Ονομασία διόδου Schottky στον πίνακα. Δίοδος Schottky: αρχή λειτουργίας

Μία ακόμη μπορεί να προστεθεί στη μεγάλη οικογένεια διόδων ημιαγωγών που ονομάστηκαν από τα ονόματα των επιστημόνων που ανακάλυψαν το ασυνήθιστο αποτέλεσμα. Αυτή είναι μια δίοδος Schottky. Ο Γερμανός φυσικός Walter Schottka ανακάλυψε και μελέτησε το λεγόμενο φαινόμενο φραγμού που συμβαίνει με μια συγκεκριμένη τεχνολογία για τη δημιουργία μιας διασταύρωσης p-n.

Όπως και άλλα διάσημα αδέρφια, η δίοδος Schottky έχει βρει εφαρμογή στα σύγχρονα ηλεκτρονικά. Δίοδος Ζένερ(δίοδος Zenner) χρησιμοποιείται παντού σε συσκευές τροφοδοσίας και σταθεροποίησης σε τεράστιες ποσότητες. Ο όχι λιγότερο διάσημος αδελφός του (η δίοδος Gunn), ικανή να παράγει συχνότητες gigahertz, χρησιμοποιείται ως μικροσκοπικό ανάλογο ενός klystron ή magnetron.

Βρίσκεται στο επίκεντρο όλων των παραβολικών κεραιών και παίζει το ρόλο του πρώτου τοπικού ταλαντωτή και μετατροπέα συχνότητας σε δορυφορικά τηλεοπτικά συστήματα, ραδιοτηλεσκόπια και συστήματα λήψης τηλεμετρικών πληροφοριών από διαστημικά συστήματα.

Ας επιστρέψουμε όμως στη δίοδο Schottky. Στα διαγράμματα κυκλώματος, μια δίοδος Schottky απεικονίζεται έτσι.

Όπως μπορείτε να δείτε, η εικόνα μιας διόδου Schottky είναι κάπως διαφορετική από την ονομασία μιας συμβατικής διόδου ημιαγωγών.

Εκτός από αυτόν τον χαρακτηρισμό, στα διαγράμματα μπορείτε επίσης να βρείτε μια εικόνα μιας διπλής διόδου Schottky.

Μια διπλή δίοδος είναι δύο δίοδοι τοποθετημένες σε ένα κοινό περίβλημα. Οι ακροδέκτες καθόδου ή ανόδου αυτών των διόδων συνδυάζονται. Επομένως, μια διπλή δίοδος έχει συνήθως τρεις ακροδέκτες. Τα τροφοδοτικά μεταγωγής συνήθως χρησιμοποιούν διπλές διόδους Schottky με κοινή κάθοδο.

Δεδομένου ότι δύο δίοδοι τοποθετούνται στο ίδιο περίβλημα και κατασκευάζονται σε μια ενιαία τεχνολογική διαδικασία, οι παράμετροί τους είναι πολύ κοντινές. Δεδομένου ότι οι δίοδοι τοποθετούνται σε ένα ενιαίο περίβλημα, κατά τη λειτουργία βρίσκονται στο ίδιο καθεστώς θερμοκρασίας. Αυτό αυξάνει την αξιοπιστία του στοιχείου.

Οι δίοδοι Schottky έχουν δύο θετικές ιδιότητες: μια πολύ χαμηλή πτώση τάσης προς τα εμπρός (0,2-0,4 βολτ) και πολύ υψηλή ταχύτητα.

Δυστυχώς, μια τόσο μικρή πτώση τάσης συμβαίνει όταν η εφαρμοζόμενη τάση δεν είναι μεγαλύτερη από 50-60 βολτ. Καθώς η τάση αυξάνεται περαιτέρω, η δίοδος Schottky συμπεριφέρεται σαν μια συμβατική δίοδος ανορθωτή πυριτίου. Η μέγιστη αντίστροφη τάση για αυτές τις διόδους συνήθως δεν υπερβαίνει τα 250 βολτ.

Έτσι, μια διπλή δίοδος Schottky ( Ανορθωτής Schottky) 60CPQ150σχεδιασμένο για μέγιστη αντίστροφη τάση 150V και κάθε δίοδος του συγκροτήματος μπορεί να περάσει 30 αμπέρ σε απευθείας σύνδεση!

Πολύ συχνά, στα διαγράμματα κυκλώματος, η σύνθετη γραφική αναπαράσταση της καθόδου απλώς παραλείπεται και η δίοδος Schottky απεικονίζεται ως κανονική δίοδος. Και ο τύπος της χρησιμοποιούμενης διόδου υποδεικνύεται στις προδιαγραφές.

Τα μειονεκτήματα αυτών των διόδων Schottky περιλαμβάνουν το γεγονός ότι ακόμη και αν ξεπεραστεί για λίγο η αντίστροφη τάση, αποτυγχάνουν αμέσως και, το πιο σημαντικό, μη αναστρέψιμα. Ενώ οι βαλβίδες τροφοδοσίας πυριτίου, αφού σταματήσει η υπερβολική τάση, αυτοθεραπεύονται τέλεια και συνεχίζουν να λειτουργούν. Επιπλέον, το αντίστροφο ρεύμα των διόδων εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη θερμοκρασία της διασταύρωσης και η θερμική διάσπαση συμβαίνει σε μεγάλο αντίστροφο ρεύμα.

Εκτός από την υψηλή ταχύτητα και, ως εκ τούτου, το σύντομο χρόνο ανάκτησης, οι θετικές ιδιότητες των διόδων Schottky περιλαμβάνουν τη χαμηλή χωρητικότητα διασταύρωσης (φράγμα), η οποία επιτρέπει την αύξηση της συχνότητας λειτουργίας. Αυτό επιτρέπει τη χρήση διόδων Schottky σε παλμικούς ανορθωτές σε συχνότητες εκατοντάδων kilohertz. Πολλές διόδους Schottky βρίσκουν την εφαρμογή τους στην ενσωματωμένη μικροηλεκτρονική. Οι δίοδοι Schottky που κατασκευάζονται με χρήση νανοτεχνολογίας περιλαμβάνονται σε ολοκληρωμένα κυκλώματα, όπου παρακάμπτουν τις διασταυρώσεις τρανζίστορ για να βελτιώσουν την απόδοση.

Οι δίοδοι Schottky της σειράς 1N581x έχουν ριζώσει στην πρακτική του ραδιοερασιτέχνη. Αυτές είναι οι δίοδοι 1N5817, 1N5818, 1N5819. Όλα είναι σχεδιασμένα για μέγιστο ρεύμα προς τα εμπρός ( I F(AV)) – 1 αμπέρ και αντίστροφη τάση ( V RRM) από 20 έως 40 βολτ. Πτώση τάσης ( V F) στη διασταύρωση είναι από 0,45 έως 0,55 βολτ. Όπως ήδη αναφέρθηκε, η μπροστινή πτώση τάσης ( Μπροστινή πτώση τάσης) Οι δίοδοι Schottky έχουν πολύ λίγα.

Μια άλλη αρκετά γνωστή δίοδος Schottky είναι η 1N5822. Είναι σχεδιασμένο για ρεύμα 3 αμπέρ και στεγάζεται σε περίβλημα DO-201AD.

Επίσης σε πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων μπορείτε να βρείτε διόδους Schottky της σειράς SK12 - SK16 για επιφανειακή τοποθέτηση. Οι δίοδοι για τοποθέτηση SMD είναι αρκετά μικρές σε μέγεθος. Παρόλα αυτά, οι δίοδοι SK12-SK16 μπορούν να αντέξουν ένα μπροστινό ρεύμα έως και 1 αμπέρ σε αντίστροφη τάση 20 - 60 βολτ. Η πτώση τάσης προς τα εμπρός είναι 0,55 βολτ (για SK12, SK13, SK14) και 0,7 βολτ (για SK15, SK16). Επίσης στην πράξη μπορείτε να βρείτε διόδους της σειράς SK32 - SK310, για παράδειγμα, SK36, το οποίο έχει σχεδιαστεί για συνεχές ρεύμα 3 αμπέρ.

Εφαρμογή διόδων Schottky σε τροφοδοτικά.

Οι δίοδοι Schottky χρησιμοποιούνται ενεργά σε τροφοδοτικά υπολογιστών και σε σταθεροποιητές τάσης μεταγωγής. Μεταξύ των τάσεων τροφοδοσίας χαμηλής τάσης, το υψηλότερο ρεύμα (δεκάδες αμπέρ) είναι + 3,3 βολτ και + 5,0 βολτ. Σε αυτά τα δευτερεύοντα τροφοδοτικά χρησιμοποιούνται οι δίοδοι Schottky. Οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενες είναι διπλές δίοδοι με κοινή κάθοδο. Είναι η χρήση διπλών διόδων που μπορεί να θεωρηθεί ένδειξη υψηλής ποιότητας και τεχνολογικά προηγμένης παροχής ρεύματος.

Η βλάβη των διόδων Schottky είναι ένα από τα πιο συνηθισμένα σφάλματα στην εναλλαγή τροφοδοτικών. Μια δίοδος μπορεί να έχει δύο «νεκρές» καταστάσεις: καθαρή ηλεκτρική βλάβη και διαρροή. Εάν υπάρχει μία από αυτές τις συνθήκες, η παροχή ρεύματος του υπολογιστή μπλοκάρεται καθώς ενεργοποιείται η προστασία. Αυτό όμως μπορεί να συμβεί με διαφορετικούς τρόπους.

Στην πρώτη περίπτωση, όλες οι δευτερεύουσες τάσεις απουσιάζουν. Η προστασία έχει μπλοκάρει την παροχή ρεύματος. Στη δεύτερη περίπτωση, ο ανεμιστήρας «σπάει» και εμφανίζονται περιοδικά κυματισμοί τάσης και στη συνέχεια εξαφανίζονται στην έξοδο των τροφοδοτικών. Δηλαδή, το κύκλωμα προστασίας ενεργοποιείται περιοδικά, αλλά η πηγή ισχύος δεν είναι εντελώς μπλοκαρισμένη. Οι δίοδοι Schottky είναι εγγυημένο ότι θα αποτύχουν εάν το ψυγείο στο οποίο είναι εγκατεστημένα είναι πολύ ζεστό μέχρι να εμφανιστεί μια δυσάρεστη οσμή. Και η τελευταία διαγνωστική επιλογή σχετίζεται με τη διαρροή διόδου: όταν το φορτίο στον κεντρικό επεξεργαστή αυξάνεται σε λειτουργία πολλαπλών προγραμμάτων, η τροφοδοσία ρεύματος απενεργοποιείται αυθόρμητα.

Θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι όταν επισκευάζετε επαγγελματικά ένα τροφοδοτικό, μετά την αντικατάσταση δευτερευουσών διόδων, ειδικά με πιθανή διαρροή, θα πρέπει να ελέγξετε όλα τα τρανζίστορ ισχύος που εκτελούν τη λειτουργία των κλειδιών και αντίστροφα: μετά την αντικατάσταση των τρανζίστορ κλειδιών, ο έλεγχος των δευτερευόντων διόδων είναι υποχρεωτική διαδικασία. Είναι πάντα απαραίτητο να καθοδηγούμαστε από την αρχή: το πρόβλημα δεν έρχεται μόνο του.

Έλεγχος διόδων Schottky με πολύμετρο.

Μπορείτε να ελέγξετε τη δίοδο Schottky χρησιμοποιώντας ένα πολύμετρο. Η διαδικασία δοκιμής είναι η ίδια όπως κατά τη δοκιμή μιας συμβατικής διόδου. Αλλά και εδώ υπάρχουν παγίδες. Είναι ιδιαίτερα δύσκολο να δοκιμάσετε μια "τρέχουσα" δίοδο. Πρώτα απ 'όλα, το συγκρότημα ή η δίοδος πρέπει να αφαιρεθεί από το κύκλωμα για πιο ακριβή έλεγχο. Είναι αρκετά εύκολο να προσδιορίσετε μια εντελώς σπασμένη δίοδο. Σε όλα τα όρια μέτρησης αντίστασης, μια ελαττωματική δίοδος θα εμφανίζει απειροελάχιστη αντίσταση και προς τις δύο κατευθύνσεις, δηλαδή βραχυκύκλωμα.

Είναι πιο δύσκολο να ελέγξετε μια δίοδο με υποψία "διαρροής". Εάν ελέγξουμε με ένα πολύμετρο DT-830 στη λειτουργία "δίοδος", θα δούμε ένα στοιχείο πλήρως επισκευήσιμο. Μπορείτε να δοκιμάσετε να μετρήσετε την αντίστροφη αντίσταση της διόδου χρησιμοποιώντας ένα ωμόμετρο. Στο όριο «20 kOhm», η αντίστροφη αντίσταση της διόδου ορίζεται ως απείρως μεγάλη. Εάν η συσκευή εμφανίζει τουλάχιστον κάποια αντίσταση, ας πούμε 3 kOhm, τότε αυτή η δίοδος θα πρέπει να θεωρηθεί ύποπτη και να αντικατασταθεί με μια γνωστή καλή. Η πλήρης αντικατάσταση των διόδων Schottky στους διαύλους +3,3V και +5,0V μπορεί να παρέχει 100% εγγύηση.

Πού αλλού χρησιμοποιούνται οι δίοδοι Schottky στα ηλεκτρονικά; Χρησιμοποιούνται επίσης σε μάλλον εξωτικές συσκευές, όπως δέκτες ακτινοβολίας άλφα και βήτα, ανιχνευτές ακτινοβολίας νετρονίων και πρόσφατα, ηλιακά πάνελ συναρμολογούνται σε διασταυρώσεις φραγμού Schottky. Έτσι, αυτές οι συσκευές, που δεν είναι πολύ δημοφιλείς στη Γη, προμηθεύουν διαστημόπλοια με ηλεκτρική ενέργεια.

Οι δίοδοι Schottky, ή ακριβέστερα, οι δίοδοι φραγμού Schottky, είναι συσκευές ημιαγωγών που κατασκευάζονται με βάση μια επαφή μετάλλου-ημιαγωγού, ενώ οι συμβατικές δίοδοι χρησιμοποιούν μια διασταύρωση ημιαγωγών p-n.

Η δίοδος Schottky οφείλει το όνομα και την εμφάνισή της στα ηλεκτρονικά στον Γερμανό φυσικό και εφευρέτη Walter Schottky, ο οποίος το 1938, μελετώντας το φαινόμενο φραγμού που ανακαλύφθηκε πρόσφατα, επιβεβαίωσε την προηγουμένως διατυπωθείσα θεωρία, σύμφωνα με την οποία αν και η εκπομπή ηλεκτρονίων από ένα μέταλλο είναι αποτρέπεται από ένα φράγμα δυναμικού, αλλά ως το εφαρμοσμένο εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο, αυτό το φράγμα θα μειωθεί. Ο Walter Schottky ανακάλυψε αυτό το φαινόμενο, το οποίο τότε ονομαζόταν φαινόμενο Schottky, προς τιμήν του επιστήμονα.

Εξετάζοντας την επαφή μεταξύ ενός μετάλλου και ενός ημιαγωγού, μπορεί κανείς να δει ότι εάν κοντά στην επιφάνεια του ημιαγωγού υπάρχει μια περιοχή που έχει εξαντληθεί από κύριους φορείς φορτίου, τότε στην περιοχή επαφής αυτού του ημιαγωγού με το μέταλλο στην πλευρά του ημιαγωγού, σχηματίζεται μια περιοχή διαστημικού φορτίου ιονισμένων δεκτών και δοτών και πραγματοποιείται μια επαφή αποκλεισμού - το ίδιο φράγμα Schottky . Κάτω από ποιες συνθήκες προκύπτει αυτό το εμπόδιο; Το θερμιονικό ρεύμα εκπομπής από την επιφάνεια ενός στερεού σώματος προσδιορίζεται από την εξίσωση Richardson:

Ας δημιουργήσουμε συνθήκες όταν, όταν ένας ημιαγωγός, για παράδειγμα τύπου n, έρχεται σε επαφή με ένα μέταλλο, η θερμοδυναμική συνάρτηση εργασίας των ηλεκτρονίων από το μέταλλο θα είναι μεγαλύτερη από τη θερμοδυναμική συνάρτηση εργασίας των ηλεκτρονίων από τον ημιαγωγό. Κάτω από τέτοιες συνθήκες, σύμφωνα με την εξίσωση Richardson, το θερμιονικό ρεύμα εκπομπής από την επιφάνεια του ημιαγωγού θα είναι μεγαλύτερο από το θερμιονικό ρεύμα εκπομπής από τη μεταλλική επιφάνεια:

Στην αρχική χρονική στιγμή, κατά την επαφή των ονομαζόμενων υλικών, το ρεύμα από τον ημιαγωγό στο μέταλλο θα υπερβεί το αντίστροφο ρεύμα (από το μέταλλο στον ημιαγωγό), με αποτέλεσμα να αρχίσουν να συσσωρεύονται διαστημικά φορτία στο εγγύς -περιοχές επιφάνειας τόσο του ημιαγωγού όσο και του μετάλλου - θετικές στον ημιαγωγό και αρνητικές στον ημιαγωγό. Ένα ηλεκτρικό πεδίο που σχηματίζεται από αυτά τα φορτία θα προκύψει στην περιοχή επαφής και οι ενεργειακές ζώνες θα λυγίσουν.

Υπό την επίδραση του πεδίου, η συνάρτηση θερμοδυναμικής εργασίας για τον ημιαγωγό θα αυξηθεί και η αύξηση θα συμβεί έως ότου οι συναρτήσεις θερμοδυναμικής εργασίας και τα αντίστοιχα θερμιονικά ρεύματα εκπομπής σε σχέση με την επιφάνεια εξισωθούν στην περιοχή επαφής.

Η εικόνα της μετάβασης σε μια κατάσταση ισορροπίας με το σχηματισμό ενός φραγμού δυναμικού για έναν ημιαγωγό τύπου p και ένα μέταλλο είναι παρόμοια με το εξεταζόμενο παράδειγμα με έναν ημιαγωγό τύπου n και ένα μέταλλο. Ο ρόλος της εξωτερικής τάσης είναι να ρυθμίζει το ύψος του φραγμού δυναμικού και την ένταση του ηλεκτρικού πεδίου στην περιοχή φορτίου χώρου του ημιαγωγού.

Το παραπάνω σχήμα δείχνει διαγράμματα ζωνών διαφόρων σταδίων του σχηματισμού του φράγματος Schottky. Υπό συνθήκες ισορροπίας στην περιοχή επαφής, τα θερμιονικά ρεύματα εκπομπής έχουν ισοπεδωθεί και ως αποτέλεσμα του φαινομένου πεδίου, έχει προκύψει ένα φράγμα δυναμικού, το ύψος του οποίου είναι ίσο με τη διαφορά στις θερμοδυναμικές συναρτήσεις εργασίας: φκ = ФМе - Фп /π.

