смещения IP аналогового датчика на отдельные аналоговые микросхемы и реализации перехода кристалла с очень низким энергопотреблением и малой задержкой. die интерфейсы через MCM или через переходник с использованием технологии 2.5D.

Помимо использования заведомо исправной матрицы для SerD в более зрелых узлах (N-1) или наоборот, ожидается, что дезагрегация упростит создание нескольких SKU при оптимизации затрат и снижении риска.Точнее, при дезагрегировании SoC будут разбиты на более высокопроизводительные и меньшие матрицы, что позволит компаниям создавать определенные конструкции с несколькими вариантами. Действительно, интерфейсы «от кристалла к кристаллу» могут более легко адаптироваться к различным приложениям, использующим память, логику и аналоговую технологию. Кроме того, интерфейсы «от кристалла к кристаллу» не требуют соответствующей скорости линии / передачи и количества полос, в то время как FEC может потребоваться, а может и не потребоваться в зависимости от требований к задержке.

Следует отметить, что несколько компаний активно занимаются агрегацией SoC / ASIC для коммутаторов и других систем.Точно так же полупроводниковая промышленность разрабатывает ASIC с интерфейсами "кристалл-кристалл" на ведущих узлах FinFET, в то время как по крайней мере один серверный чип следующего поколения разрабатывается с дезагрегированным вводом-выводом на отдельном кристалле.

Заключение

За последние пять лет полупроводниковая промышленность столкнулась с множеством сложных проблем. К ним относятся увеличение затрат на разработку, размытие ASP, насыщение рынка и повышенная, но неустойчивая деятельность по слияниям и поглощениям.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *