Bariérové diódy Schottky sú polovodičové diódy navrhnuté s minimálnym dopredným napätím a rýchlymi spínacími rýchlosťami, ktoré môžu byť až 10 ns. Vyrábajú sa v prúdových rozsahoch 500 mA až 5 ampérov a do 40 V. Vďaka týmto vlastnostiam sa stávajú obzvlášť vhodnými pre nízkonapäťové, vysokofrekvenčné aplikácie, ako napríklad v SMPS, a tiež ako efektívne voľnobežné diódy.
Symbol prístroja je zobrazený na nasledujúcom obrázku:
Zdvorilosť: https://en.wikipedia.org/wiki/Schottky_diode
Vnútorná stavba
Schottkyho diódy sú konštruované odlišne v porovnaní s tradičnými spojovacími diódami p-n. Namiesto križovatky p-n sú postavené pomocou a spojenie kovového polovodiča ako je uvedené nižšie.
Polovodičová časť je väčšinou vyrobená z kremíka typu n a tiež z rôznych materiálov, ako je platina, volfrám, molybdén, chróm atď. Dióda môže mať rôznu charakteristiku v závislosti od použitého materiálu, čo umožňuje ich vylepšenie rýchlosť spínania, nižší pokles napätia vpred atď.
Ako to funguje
V Schottkyho dióde sa elektróny stávajú väčšinovým nosičom v polovodičovom materiáli, zatiaľ čo v kovoch vykazujú extrémne malé menšinové nosiče (otvory). Keď sú dva materiály spojené, elektróny prítomné v kremíkovom polovodiči začnú rýchlo prúdiť smerom k pripojenému kovu, čo vedie k masívnemu prenosu väčšinových nosičov. Vďaka svojej zvýšenej kinetickej energii ako kov sa všeobecne nazývajú „horúce nosiče“.
Normálne spojovacie diódy p-n, do ktorých sú menšinové nosiče injektované cez rôzne susedné polarity. Zatiaľ čo v Schottkyho dióde sú elektróny vstrekované do oblastí s rovnakou polaritou.
Masívny príliv elektrónov smerom ku kovu spôsobuje veľké straty nosičov pre kremíkový materiál v oblasti blízko povrchu spojenia, ktorá pripomína oblasť vyčerpania spojenia p-n iných diód. Dodatočné nosiče v kovu vytvárajú „negatívnu stenu“ v kovu medzi kovom a polovodičom, ktorá blokuje ďalší vstup prúdu. Význam záporne nabitých elektrónov v kremíkovom polovodiči vo vnútri Schottkyho diód uľahčuje oblasť bez nosiča spolu so zápornou stenou na povrchu kovu.
S odkazom na obrázok zobrazený nižšie, použitie smerového predpätého prúdu v prvom kvadrante spôsobí zníženie energie negatívnej bariéry v dôsledku pozitívnej príťažlivosti elektrónov v tejto oblasti. To vedie k spätnému toku elektrónov v obrovských množstvách cez hranicu. Veľkosť týchto elektrónov závisí od veľkosti potenciálu použitého pre predpätie.
Rozdiel medzi normálnymi diódami a Schottkyho diódami
V porovnaní s normálnymi diódami spojenia p-n je bariérový prechod v Schottkyho diódach nižší, a to v oblasti predného aj spätného skreslenia.
To umožňuje Schottkyho diódam mať oveľa lepšie vedenie prúdu pre rovnakú úroveň potenciálu predpätia, a to naprieč oblasťami predpätia aj spätia. To sa javí ako dobrá vlastnosť v oblasti predného predpätia, aj keď je to zlé pre oblasť spätného predpätia.
Definíciu všeobecných charakteristík polovodičovej diódy pre oblasti s predpätím a spätným skreslením predstavuje rovnica:
Ja D = Ja S ( je kVd / Tk -1)
kde Is = spätný saturačný prúd
k = 11 600 / η s η = 1 pre germániový materiál a η = 2 pre kremíkový materiál
Rovnaká rovnica popisuje exponenciálny nárast prúdu v Schottkyho diódach na nasledujúcom obrázku, faktor η je však určený typom konštrukcie diódy.
V oblasti reverzného skreslenia prúd Je je hlavne v dôsledku tých kovových elektrónov, ktoré cestujú do polovodičového materiálu.
Teplotné charakteristiky
Pokiaľ ide o Schottkyho diódy, jedným z hlavných aspektov, ktorý sa neustále skúma, je spôsob, ako minimalizovať jeho podstatné zvodové prúdy pri vysokých teplotách nad 100 ° C.
To viedlo k výrobe lepších a vylepšených zariadení, ktoré dokážu efektívne pracovať aj pri extrémnych teplotách od - 65 do + 150 ° C.
Pri typických teplotách miestnosti môže byť tento únik v rozsahu mikroampérov pre Schottkyho diódy s nízkym výkonom a v rozmedzí miliampérov pre vysoko výkonné zariadenia.