Κατά τη συναρμολόγηση τροφοδοτικών και μετατροπέων τάσης για ενισχυτές αυτοκινήτων, συχνά προκύπτει πρόβλημα με την διόρθωση του ρεύματος από τον μετασχηματιστή. Το να αποκτήσετε ισχυρές παλμικές διόδους είναι ένα αρκετά σοβαρό πρόβλημα, γι' αυτό αποφάσισα να δημοσιεύσω ένα άρθρο που παρέχει μια πλήρη λίστα και παραμέτρους ισχυρών διόδων Schottky. Πριν λίγο καιρό προσωπικά είχα πρόβλημα με τον ανορθωτή μετατροπέα για ενισχυτή αυτοκινήτου. Ο μετατροπέας είναι αρκετά ισχυρός (500-600 watt), η συχνότητα τάσης εξόδου είναι 60 kHz, οποιαδήποτε κοινή δίοδος που μπορεί να βρεθεί στα παλιά σκουπίδια θα καεί αμέσως σαν ένα σπίρτο. Η μόνη διαθέσιμη επιλογή εκείνη την εποχή ήταν το εγχώριο KD213A. Οι δίοδοι είναι αρκετά καλές, κρατάνε μέχρι και 10 Amps, η συχνότητα λειτουργίας είναι εντός 100 kHz, αλλά και υπερθερμαίνονται τρομερά υπό φορτίο.

Στην πραγματικότητα, ισχυρές δίοδοι μπορούν να βρεθούν σχεδόν σε όλους. Ένα τροφοδοτικό υπολογιστή είναι αυτό που τροφοδοτεί έναν ολόκληρο υπολογιστή. Κατά κανόνα, κατασκευάζονται με ισχύ από 200 watt έως 1 kW ή περισσότερο, και δεδομένου ότι ο υπολογιστής τροφοδοτείται από, αυτό σημαίνει ότι το τροφοδοτικό πρέπει να έχει ανορθωτή. Τα σύγχρονα τροφοδοτικά χρησιμοποιούν ισχυρά συγκροτήματα διόδων Schottky για να διορθώσουν την τάση - έχουν ελάχιστη πτώση τάσης κατά τη μετάβαση και την ικανότητα να λειτουργούν σε παλμικά κυκλώματα, όπου η συχνότητα λειτουργίας είναι πολύ υψηλότερη από το δίκτυο 50 Hz. Πρόσφατα έφεραν αρκετά τροφοδοτικά δωρεάν, από όπου αφαιρέθηκαν οι δίοδοι για αυτή τη σύντομη ανασκόπηση. Στα τροφοδοτικά υπολογιστών μπορείτε να βρείτε μια ποικιλία συγκροτημάτων διόδων· δεν υπάρχουν σχεδόν μεμονωμένες δίοδοι εδώ - σε μια περίπτωση υπάρχουν δύο ισχυρές δίοδοι, συχνά (σχεδόν πάντα) με κοινή κάθοδο. Εδώ είναι μερικά από αυτά:

D83-004 (ESAD83-004)- Ισχυρή συναρμολόγηση διόδων Schottky, αντίστροφη τάση 40 Volt, επιτρεπόμενο ρεύμα 30A, σε λειτουργία παλμού έως 250A - ίσως μια από τις πιο ισχυρές διόδους που μπορεί κανείς να βρει σε τροφοδοτικά υπολογιστών.

STPS3045CW- Διπλή δίοδος Schottky, ανορθωμένο ρεύμα 15A, τάση προς τα εμπρός 570mV, ρεύμα αντίστροφης διαρροής 200uA, σταθερά αντίστροφης τάσης 45 Volt.

Βασικές δίοδοι Schottky που βρίσκονται σε τροφοδοτικά

Schottky TO-220 SBL2040CT 10A x 2 =20A 40V Vf=0,6V στα 10A
Schottky TO-247 S30D40 15A x 2 =30A 40V Vf=0,55V στα 15A
Ultrafast TO-220 SF1004G 5A x 2 =10A 200V Vf=0,97V στα 5A
Ultrafast TO-220 F16C20C 8A x 2 =16A 200V Vf=1,3V στα 8A
Ultrafast SR504 5A 40V Vf=0,57
Schottky TO-247 40CPQ060 20A x 2 =40A 60V Vf=0,49V στα 20A
Schottky TO-247 STPS40L45C 20A x 2 =40A 45V Vf=0,49V
Ultrafast TO-247 SBL4040PT 20A x 2 =40A 45V Vf=0,58V στα 20A
Schottky TO-220 63CTQ100 30A x 2 =60A 100 Vf=0,69V στα 30A
Schottky TO-220 MBR2545CT 15A x 2 =30A 45V Vf=0,65V στα 15A
Schottky TO-247 S60D40 30A x 2 =60A 40-60V Vf=0,65V στα 30A
Schottky TO-247 30CPQ150 15A x 2 =30A 150V Vf=1V στα 15A
Schottky TO-220 MBRP3045N 15A x 2 =30A 45V Vf=0,65V στα 15A
Schottky TO-220 S20C60 10A x 2 =20A 30-60V Vf=0,55V στα 10A
Schottky TO-247 SBL3040PT 15A x 2 =30A 30-40V Vf=0,55V στα 15A
Schottky TO-247 SBL4040PT 20A x 2 =40A 30-40V Vf=0,58V στα 20A
Ultrafast TO-220 U20C20C 10A x 2 =20A 50-200V Vf=0,97V στα 10A

Υπάρχουν επίσης σύγχρονα οικιακά συγκροτήματα διόδων για υψηλό ρεύμα. Εδώ είναι τα σημάδια και το εσωτερικό τους διάγραμμα:

Παράγεται επίσης , που μπορεί να χρησιμοποιηθεί, για παράδειγμα, σε τροφοδοτικά για ενισχυτές σωλήνων και άλλο εξοπλισμό με αυξημένη παροχή ρεύματος. Η λίστα δίνεται παρακάτω:

Δίοδοι ισχύος Schottky υψηλής τάσης με τάσεις έως 1200 V

Αν και είναι προτιμότερο να χρησιμοποιείτε διόδους Schottky σε ισχυρούς ανορθωτές χαμηλής τάσης με τάσεις εξόδου μερικές δεκάδες βολτ σε υψηλές συχνότητες μεταγωγής.

Η δίοδος Schottky είναι ένας άλλος τύπος τυπικής διόδου ημιαγωγών, με το χαρακτηριστικό της χαρακτηριστικό είναι η χαμηλή πτώση τάσης όταν συνδέεται απευθείας. Πήρε το όνομά του προς τιμή του Γερμανού φυσικού και εφευρέτη Walter Schottky. Αυτές οι δίοδοι χρησιμοποιούν μια διασταύρωση μετάλλου-ημιαγωγού ως φράγμα δυναμικού, αντί για μια σύνδεση p-n. Η επιτρεπόμενη αντίστροφη τάση των διόδων Schottky είναι συνήθως περίπου 1200 βολτ, για παράδειγμα το CSD05120 και τα ανάλογα του· στην πράξη, χρησιμοποιούνται σε κυκλώματα χαμηλής τάσης με αντίστροφες τάσεις έως και αρκετές δεκάδες βολτ.

Στα διαγράμματα κυκλώματος χαρακτηρίζονται σχεδόν σαν δίοδος, δείτε το παραπάνω σχήμα, αλλά με μικρές γραφικές διαφορές· επιπλέον, οι διπλές δίοδοι Schottky είναι αρκετά συνηθισμένες.

Μια διπλή δίοδος Schottky είναι δύο ξεχωριστά στοιχεία συναρμολογημένα σε ένα κοινό περίβλημα και οι ακροδέκτες των καθόδων ή των ανόδων αυτών των εξαρτημάτων συνδυάζονται. Επομένως, μια διπλή δίοδος, συνήθως τρεις ακροδέκτες. Στα τροφοδοτικά μεταγωγής και υπολογιστή μπορείτε συχνά να δείτε διπλές διόδους Schottky με κοινή κάθοδο.

Δεδομένου ότι και οι δύο δίοδοι τοποθετούνται σε ένα ενιαίο περίβλημα και συναρμολογούνται χρησιμοποιώντας την ίδια τεχνολογική διαδικασία, οι τεχνικές τους παράμετροι είναι σχεδόν πανομοιότυπες. Με τέτοια τοποθέτηση σε μία περίπτωση, κατά τη λειτουργία θα βρίσκονται στο ίδιο καθεστώς θερμοκρασίας και αυτός είναι ένας από τους κύριους παράγοντες για την αύξηση της αξιοπιστίας της συσκευής στο σύνολό της.

