Диод Шоттки - характеристики, параметры и применение

Диод является одним из основных компонентов, которые обычно используются в конструкциях электронных схем, его обычно можно найти в выпрямителях, клипперах, зажимах и многих других широко используемых схемах. Это двухконтактное полупроводниковое устройство, которое позволяет току течь только в одном направлении, а именно от анода к катоду (+ к -), и блокирует ток в обратном направлении, то есть от катода к аноду. Причина в том, что он имеет ок. Нулевое сопротивление в прямом направлении и бесконечное сопротивление в обратном направлении. Существует много типов диодов, каждый со своими уникальными свойствами и областями применения. Мы уже узнали о стабилитронах и их работе, в этой статье мы узнаем о другом интересном типе диодов, называемом диодом Шоттки, и о том, как его можно использовать в наших схемах.

Диод Шоттки (названный в честь немецкого физика Вальтера Х. Шоттки) представляет собой другой тип полупроводникового диода, но вместо PN-перехода диод Шоттки имеет переход металл-полупроводник, который снижает емкость и увеличивает скорость переключения диода Шоттки, и это отличает его от других диодов. Диод Шоттки также имеет другие названия, такие как диод с поверхностным барьером, диод с барьером Шоттки, диод с горячими носителями или диод с горячими электронами.

Символ диода Шоттки

Символ диода Шоттки основан на общем символе диода, но вместо прямой линии он имеет S-образную структуру на отрицательном конце диода, как показано ниже. Этот схематический символ можно легко использовать, чтобы отличить диод Шоттки от других диодов при чтении принципиальной схемы. На протяжении всей статьи мы будем сравнивать диод Шоттки с обычным диодом для лучшего понимания.

Даже по внешнему виду компонента диод Шоттки похож на обычный диод, и часто бывает трудно определить разницу, не прочитав на нем номер детали. Но в большинстве случаев диод Шоттки будет казаться немного громоздким, чем обычные диоды, но это не всегда так. Изображение выводов диода Шоттки показано ниже.

Что делает диод Шоттки особенным?

Как обсуждалось ранее, диод Шоттки выглядит и работает очень похоже на обычный диод, но уникальными характеристиками диода Шоттки являются очень низкое падение напряжения и высокая скорость переключения. Чтобы лучше понять это, давайте подключим диод Шоттки и обычный диод к идентичной схеме и и проверим, как она работает.

На изображениях выше представлены две схемы: одна для диода Шоттки, а другая - для типичного диода с PN переходом. Эти схемы будут использоваться для различения падений напряжения на обоих диодах. Итак, левая цепь предназначена для диода Шоттки, а правая - для типичного диода с PN переходом. Оба диода запитаны 5В. Когда ток проходит от обоих диодов, диод Шоттки имеет падение напряжения только 0,3 В и оставляет 4,7 В для нагрузки, с другой стороны, типичный диод с PN-переходом имеет падение напряжения 0,7 В и оставляет 4,3 В для нагрузки. Таким образом, диод Шоттки имеет меньшее падение напряжения, чем обычный диод с PN-переходом. За исключением падения напряжения, диод Шоттки также имеет некоторые другие преимущества по сравнению с типичным диодом с PN-переходом, таким как диод Шоттки.более высокая скорость переключения, меньше шума и лучшая производительность, чем у типичного диода с PN переходом.

Недостатки диода Шоттки

Если диод Шоттки имеет очень низкое падение напряжения и высокую скорость переключения, обеспечивая лучшую производительность, то зачем нам вообще нужны диоды с обычным PN переходом? Почему бы нам просто не использовать диод Шоттки для всех схем?

Хотя это правда, что диоды Шоттки лучше, чем диоды с PN-переходом, и постепенно они становятся более предпочтительными, чем диоды с PN-переходом. Два основных недостатка диода Шоттки - это низкое обратное напряжение пробоя и высокий обратный ток утечки по сравнению с обычным диодом. Это делает его непригодным для коммутации высокого напряжения. Кроме того, диоды Шоттки сравнительно дороже обычных выпрямительных диодов.

Диод Шоттки против выпрямительного диода

Краткое сравнение PN-диода и диода Шоттки приведено в таблице ниже:

PN- переходной диод	Диод Шоттки
Диод с PN-переходом является биполярным устройством, что означает, что токопроводимость происходит за счет как неосновных, так и основных носителей заряда.	В отличие от диода с PN-переходом, диод Шоттки является униполярным устройством, то есть проводимость тока происходит только за счет основных носителей заряда.
Диод с PN-переходом имеет переход полупроводник-полупроводник.	В то время как диод Шоттки имеет переход металл-полупроводник.
PN-переходные диоды имеют большое падение напряжения.	Диод Шоттки имеет небольшое падение напряжения.
Высокий уровень государственных потерь.	Низкие по государственным потерям.
Медленная скорость переключения.	Быстрая скорость переключения.
Высокое напряжение включения (0,7 вольт)	Низкое напряжение включения (0,2 В)
Высокое обратное напряжение блокировки	Низкое обратное напряжение блокировки
Низкий обратный ток	Большой обратный ток

Структура диода Шоттки

Диоды Шоттки построены с использованием перехода металл-полупроводник, как показано на рисунке ниже. Диоды Шоттки имеют соединение металла с одной стороны перехода и легированный кремний с другой стороны, поэтому диод Шоттки не имеет обедненного слоя. Из-за этого свойства диоды Шоттки известны как униполярные устройства, в отличие от типичных диодов с PN-переходом, которые являются биполярными устройствами.