Tieto čísla sú však väčšie v porovnaní s normálnymi diódami p-n pri rovnakých výkonových špecifikáciách. Tiež Hodnotenie PIV pre Schottkyho diódy môže byť oveľa menej ako naše tradičné diódy.
Napríklad normálne 50 ampérové zariadenie môže mať PIV hodnotenie 50 V, zatiaľ čo to môže byť až 150 V pre normálnu 50ampónovú diódu. To znamená, že nedávny pokrok umožnil Schottkyho diódy s hodnotami PIV nad 100 V pri podobných hodnotách prúdu.
Z vyššie uvedeného grafického znázornenia jasne vyplýva, že Schottkyho diódy majú takmer ideálnu sadu charakteristík, dokonca lepšiu ako kryštalická dióda (bodová kontaktná dióda). Priamy pokles bodovej kontaktnej diódy je zvyčajne nižší ako pri normálnych prechodových diódach p-n.
VT alebo dopredný pokles napätia Schottkyho diódy je do značnej miery určený kovom vo vnútri. Nastáva kompromis medzi účinkom teploty a úrovňou VT. Ak sa jeden z týchto parametrov zvýši, zvýši sa aj druhý, čím sa zníži úroveň účinnosti zariadenia. Ďalej VT závisí aj od aktuálneho rozsahu, nižšie prípustné hodnoty zabezpečujú nižšie hodnoty VT. Predný pokles VT môže byť pri približných hodnotách pre dané jednotky nízkej úrovne v podstate až nula. Pre stredné a vyššie prúdové rozsahy by mohli byť hodnoty poklesu vpred okolo 0,2 V, čo sa javí ako vynikajúca reprezentatívna hodnota.
V súčasnosti je maximálny tolerovateľný prúdový rozsah Schottkyho diódy okolo 75 ampérov, hoci čoskoro môže byť na obzore až 100 ampérov.
Schottkyho dióda Aplikácia
Hlavnou oblasťou použitia Schottkyho diód je prepínanie napájacích zdrojov alebo SMPS, ktoré sú určené na prácu s frekvenciami nad 20 kHz.
Typicky môže byť 50 ampérová Schottkyho dióda pri izbovej teplote dimenzovaná na dopredné napätie 0,6 V a dobu zotavenia 10 ns, špeciálne navrhnutá pre aplikáciu SMPS. Na druhej strane bežná spojovacia dióda p-n môže pri rovnakom súčasnom odbere vykazovať pokles vpred o 1,1 V a hodnotu obnovy okolo 30 až 50 ns.
Môže sa vám zdať, že vyššie uvedený rozdiel napätia vpred je dosť malý, ale ak sa pozrieme na úroveň rozptylu výkonu medzi nimi: P (horúci nosič) = 0,6 x 50 = 30 wattov a P (pn) = 1,1 x 50 = 55 wattov, čo je dosť merateľný rozdiel, ktorý môže kriticky poškodiť účinnosť SMPS.
Aj keď v oblasti reverzného predpätia môže byť rozptyl v Schottkyho dióde mierne vyšší, stále bude čistý rozptyl vpred a spätného predpätia oveľa lepší ako spojovacia dióda p-n.
Doba spätného zotavenia
V bežných polovodičových diódach p-n je doba reverzného zotavenia (trr) vysoká z dôvodu injektovaných menšinových nosičov.
V Schottkyho diódach je doba reverzného zotavenia kvôli extrémne nízkym menšinovým nosičom podstatne nízka. Preto sú Schottkyho diódy schopné tak efektívne pracovať aj pri frekvenciách 20 GHz, čo si vyžaduje, aby sa prístroje prepínali extrémne vysokou rýchlosťou.
Pre vyššie frekvencie sa stále používa bodová kontaktná dióda alebo krištáľová dióda kvôli ich veľmi malej spojovacej oblasti alebo spojovacej oblasti bodu.
Obvod ekvivalentný Schottkyho diódam
Nasledujúci obrázok zobrazuje ekvivalentný obvod Schottkyho diódy s typickými hodnotami. Priľahlý symbol je štandardný symbol zariadenia.
Indukčnosť Lp a kapacita Cp sú hodnoty uvedené v samotnom balení, rB predstavuje sériový odpor tvorený kontaktným odporom a objemovým odporom.
Hodnoty odporu rd a kapacity Cj sú podľa výpočtov diskutovaných v predchádzajúcich odsekoch.
Schéma špecifikácie Schottkyho diódy
Nasledujúca tabuľka obsahuje zoznam usmerňovačov s horúcim nosičom vyrobených spoločnosťou Motorola Semiconductor Products spolu s ich špecifikáciami a podrobnosťami o pripojení.
Dvojica: Usmernenie diódy: polovičná vlna, plná vlna, PIV Ďalej: Obštrukčný svetelný obvod LED