Πλεονεκτήματα

Η πτώση τάσης στη δίοδο όταν συνδέεται απευθείας είναι μόνο 0,2-0,4 βολτ, ενώ στις τυπικές διόδους πυριτίου αυτή η παράμετρος είναι 0,6-0,7 βολτ. Μια τέτοια χαμηλή πτώση τάσης σε έναν ημιαγωγό, όταν συνδέεται απευθείας, είναι χαρακτηριστική μόνο για τις διόδους Schottky με αντίστροφη τάση το πολύ δεκάδων βολτ, αλλά εάν το εφαρμοζόμενο επίπεδο τάσης αυξηθεί, η πτώση τάσης στη δίοδο Schottky είναι ήδη συγκρίσιμη με μια δίοδο πυριτίου, η οποία περιορίζει αρκετά σοβαρά τη χρήση των διόδων Schottky στη σύγχρονη ηλεκτρονική.
Θεωρητικά, οποιαδήποτε δίοδος Schottky μπορεί να έχει χαμηλή χωρητικότητα φραγμού. Η απουσία μιας ρητής κλασικής σύνδεσης p-n επιτρέπει σε κάποιον να αυξήσει σημαντικά τη συχνότητα λειτουργίας της συσκευής. Αυτή η παράμετρος έχει βρει ευρεία εφαρμογή στην παραγωγή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, όπου οι δίοδοι Schottky παρακάμπτουν τις μεταβάσεις των τρανζίστορ που χρησιμοποιούνται ως λογικά στοιχεία. Στα ηλεκτρονικά ισχύος, μια άλλη παράμετρος των διόδων Schottky είναι σημαντική, δηλαδή, ο χαμηλός χρόνος ανάκτησης καθιστά δυνατή τη χρήση ανορθωτών ισχύος σε συχνότητες εκατοντάδων kHz και υψηλότερες. Για παράδειγμα, το ραδιοεξάρτημα MBR4015 (15 V και 40 A) χρησιμοποιείται για τη διόρθωση της τάσης ραδιοσυχνοτήτων και ο χρόνος ανάκτησής του είναι μόνο 10 kV/μs.
Λόγω των προαναφερθεισών θετικών ιδιοτήτων, οι ανορθωτές που κατασκευάζονται σε διόδους Schottky διαφέρουν από τους ανορθωτές σε τυπικές διόδους σε χαμηλότερο επίπεδο παρεμβολής, γι' αυτό και χρησιμοποιούνται σε αναλογικά δευτερεύοντα τροφοδοτικά.

Μειονεκτήματα

Σε περίπτωση βραχυπρόθεσμης υπέρβασης του επιτρεπόμενου επιπέδου αντίστροφης τάσης, η δίοδος Schottky αποτυγχάνει, σε αντίθεση με τις τυπικές διόδους πυριτίου, οι οποίες απλώς θα μεταβούν σε λειτουργία αναστρέψιμης διάσπασης, υπό τον όρο ότι η διαρροή ισχύος του κρυστάλλου δεν υπερβαίνει τις επιτρεπόμενες τιμές και αφού μειωθεί η τάση, η δίοδος αποκαθιστά πλήρως τα χαρακτηριστικά της.
Οι δίοδοι Schottky χαρακτηρίζονται από υψηλότερες τιμές αντίστροφων ρευμάτων, τα οποία αυξάνονται με την αύξηση της θερμοκρασίας των κρυστάλλων και, σε περίπτωση μη ικανοποιητικών συνθηκών λειτουργίας της ψύκτρας κατά την εργασία με υψηλά ρεύματα, οδηγούν σε θερμική διάσπαση του ραδιοεξάρτημα.

Οι δίοδοι Schottky, όπως σημείωσα παραπάνω, χρησιμοποιούνται ενεργά σε τροφοδοτικά υπολογιστών και ρυθμιστές τάσης μεταγωγής. Χρησιμοποιούνται στα τμήματα χαμηλής τάσης και υψηλού ρεύματος του κυκλώματος UPS του υπολογιστή στα + 3,3 βολτ και + 5,0 βολτ. Οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενες είναι οι διπλές δίοδοι με κοινή κάθοδο. Είναι η χρήση διπλών διόδων που θεωρείται σημάδι υψηλής ποιότητας.

Μια καμένη δίοδος Schottky είναι ένα από τα πιο κοινά σφάλματα. Μια δίοδος μπορεί να έχει δύο μη λειτουργικές καταστάσεις: ηλεκτρική βλάβη και διαρροή στο σώμα. Σε οποιαδήποτε από αυτές τις συνθήκες, το UPS είναι μπλοκαρισμένο λόγω του ενσωματωμένου κυκλώματος προστασίας.

Σε περίπτωση ηλεκτρικής βλάβης, όλες οι δευτερεύουσες τάσεις στο τροφοδοτικό απουσιάζουν. Σε περίπτωση διαρροής, ο ανεμιστήρας του τροφοδοτικού του υπολογιστή μπορεί να «σπάσει» και να εμφανιστούν παλμοί της τάσης εξόδου στην έξοδο και να εξαφανίζονται περιοδικά. Δηλαδή, η μονάδα προστασίας πυροδοτείται περιοδικά, αλλά δεν εμφανίζεται πλήρης μπλοκάρισμα. Οι δίοδοι Schottky έχουν καεί 100% εάν το ψυγείο στο οποίο είναι συνδεδεμένα είναι πολύ ζεστό ή έχει έντονη μυρωδιά καμένου από αυτές.

Πρέπει να πούμε λίγα λόγια ότι κατά την επισκευή ενός UPS μετά την αντικατάσταση διόδων, ειδικά με υποψία διαρροής στη θήκη, θα πρέπει να χτυπήσετε όλα τα τρανζίστορ ισχύος που λειτουργούν σε λειτουργία μεταγωγής. Και επίσης στην περίπτωση αντικατάστασης βασικών τρανζίστορ, ο έλεγχος των διόδων είναι υποχρεωτικός και απολύτως απαραίτητος.

Η τεχνική για τη δοκιμή μιας διόδου Schottky είναι η ίδια όπως για μια τυπική τυπική δίοδο. Αλλά και εδώ υπάρχουν μικρές διαφορές. Είναι πολύ δύσκολο να δοκιμάσετε μια δίοδο αυτού του τύπου που έχει ήδη συγκολληθεί στο κύκλωμα. Επομένως, το συγκρότημα ή το μεμονωμένο στοιχείο πρέπει πρώτα να αφαιρεθεί από το κύκλωμα για επιθεώρηση. Είναι αρκετά εύκολο να προσδιορίσετε ένα εντελώς τρυπημένο στοιχείο. Σε όλα τα όρια μέτρησης αντίστασης, το πολύμετρο θα εμφανίζει μια απείρως χαμηλή αντίσταση ή βραχυκύκλωμα και προς τις δύο κατευθύνσεις.

Είναι πιο δύσκολο να γίνει έλεγχος με ύποπτη διαρροή. Εάν ελέγξουμε με ένα τυπικό πολύμετρο, για παράδειγμα DT-830 σε λειτουργία "δίοδος", θα δούμε ένα εξάρτημα που μπορεί να επισκευαστεί. Ωστόσο, εάν κάνετε μια μέτρηση σε λειτουργία ωμόμετρου, τότε η αντίστροφη αντίσταση στο όριο των "20 kOhm" καθορίζεται ως απείρως τεράστια (1). Εάν το στοιχείο εμφανίζει κάποια αντίσταση, για παράδειγμα 5 kOhm, τότε είναι καλύτερα να θεωρήσετε αυτή τη δίοδο ύποπτη και να την αντικαταστήσετε με μια που είναι σίγουρα λειτουργική. Μερικές φορές είναι καλύτερο να αντικαταστήσετε αμέσως τις διόδους Schottky στους διαύλους +3,3V και +5,0V σε ένα UPS υπολογιστή.

Μερικές φορές χρησιμοποιούνται σε δέκτες ακτινοβολίας άλφα και βήτα (δοσίμετρα), ανιχνευτές ακτινοβολίας νετρονίων και επιπλέον, ηλιακά πάνελ συναρμολογούνται σε μεταβάσεις φραγμού Schottky που παρέχουν ηλεκτρική ενέργεια στα διαστημόπλοια που οργώνουν τις εκτάσεις του τεράστιου σύμπαντος μας.

Η ανάπτυξη των ηλεκτρονικών απαιτεί ολοένα και υψηλότερα πρότυπα από εξαρτήματα ραδιοφώνου. Για τη λειτουργία σε υψηλές συχνότητες, χρησιμοποιείται μια δίοδος Schottky, η οποία υπερέχει στις παραμέτρους της από τα ανάλογα πυριτίου. Μερικές φορές μπορείτε να συναντήσετε το όνομα Schottky barrier diode, που ουσιαστικά σημαίνει το ίδιο πράγμα.

Σχέδιο
Μικρογραφία
Χρήση στην πράξη

Σχέδιο

Η δίοδος Schottky διαφέρει από τις συνηθισμένες δίοδοι στο σχεδιασμό της, η οποία χρησιμοποιεί έναν ημιαγωγό μετάλλου και όχι μια διασταύρωση p-n. Είναι σαφές ότι οι ιδιότητες εδώ είναι διαφορετικές, πράγμα που σημαίνει ότι τα χαρακτηριστικά θα πρέπει επίσης να είναι διαφορετικά.

Πράγματι, ένα μέταλλο ημιαγωγών έχει τις ακόλουθες παραμέτρους:

Το ρεύμα διαρροής έχει μεγάλη σημασία.
Χαμηλή πτώση τάσης στη διασταύρωση όταν συνδέεται απευθείας.
Αποκαθιστά τη φόρτιση πολύ γρήγορα, καθώς έχει χαμηλή τιμή.

Η δίοδος Schottky είναι κατασκευασμένη από υλικά όπως αρσενίδιο του γαλλίου, πυρίτιο. πολύ λιγότερο συχνά, αλλά μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί, είναι το γερμάνιο. Η επιλογή του υλικού εξαρτάται από τις ιδιότητες που πρέπει να αποκτηθούν, ωστόσο, σε κάθε περίπτωση, η μέγιστη αντίστροφη τάση για την οποία μπορούν να κατασκευαστούν αυτοί οι ημιαγωγοί δεν είναι μεγαλύτερη από 1200 βολτ - αυτοί είναι οι ανορθωτές υψηλότερης τάσης. Στην πράξη, χρησιμοποιούνται πολύ πιο συχνά σε χαμηλότερες τάσεις - 3, 5, 10 βολτ.