Базовая структура диода Шоттки показана на изображении выше. Как вы можете видеть на изображении, диод Шоттки имеет металлическое соединение с одной стороны, которое может варьироваться от платины до вольфрама, молибдена, золота и т. Д., И полупроводник N-типа с другой стороны. Когда соединение металла и полупроводник N-типа объединяются, они создают переход металл-полупроводник. Этот переход известен как барьер Шоттки. Ширина барьера Шоттки зависит от типа металлических и полупроводниковых материалов, которые используются при формировании перехода.

Барьер Шоттки работает по-разному в несмещенном, прямом или обратном смещении. В состоянии прямого смещения, когда положительный полюс батареи соединен с металлом, а отрицательный - с полупроводником n-типа, диод Шоттки пропускает ток. Но в состоянии обратного смещения, когда положительный вывод батареи соединен с полупроводником n-типа, а отрицательный вывод соединен с металлом, диод Шоттки будет блокировать ток. Однако, если напряжение обратного смещения превысит определенный уровень, это приведет к разрушению барьера, и ток начнет течь в обратном направлении, и это может повредить компоненты, подключенные к диоду Шоттки.

Характеристики диода Шоттки VI

Одной из важных характеристик, которую следует учитывать при выборе диода, является график зависимости прямого напряжения (В) от прямого тока (I). График VI наиболее популярных диодов Шоттки 1N5817, 1N5818 и 1N5819 показан ниже.

VI характеристики диода Шоттки очень похожи на типичный диод с PN переходом. Низкое падение напряжения, чем у типичного диода с PN-переходом, позволяет диоду Шоттки потреблять меньшее напряжение, чем типичный диод. Из приведенного выше графика видно, что 1N517 имеет наименьшее прямое падение напряжения по сравнению с двумя другими, также можно отметить, что падение напряжения увеличивается по мере увеличения тока через диод. Даже для 1N517 при максимальном токе 30 А падение напряжения на нем может достигать 2 В. Следовательно, эти диоды обычно используются в слаботочных приложениях.

Параметры, которые следует учитывать при выборе диода Шоттки

Каждый инженер-конструктор должен выбрать правильный диод Шоттки в соответствии с потребностями его применения. Для выпрямительных конструкций потребуются диоды высокого напряжения, низкого / среднего тока и низкой частоты. Для схем переключения номинальная частота диода должна быть высокой.

Некоторые общие и важные параметры диода, о которых следует помнить, перечислены ниже:

Прямое падение напряжения: падение напряжения при включении диода с прямым смещением является прямым падением напряжения. Это зависит от разных диодов. Для диода Шоттки обычно предполагается, что напряжение включения составляет около 0,2 В.

Напряжение обратного пробоя: определенная величина напряжения обратного смещения, после которой диод выходит из строя и начинает проводить в обратном направлении, называется напряжением обратного пробоя. Напряжение обратного пробоя для диода Шоттки составляет около 50 вольт.

Время обратного восстановления: это время, необходимое для переключения диода из его прямого проводящего состояния или состояния «ВКЛ» в обратное состояние «ВЫКЛ». Наиболее важным отличием типичного диода с PN-переходом от диода Шоттки является время обратного восстановления. В типичном диоде с PN-переходом время обратного восстановления может варьироваться от нескольких микросекунд до 100 наносекунд. Диоды Шоттки не имеют времени восстановления, потому что диод Шоттки не имеет обедненной области на переходе.

Обратный ток утечки: ток, проводимый полупроводниковым устройством при обратном смещении, является током обратной утечки. В диоде Шоттки повышение температуры значительно увеличивает обратный ток утечки.

Применение диода Шоттки

Диоды Шоттки имеют множество применений в электронной промышленности из-за своих уникальных свойств. Вот некоторые из приложений:

1. Цепи ограничения / ограничения напряжения

Схемы ограничителей и схемы фиксаторов обычно используются в приложениях для формирования волн. Низкое падение напряжения делает диод Шоттки полезным в качестве ограничивающего диода.

2. Защита от обратного тока и разряда

Как мы знаем, диод Шоттки также называют блокирующим диодом, потому что он блокирует ток в обратном направлении; его можно использовать в качестве защиты от разряда. Например, в аварийной вспышке диод Шоттки используется между суперконденсатором и двигателем постоянного тока, чтобы предотвратить разряд суперконденсатора через двигатель постоянного тока.

3. Цепи выборки и хранения

Прямо смещенный диод Шоттки не имеет неосновных носителей заряда, и благодаря этому они могут переключаться быстрее, чем типичные диоды с PN-переходом. Таким образом, диоды Шоттки используются, потому что они имеют меньшее время перехода от выборки к шагу удержания, и это приводит к более точной выборке на выходе.

4. Силовой выпрямитель.

Диоды Шоттки имеют высокую плотность тока, а низкое прямое падение напряжения означает, что меньше энергии тратится впустую, чем типичный диод с PN переходом, и это делает диоды Шоттки более подходящими для выпрямителей мощности.

Далее вы можете найти практическую реализацию диода во многих схемах, перейдя по ссылке.