Στο διάγραμμα κυκλώματος, η δίοδος Schottky χαρακτηρίζεται ως εξής:

Αλλά μερικές φορές μπορείτε να δείτε αυτόν τον προσδιορισμό:

Αυτό σημαίνει διπλό στοιχείο: δύο δίοδοι σε ένα περίβλημα με κοινή άνοδο ή κάθοδο, επομένως το στοιχείο έχει τρεις ακροδέκτες. Τα τροφοδοτικά χρησιμοποιούν τέτοια σχέδια με κοινή κάθοδο· είναι βολικά στη χρήση σε κυκλώματα ανορθωτή. Συχνά τα διαγράμματα δείχνουν τα σημάδια μιας κανονικής διόδου, αλλά η περιγραφή υποδεικνύει ότι πρόκειται για δίοδο Schottky, επομένως πρέπει να είστε προσεκτικοί.

Τα συγκροτήματα διόδων με φράγμα Schottky διατίθενται σε τρεις τύπους:

Τύπος 1 - με κοινή κάθοδο.

Τύπος 2 - με κοινή άνοδο.

Τύπος 3 – σύμφωνα με το σχήμα διπλασιασμού.

Για εξοικονόμηση στους λογαριασμούς ρεύματος, οι αναγνώστες μας προτείνουν το Κουτί Εξοικονόμησης Ηλεκτρικής Ενέργειας. Οι μηνιαίες πληρωμές θα είναι 30-50% λιγότερες από ό,τι πριν χρησιμοποιήσετε την αποταμίευση. Αφαιρεί το αντιδραστικό στοιχείο από το δίκτυο, με αποτέλεσμα τη μείωση του φορτίου και, κατά συνέπεια, της κατανάλωσης ρεύματος. Οι ηλεκτρικές συσκευές καταναλώνουν λιγότερο ρεύμα και το κόστος μειώνεται.

Αυτή η σύνδεση συμβάλλει στην αύξηση της αξιοπιστίας του στοιχείου: τελικά, όντας στο ίδιο περίβλημα, έχουν το ίδιο καθεστώς θερμοκρασίας, το οποίο είναι σημαντικό εάν χρειάζονται ισχυροί ανορθωτές, για παράδειγμα, 10 αμπέρ.

Υπάρχουν όμως και μειονεκτήματα. Το θέμα είναι ότι η πτώση χαμηλής τάσης (0,2–0,4 V) τέτοιων διόδων εμφανίζεται σε χαμηλές τάσεις, συνήθως 50–60 βολτ. Σε υψηλότερες τιμές συμπεριφέρονται σαν κανονικές δίοδοι. Αλλά από άποψη ρεύματος, αυτό το κύκλωμα δείχνει πολύ καλά αποτελέσματα, γιατί συχνά είναι απαραίτητο - ειδικά σε κυκλώματα ισχύος και μονάδες ισχύος - το ρεύμα λειτουργίας των ημιαγωγών να είναι τουλάχιστον 10Α.

Ένα άλλο σημαντικό μειονέκτημα: για αυτές τις συσκευές, το αντίστροφο ρεύμα δεν μπορεί να ξεπεραστεί ούτε για μια στιγμή. Αμέσως αστοχούν, ενώ οι δίοδοι πυριτίου, αν δεν έχει ξεπεραστεί η θερμοκρασία τους, αποκαθιστούν τις ιδιότητές τους.

Αλλά υπάρχουν ακόμα περισσότερα θετικά πράγματα. Εκτός από τη χαμηλή πτώση τάσης, η δίοδος Schottky έχει χαμηλή τιμή χωρητικότητας διασταύρωσης. Όπως γνωρίζετε: χαμηλότερη χωρητικότητα - υψηλότερη συχνότητα. Μια τέτοια δίοδος έχει βρει εφαρμογή σε τροφοδοτικά μεταγωγής, ανορθωτές και άλλα κυκλώματα με συχνότητες αρκετών εκατοντάδων kilohertz.

Το χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης μιας τέτοιας διόδου έχει ασύμμετρη εμφάνιση. Όταν εφαρμόζεται μια τάση προς τα εμπρός, είναι σαφές ότι το ρεύμα αυξάνεται εκθετικά και όταν εφαρμόζεται αντίστροφη τάση, το ρεύμα δεν εξαρτάται από την τάση.

Όλα αυτά μπορούν να εξηγηθούν αν γνωρίζετε ότι η αρχή λειτουργίας αυτού του ημιαγωγού βασίζεται στην κίνηση των κύριων φορέων - ηλεκτρονίων. Για τον ίδιο λόγο, αυτές οι συσκευές είναι τόσο γρήγορες: δεν έχουν διαδικασίες ανασυνδυασμού χαρακτηριστικές για συσκευές με διασταυρώσεις p-n. Όλες οι συσκευές με δομή φραγμού χαρακτηρίζονται από ασυμμετρία των χαρακτηριστικών ρεύματος-τάσης, επειδή είναι ο αριθμός των φορέων ηλεκτρικού φορτίου που καθορίζει την εξάρτηση του ρεύματος από την τάση.

Μικρογραφία

Με την ανάπτυξη της μικροηλεκτρονικής, άρχισαν να χρησιμοποιούνται ευρέως ειδικά μικροκυκλώματα και μικροεπεξεργαστές ενός τσιπ. Όλα αυτά δεν αποκλείουν τη χρήση κρεμαστών στοιχείων. Ωστόσο, εάν χρησιμοποιούνται ραδιοστοιχεία συμβατικών μεγεθών για το σκοπό αυτό, αυτό θα αναιρέσει την όλη ιδέα της μικρογραφίας στο σύνολό της. Ως εκ τούτου, αναπτύχθηκαν στοιχεία ανοιχτού πλαισίου - εξαρτήματα SMD, τα οποία είναι 10 ή περισσότερες φορές μικρότερα από τα συμβατικά εξαρτήματα. Τα χαρακτηριστικά ρεύματος-τάσης τέτοιων εξαρτημάτων δεν διαφέρουν από τα χαρακτηριστικά τάσης ρεύματος των συμβατικών συσκευών και οι μειωμένες διαστάσεις τους καθιστούν δυνατή τη χρήση τέτοιων ανταλλακτικών σε διάφορες μικροσυσκευές.

Τα εξαρτήματα SMD διατίθενται σε διάφορα μεγέθη. Το μέγεθος SMD 1206 είναι κατάλληλο για χειροκίνητη συγκόλληση.Έχουν μέγεθος 3,2 επί 1,6 mm, που σας επιτρέπει να τα κολλήσετε μόνοι σας. Άλλα στοιχεία SMD είναι πιο μικροσκοπικά, συναρμολογούνται στο εργοστάσιο με ειδικό εξοπλισμό και είναι αδύνατο να τα συγκολλήσετε μόνοι σας στο σπίτι.

Η αρχή λειτουργίας ενός εξαρτήματος smd δεν διαφέρει επίσης από το μεγάλο αντίστοιχό του και αν, για παράδειγμα, λάβουμε υπόψη το χαρακτηριστικό ρεύμα-τάσης μιας διόδου, τότε θα είναι εξίσου κατάλληλο για ημιαγωγούς οποιουδήποτε μεγέθους. Το εύρος ρεύματος είναι από 1 έως 10 αμπέρ. Οι σημάνσεις στη θήκη αποτελούνται συχνά από ψηφιακό κωδικό, η αποκωδικοποίηση του οποίου δίνεται σε ειδικούς πίνακες. Μπορούν να ελεγχθούν ως προς την καταλληλότητά τους χρησιμοποιώντας ένα ελεγκτή, όπως ακριβώς και τα μεγαλύτερα αντίστοιχα.

Χρήση στην πράξη

Οι ανορθωτές Schottky χρησιμοποιούνται σε τροφοδοτικά μεταγωγής, σταθεροποιητές τάσης, ανορθωτές μεταγωγής. Το πιο απαιτητικό ρεύμα - 10A ή περισσότερο - είναι τάσεις 3,3 και 5 βολτ. Σε τέτοια κυκλώματα δευτερεύουσας ισχύος χρησιμοποιούνται συχνότερα οι συσκευές Schottky. Για την ενίσχυση των τιμών ρεύματος, συνδέονται μεταξύ τους σε ένα κύκλωμα με μια κοινή άνοδο ή κάθοδο. Εάν κάθε μία από τις διπλές διόδους βαθμολογηθεί στα 10 αμπέρ, θα έχετε ένα σημαντικό περιθώριο ασφαλείας.

Μία από τις πιο συνηθισμένες δυσλειτουργίες των μονάδων μεταγωγής ισχύος είναι η αστοχία αυτών των ίδιων διόδων. Κατά κανόνα, είτε διαπερνούν εντελώς είτε διαρρέουν. Και στις δύο περιπτώσεις, η ελαττωματική δίοδος πρέπει να αντικατασταθεί, στη συνέχεια να ελεγχθούν τα τρανζίστορ ισχύος με ένα πολύμετρο και να μετρηθεί επίσης η τάση τροφοδοσίας.

Δοκιμή και εναλλαξιμότητα

Οι ανορθωτές Schottky μπορούν να δοκιμαστούν με τον ίδιο τρόπο όπως οι συμβατικοί ημιαγωγοί, καθώς έχουν παρόμοια χαρακτηριστικά. Πρέπει να το χτυπήσετε και προς τις δύο κατευθύνσεις με ένα πολύμετρο - θα πρέπει να εμφανίζεται με τον ίδιο τρόπο όπως μια κανονική δίοδος: άνοδος-κάθοδος και δεν πρέπει να υπάρχουν διαρροές. Εάν δείχνει έστω και μια ελαφριά αντίσταση - 2-10 κιλά-Ωμ, αυτό είναι ήδη ένας λόγος υποψίας.

Μια δίοδος με κοινή άνοδο ή κάθοδο μπορεί να δοκιμαστεί όπως δύο συνηθισμένοι ημιαγωγοί συνδεδεμένοι μεταξύ τους. Για παράδειγμα, εάν η άνοδος είναι κοινή, τότε θα είναι ένα σκέλος στα τρία. Τοποθετούμε έναν αισθητήρα δοκιμής στην άνοδο, τα άλλα πόδια είναι διαφορετικές δίοδοι και ένας άλλος ανιχνευτής τοποθετείται πάνω τους.

Μπορεί να αντικατασταθεί με άλλο τύπο; Σε ορισμένες περιπτώσεις, οι δίοδοι Schottky αντικαθίστανται με συνηθισμένες διόδους γερμανίου. Για παράδειγμα, το D305 σε ρεύμα 10 αμπέρ έδωσε πτώση μόνο 0,3 βολτ και σε ρεύματα 2-3 αμπέρ μπορούν γενικά να εγκατασταθούν χωρίς καλοριφέρ. Αλλά ο κύριος σκοπός της εγκατάστασης Schottky δεν είναι μια μικρή πτώση, αλλά μια χαμηλή χωρητικότητα, επομένως η αντικατάσταση δεν θα είναι πάντα δυνατή.

Όπως βλέπουμε, τα ηλεκτρονικά δεν μένουν ακίνητα και οι περαιτέρω εφαρμογές συσκευών υψηλής ταχύτητας θα αυξηθούν μόνο, καθιστώντας δυνατή την ανάπτυξη νέων, πιο πολύπλοκων συστημάτων.

Στη μεγάλη οικογένεια διόδων ημιαγωγών που ονομάστηκαν από τα ονόματα των επιστημόνων που ανακάλυψαν το ασυνήθιστο αποτέλεσμα, μπορούμε να προσθέσουμε μία ακόμη. Αυτή είναι μια δίοδος Schottky.

Ο Γερμανός φυσικός Walter Schottka ανακάλυψε και μελέτησε το λεγόμενο φαινόμενο φραγμού που συμβαίνει με μια συγκεκριμένη τεχνολογία για τη δημιουργία μιας μετάβασης μετάλλου-ημιαγωγού.

Το κύριο χαρακτηριστικό μιας διόδου Schottky είναι ότι, σε αντίθεση με τις συμβατικές διόδους που βασίζονται σε μια σύνδεση pn, χρησιμοποιεί μια σύνδεση μετάλλου-ημιαγωγού, η οποία ονομάζεται επίσης φράγμα Schottky. Αυτό το φράγμα, όπως και η σύνδεση pn ημιαγωγών, έχει την ιδιότητα της μονόδρομης ηλεκτρικής αγωγιμότητας και μια σειρά από διακριτικές ιδιότητες.

Τα υλικά που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή διόδων φραγμού Schottky είναι κυρίως το πυρίτιο (Si) και το αρσενίδιο του γαλλίου (GaAs), καθώς και μέταλλα όπως ο χρυσός, ο άργυρος, η πλατίνα, το παλλάδιο και το βολφράμιο.

Στα διαγράμματα κυκλώματος, μια δίοδος Schottky απεικονίζεται έτσι.

Όπως μπορείτε να δείτε, η εικόνα του είναι κάπως διαφορετική από την ονομασία μιας συμβατικής διόδου ημιαγωγών.

Εκτός από αυτήν την ονομασία, στα διαγράμματα μπορείτε επίσης να βρείτε μια εικόνα μιας διπλής διόδου Schottky (συναρμολόγηση).

Μια διπλή δίοδος είναι δύο δίοδοι τοποθετημένες σε ένα κοινό περίβλημα. Τα τερματικά των καθόδων ή των ανόδων τους συνδυάζονται. Επομένως, ένα τέτοιο συγκρότημα, κατά κανόνα, έχει τρεις εξόδους. Τα τροφοδοτικά μεταγωγής συνήθως χρησιμοποιούν κοινά συγκροτήματα καθόδου.

Δεδομένου ότι δύο δίοδοι τοποθετούνται στο ίδιο περίβλημα και κατασκευάζονται σε μια ενιαία τεχνολογική διαδικασία, οι παράμετροί τους είναι πολύ κοντινές. Δεδομένου ότι τοποθετούνται σε ένα ενιαίο περίβλημα, οι συνθήκες θερμοκρασίας τους είναι οι ίδιες. Αυτό αυξάνει την αξιοπιστία και τη διάρκεια ζωής του στοιχείου.

Οι δίοδοι Schottky έχουν δύο θετικές ιδιότητες: μια πολύ χαμηλή πτώση τάσης προς τα εμπρός (0,2-0,4 βολτ) κατά μήκος της διασταύρωσης και πολύ υψηλή απόδοση.

Δυστυχώς, μια τόσο μικρή πτώση τάσης συμβαίνει όταν η εφαρμοζόμενη τάση δεν είναι μεγαλύτερη από 50-60 βολτ. Καθώς αυξάνεται περαιτέρω, η δίοδος Schottky συμπεριφέρεται σαν μια κανονική δίοδος ανορθωτή πυριτίου. Η μέγιστη αντίστροφη τάση για το Schottky συνήθως δεν υπερβαίνει τα 250 βολτ, αν και στην πώληση μπορείτε να βρείτε δείγματα με ονομαστική τιμή 1,2 kilovolt (VS-10ETS12-M3).

Έτσι, διπλή δίοδος Schottky (ανορθωτής Schottky) 60CPQ150σχεδιασμένο για μέγιστη αντίστροφη τάση 150V και κάθε δίοδος του συγκροτήματος μπορεί να περάσει 30 αμπέρ σε απευθείας σύνδεση!

Μπορείτε επίσης να βρείτε δείγματα των οποίων το ανορθωμένο ρεύμα μισού κύκλου μπορεί να φτάσει το μέγιστο τα 400A! Ένα παράδειγμα είναι το μοντέλο VS-400CNQ045.

Πολύ συχνά, στα διαγράμματα κυκλώματος, η σύνθετη γραφική αναπαράσταση της καθόδου απλώς παραλείπεται και η δίοδος Schottky απεικονίζεται ως κανονική δίοδος. Και ο τύπος του στοιχείου που χρησιμοποιείται υποδεικνύεται στην προδιαγραφή.

Τα μειονεκτήματα των διόδων με φράγμα Schottky περιλαμβάνουν το γεγονός ότι ακόμη και αν ξεπεραστεί για λίγο η αντίστροφη τάση, αποτυγχάνουν αμέσως και, το πιο σημαντικό, μη αναστρέψιμα. Ενώ οι βαλβίδες τροφοδοσίας πυριτίου, αφού σταματήσει η υπερβολική τάση, αυτοθεραπεύονται τέλεια και συνεχίζουν να λειτουργούν. Επιπλέον, το αντίστροφο ρεύμα των διόδων εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη θερμοκρασία της διασταύρωσης. Σε μεγάλο αντίστροφο ρεύμα, συμβαίνει θερμική διάσπαση.

Εκτός από την υψηλή ταχύτητα και, ως εκ τούτου, το σύντομο χρόνο ανάκτησης, οι θετικές ιδιότητες των διόδων Schottky περιλαμβάνουν τη χαμηλή χωρητικότητα διασταύρωσης (φράγμα), η οποία επιτρέπει την αύξηση της συχνότητας λειτουργίας. Αυτό τους επιτρέπει να χρησιμοποιούνται σε ανορθωτές παλμών σε συχνότητες εκατοντάδων kilohertz. Πολλές διόδους Schottky βρίσκουν την εφαρμογή τους στην ενσωματωμένη μικροηλεκτρονική. Οι δίοδοι Schottky που κατασκευάζονται με χρήση νανοτεχνολογίας περιλαμβάνονται σε ολοκληρωμένα κυκλώματα, όπου παρακάμπτουν τις διασταυρώσεις τρανζίστορ για να βελτιώσουν την απόδοση.

Οι δίοδοι Schottky της σειράς 1N581x (1N5817, 1N5818, 1N5819) έχουν ριζώσει στην πρακτική του ραδιοερασιτέχνη. Όλα είναι σχεδιασμένα για μέγιστο ρεύμα προς τα εμπρός ( I F(AV)) – 1 αμπέρ και αντίστροφη τάση ( V RRM) από 20 έως 40 βολτ. Πτώση τάσης ( V F) στη διασταύρωση είναι από 0,45 έως 0,55 βολτ. Όπως ήδη αναφέρθηκε, η μπροστινή πτώση τάσης ( Μπροστινή πτώση τάσης) για διόδους με φράγμα Schottky είναι πολύ μικρό.

Ένα άλλο αρκετά γνωστό στοιχείο είναι το 1N5822. Είναι σχεδιασμένο για ρεύμα 3 αμπέρ και στεγάζεται σε περίβλημα DO-201AD.

Επίσης σε πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων μπορείτε να βρείτε διόδους της σειράς SK12 - SK16 για επιφανειακή τοποθέτηση. Είναι αρκετά μικρά σε μέγεθος. Παρόλα αυτά, το SK12-SK16 μπορεί να αντέξει προς τα εμπρός ρεύμα μέχρι 1 αμπέρ σε αντίστροφη τάση 20 - 60 βολτ. Η πτώση τάσης προς τα εμπρός είναι 0,55 βολτ (για SK12, SK13, SK14) και 0,7 βολτ (για SK15, SK16). Επίσης στην πράξη μπορείτε να βρείτε διόδους της σειράς SK32 - SK310, για παράδειγμα, SK36, το οποίο έχει σχεδιαστεί για συνεχές ρεύμα 3 αμπέρ.

Εφαρμογή διόδων Schottky σε τροφοδοτικά.

Οι δίοδοι Schottky χρησιμοποιούνται ενεργά σε τροφοδοτικά υπολογιστών και σε σταθεροποιητές τάσης μεταγωγής. Μεταξύ των τάσεων τροφοδοσίας χαμηλής τάσης, το υψηλότερο ρεύμα (δεκάδες αμπέρ) είναι +3,3 βολτ και +5,0 βολτ. Σε αυτά τα δευτερεύοντα τροφοδοτικά χρησιμοποιούνται οι δίοδοι φραγμού Schottky. Τις περισσότερες φορές, χρησιμοποιούνται συγκροτήματα τριών ακροδεκτών με κοινή κάθοδο. Είναι η χρήση συγκροτημάτων που μπορεί να θεωρηθεί ένδειξη υψηλής ποιότητας και τεχνολογικά προηγμένης παροχής ρεύματος.

Η βλάβη των διόδων Schottky είναι ένα από τα πιο συνηθισμένα σφάλματα στην εναλλαγή τροφοδοτικών. Μπορεί να έχει δύο «νεκρές» καταστάσεις: καθαρή ηλεκτρική βλάβη και διαρροή. Εάν υπάρχει μία από αυτές τις συνθήκες, η παροχή ρεύματος του υπολογιστή μπλοκάρεται καθώς ενεργοποιείται η προστασία. Αυτό όμως μπορεί να συμβεί με διαφορετικούς τρόπους.

Δηλαδή, το κύκλωμα προστασίας ενεργοποιείται περιοδικά, αλλά η πηγή ισχύος δεν είναι εντελώς μπλοκαρισμένη. Οι δίοδοι Schottky είναι εγγυημένο ότι θα αποτύχουν εάν το ψυγείο στο οποίο είναι εγκατεστημένα είναι πολύ ζεστό μέχρι να εμφανιστεί μια δυσάρεστη οσμή. Και η τελευταία διαγνωστική επιλογή σχετίζεται με διαρροή: όταν το φορτίο στον κεντρικό επεξεργαστή αυξάνεται σε λειτουργία πολλαπλών προγραμμάτων, η παροχή ρεύματος απενεργοποιείται αυθόρμητα.

Έλεγχος διόδων Schottky με πολύμετρο.

Μπορείτε να ελέγξετε τη δίοδο Schottky χρησιμοποιώντας ένα εμπορικό πολύμετρο. Η τεχνική είναι η ίδια όπως κατά τον έλεγχο μιας συμβατικής διόδου ημιαγωγών με διασταύρωση p-n. Αλλά και εδώ υπάρχουν παγίδες. Μια δίοδος με διαρροή είναι ιδιαίτερα δύσκολο να δοκιμαστεί. Πρώτα απ 'όλα, το στοιχείο πρέπει να αφαιρεθεί από το κύκλωμα για πιο ακριβή έλεγχο. Είναι αρκετά εύκολο να προσδιορίσετε μια εντελώς σπασμένη δίοδο. Σε όλα τα όρια μέτρησης της αντίστασης, το ελαττωματικό στοιχείο θα έχει απειροελάχιστη αντίσταση, τόσο στην πρόσθια όσο και στην αντίστροφη σύνδεση. Αυτό ισοδυναμεί με βραχυκύκλωμα.

Είναι πιο δύσκολο να ελέγξετε μια δίοδο με υποψία "διαρροής". Εάν ελέγξουμε με ένα πολύμετρο DT-830 στη λειτουργία "δίοδος", θα δούμε ένα στοιχείο πλήρως επισκευήσιμο. Μπορείτε να δοκιμάσετε να μετρήσετε την αντίστροφη αντίστασή του χρησιμοποιώντας ένα ωμόμετρο. Στο όριο «20 kOhm», η αντίστροφη αντίσταση ορίζεται ως απείρως μεγάλη. Εάν η συσκευή εμφανίζει τουλάχιστον κάποια αντίσταση, ας πούμε 3 kOhm, τότε αυτή η δίοδος θα πρέπει να θεωρηθεί ύποπτη και να αντικατασταθεί με μια γνωστή καλή. Η πλήρης αντικατάσταση των διόδων Schottky στους διαύλους ισχύος +3,3V και +5,0V μπορεί να παρέχει 100% εγγύηση.

Πού αλλού χρησιμοποιούνται οι δίοδοι Schottky στα ηλεκτρονικά; Μπορούν να βρεθούν σε μάλλον εξωτικές συσκευές, όπως δέκτες ακτινοβολίας άλφα και βήτα, ανιχνευτές ακτινοβολίας νετρονίων και πρόσφατα, ηλιακά πάνελ έχουν συναρμολογηθεί σε διασταυρώσεις φραγμού Schottky. Έτσι, παρέχουν ηλεκτρική ενέργεια και σε διαστημόπλοια.

Μια δίοδος Schottky είναι μια δίοδος ημιαγωγών της οποίας οι ανορθωτικές ιδιότητες βασίζονται στη χρήση μιας ηλεκτρικής σύνδεσης ανόρθωσης μεταξύ ενός μετάλλου και ενός ημιαγωγού

Το φαινόμενο Schottky εμφανίζεται όταν ένα μέταλλο έρχεται σε επαφή με ένα υλικό ημιαγωγού. Οι παλαιότερες δίοδοι (spot diodes) χρησιμοποιούσαν μεταλλικό άκρο. Σε ένα μέταλλο, όταν έρχεται σε επαφή με έναν ημιαγωγό, σχηματίζεται μια περιοχή διαστημικού φορτίου, η οποία επιτρέπει στο ρεύμα να ρέει προς τη μία κατεύθυνση, αλλά δεν του επιτρέπει να περάσει στην άλλη. Οι δίοδοι Schottky αποτελούν εξέλιξη αυτής της τεχνολογίας. Οι σύγχρονες δίοδοι Schottky έχουν τη δομή που φαίνεται στο Σχ. 1

Εικ. 1 Δομή μιας σύγχρονης διόδου Schottky

Η διασταύρωση ανορθωτή δημιουργείται από ένα στρώμα μετάλλου (συνήθως χρυσό, πλατίνα, αλουμίνιο ή παλλάδιο) που εναποτίθεται στην επιφάνεια ενός ελαφρώς εμποτισμένου ημιαγωγού. Το μέταλλο που χρησιμοποιείται και το επίπεδο κράματος επηρεάζουν τα χαρακτηριστικά ανόρθωσης. Η ιδιότητα ευθυγράμμισης προκύπτει λόγω της διαφοράς στα ενεργειακά επίπεδα των υλικών. Η πίσω πλευρά του ημιαγωγού είναι πιο κολλημένη και η επαφή στην πίσω πλευρά ονομάζεται ωμική, καθώς τα επίπεδα ενέργειας των υλικών είναι πολύ κοντά και η περιοχή επαφής μοιάζει με αντίσταση στις ιδιότητές της. Το ρεύμα ρέει μέσω της διόδου Schottky λόγω του γεγονότος ότι, υπό την επίδραση της μπροστινής τάσης πόλωσης της διασταύρωσης p-n, τα ηλεκτρόνια στο μέταλλο ξεπερνούν το φράγμα δυναμικού. Επομένως, οι δίοδοι Schottky ονομάζονται επίσης «καυτές» δίοδοι φορέα φόρτισης.

ΕΝΑ)

σι)

ΣΟΛ)

ρε)

Σχήμα 2. Διάγραμμα επαφής μετάλλου-ημιαγωγού (α) και το ενεργειακό του διάγραμμα στο μηδέν (β), προς τα εμπρός (δ) και προς τα πίσω (ε) πόλωσης

Ας εξετάσουμε τα χαρακτηριστικά της λειτουργίας μιας διόδου με φράγμα Schottky που βασίζεται σε μεταλλική επαφή με ημιαγωγό τύπου n για την περίπτωση που η συνάρτηση εργασίας του μετάλλου είναι μεγαλύτερη από τη συνάρτηση εργασίας του ημιαγωγού (Εικόνα 2 α). Όταν σχηματίζεται μια επαφή, τα ηλεκτρόνια μετακινούνται από ένα υλικό με χαμηλότερη συνάρτηση εργασίας σε ένα υλικό με υψηλότερη συνάρτηση εργασίας, προκαλώντας την ευθυγράμμιση των επιπέδων Fermi του μετάλλου και του ημιαγωγού. Σε αυτή την περίπτωση, ο ημιαγωγός φορτίζεται θετικά και το προκύπτον εσωτερικό ηλεκτρικό πεδίο εμποδίζει τη μετάβαση των ηλεκτρονίων στο μέταλλο. Μια διαφορά δυναμικού επαφής Uk = Ap-Am προκύπτει μεταξύ του μετάλλου και του ημιαγωγού (Ap και Am είναι οι συναρτήσεις εργασίας του ημιαγωγού και του μετάλλου, αντίστοιχα).

Λόγω της διαφοράς στις λειτουργίες εργασίας του μετάλλου και του ημιαγωγού, ανταλλάσσονται ηλεκτρόνια μεταξύ τους. Τα ηλεκτρόνια από έναν ημιαγωγό, ο οποίος έχει χαμηλότερη συνάρτηση εργασίας, μεταφέρονται σε ένα μέταλλο με υψηλότερη συνάρτηση εργασίας. Στην κατάσταση ισορροπίας (Εικ. 2 α), το μέταλλο είναι αρνητικά φορτισμένο, με αποτέλεσμα ένα ηλεκτρικό πεδίο που σταματά την ομοιόμορφη μετάβαση των ηλεκτρονίων.

Λόγω της έντονης διαφοράς στις συγκεντρώσεις των ελεύθερων ηλεκτρονίων και στις δύο πλευρές της επαφής, σχεδόν ολόκληρη η πτώση τάσης συμβαίνει στην περιοχή σχεδόν επαφής του ημιαγωγού. Μια εφαρμοζόμενη εξωτερική τάση αλλάζει το ύψος φραγμού μόνο στην πλευρά του ημιαγωγού. Τα ηλεκτρόνια της ζώνης αγωγιμότητας απωθούνται από το προκύπτον πεδίο επαφής. Δημιουργείται ένα εξαντλημένο στρώμα με μειωμένη συγκέντρωση κινητών φορέων. Κοντά στην επαφή, λόγω της κάμψης των ορίων της ζώνης, ο ημιαγωγός τύπου n μετατρέπεται σε ημιαγωγό τύπου p.

Η κατανομή του ηλεκτρικού πεδίου (Εικ. 2γ) και του φορτίου χώρου σε αυτή την περίπτωση περιγράφεται με τις ίδιες εξισώσεις όπως για μια απότομη διασταύρωση p-n. Σε έναν ημιαγωγό, μια περιοχή φαίνεται να έχει εξαντληθεί από τους περισσότερους φορείς φορτίου με μειωμένη αγωγιμότητα, το πλάτος των οποίων εξαρτάται από το επίπεδο ντόπινγκ του ημιαγωγού. Σε κατάσταση ισορροπίας, η ροή των ηλεκτρονίων (οι περισσότεροι φορείς του ημιαγωγού) στο μέταλλο εξισορροπείται από τη ροή ηλεκτρονίων από το μέταλλο στον ημιαγωγό.

Με την προκατάληψη προς τα εμπρός (Εικ. 2δ), το φράγμα δυναμικού στην πλευρά του ημιαγωγού μειώνεται και ο αριθμός των μεταπτώσεων ηλεκτρονίων στο μέταλλο αυξάνεται. Με την αντίστροφη πόλωση (Εικ. 2e), αντίθετα, το ρεύμα από τον ημιαγωγό μειώνεται, τείνει προς το μηδέν καθώς αυξάνεται η τάση. Το ρεύμα των ηλεκτρονίων από το μέταλλο παραμένει αμετάβλητο όλη την ώρα: ο ρόλος του είναι ασήμαντος κατά τη διέλευση του προς τα εμπρός ρεύματος και καθορίζει επίσης το ρεύμα διαρροής κατά την αντίστροφη πόλωση. Το μέγεθος αυτού του αντίστροφου ρεύματος σε συσκευές με φράγμα Schottky είναι της τάξης πολλών μικροαμπέρ.

Σε πραγματικές επαφές, σπάνια παρατηρείται μια γραμμική εξάρτηση του ύψους φραγμού από τη λειτουργία εργασίας του μετάλλου λόγω του γεγονότος ότι υπάρχουν επιφανειακά φορτία στην επιφάνεια του ημιαγωγού λόγω της ατέλειας του. Όταν ένα μέταλλο εναποτίθεται, ένα τέτοιο επιφανειακό φορτίο προστατεύει την επίδραση του μετάλλου, με αποτέλεσμα το ύψος του φραγμού δυναμικού να καθορίζεται κυρίως από την κατάσταση της επιφάνειας του ημιαγωγού. Επιπλέον, οι ιδιότητες της επαφής μετάλλου-ημιαγωγού επηρεάζονται από ρεύματα διαρροής, ρεύματα παραγωγής - ανασυνδυασμό φορέων φορτίου στην περιοχή εξάντλησης και τη δυνατότητα διοχέτευσης ηλεκτρονίων στην περίπτωση ενός ημιαγωγού με μεγάλη πρόσμειξη.

Σε μια δίοδο Schottky, δεν υπάρχει συσσώρευση φορέων μειοψηφίας φορτίου στις περιοχές της διόδου υπό τάση προς τα εμπρός και δεν υπάρχει απορρόφηση αυτού του φορτίου όταν αλλάζει το πρόσημο της τάσης. Αυτό βελτιώνει την απόδοση της διόδου, δηλαδή τις ιδιότητες συχνότητας και παλμού. Ο χρόνος ανάκτησης της αντίστροφης αντίστασης με μια δίοδο Schottky που χρησιμοποιεί πυρίτιο και χρυσό είναι περίπου 10 ns ή λιγότερο.

Το πλεονέκτημα της διόδου Schottky στο τρέχον επίπεδο τεχνολογίας είναι επίσης ότι το χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης της αποδεικνύεται ότι είναι πολύ κοντά στο χαρακτηριστικό μιας εξιδανικευμένης διασταύρωσης p-n.

Το ρεύμα σε ένα υλικό ημιαγωγών είναι η ροή των ηλεκτρονίων. Τα ηλεκτρόνια είναι οι κύριοι φορείς φορτίου και ο ρυθμός ροής ρεύματος είναι υψηλότερος από ό,τι στο p-υλικό μιας επίπεδης διόδου. Επομένως, οι δίοδοι Schottky είναι οι πιο γρήγορες από όλες τις διόδους. Δεδομένου ότι δεν υπάρχουν φορείς μειοψηφίας φόρτισης στην περιοχή διακλάδωσης, η δίοδος απενεργοποιείται μόλις η εφαρμοζόμενη τάση πέσει στο μηδέν. Ωστόσο, η διαδικασία φόρτισης της χωρητικότητας της διασταύρωσης προκαλεί τη ροή αντίστροφου ρεύματος. Αυτή η χωρητικότητα είναι πολύ μικρή, επομένως το αντίστροφο ρεύμα είναι εξαιρετικά χαμηλό. Οι δίοδοι Schottky έχουν ουσιαστικά μηδενικούς χρόνους ανάκτησης προς τα εμπρός και προς τα πίσω, επειδή η αγωγιμότητά τους είναι ανεξάρτητη από τους φορείς μειοψηφίας φορτίου.

Η πτώση τάσης προς τα εμπρός μιας διόδου Schottky πυριτίου είναι πολύ μικρή, συνήθως της τάξης των 0,2...0,45 V. Η πτώση τάσης είναι ανάλογη της μέγιστης αντίστροφης τάσης. Για παράδειγμα, η πτώση τάσης σε μια δίοδο με αντίστροφη τάση 10 V μπορεί να είναι τόσο χαμηλή όσο 0,3 V. Όσο υψηλότερη είναι η μέγιστη τιμή αντίστροφης τάσης και ρεύματος, τόσο μεγαλύτερη είναι η πτώση τάσης προς τα εμπρός λόγω του αυξανόμενου πάχους n-στρώματος. Μια δίοδος με υψηλότερο όριο θερμοκρασίας έχει μεγαλύτερη πτώση τάσης προς τα εμπρός, η οποία μειώνεται καθώς μειώνεται η θερμοκρασία της διασταύρωσης. Αυτός ο αρνητικός συντελεστής θερμοκρασίας του ρεύματος μειώνει τη διαρροή ισχύος, αλλά δυσκολεύει τις παράλληλες διόδους.

Για πολλούς τύπους διόδων (όπως η ανόρθωση επίπεδων διόδων χαμηλής συχνότητας, παλμικών διόδων, κ.λπ.), η κύρια φυσική διαδικασία που περιόριζε το εύρος συχνοτήτων λειτουργίας ήταν η διαδικασία συσσώρευσης και επαναρρόφησης των φορέων μειοψηφίας φορτίου στη βάση της διόδου. Μια άλλη φυσική διαδικασία - η επαναφόρτιση της χωρητικότητας φραγμού της ηλεκτρικής σύνδεσης ανόρθωσης - ήταν δευτερεύουσας σημασίας στις διόδους που εξετάστηκαν και επηρέασε τις ιδιότητες συχνότητάς τους μόνο υπό ορισμένες συνθήκες. Ως εκ τούτου, προτάθηκαν απαιτήσεις για την τεχνολογία σχεδιασμού και κατασκευής διόδων, η εκπλήρωση των οποίων θα εξασφάλιζε επιταχυνόμενη απορρόφηση των φορέων μειοψηφίας φορτίου που συσσωρεύονται στη βάση κατά τη δράση της άμεσης τάσης. Είναι σαφές ότι εάν εξαιρέσουμε την έγχυση φορέων μειοψηφίας φορτίου κατά τη λειτουργία της διόδου, τότε δεν θα υπήρχε συσσώρευση αυτών των μειοψηφικών φορέων στη βάση και, κατά συνέπεια, μια σχετικά αργή διαδικασία απορρόφησής τους. Εδώ μπορούμε να απαριθμήσουμε αρκετές δυνατότητες για σχεδόν πλήρη εξάλειψη της έγχυσης των φορέων μειοψηφίας φορτίου, διατηρώντας παράλληλα τις ιδιότητες ανόρθωσης των διόδων ημιαγωγών.

1. Χρησιμοποιήστε ως ανορθωτική ηλεκτρική διασταύρωση (ετερόζυγο), π.χ. μια ηλεκτρική μετάβαση που σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της επαφής ημιαγωγών με διαφορετικά κενά ζώνης. Η έγχυση μειοψηφικών φορέων κατά την άμεση μεταγωγή θα απουσιάζει εάν πληρούνται ορισμένες προϋποθέσεις και, ειδικότερα, εάν ο τύπος ηλεκτρικής αγωγιμότητας των ημιαγωγών που σχηματίζουν την ετεροσύνδεση είναι ο ίδιος. Αυτή η μέθοδος εξάλειψης της έγχυσης φορέων μειοψηφίας φορτίου δεν έχει ακόμη βρει ευρεία εφαρμογή στη βιομηχανική παραγωγή μονοκρυσταλλικών διόδων ημιαγωγών λόγω τεχνολογικών δυσκολιών.

2. Χρήση του εφέ σήραγγας για ίσιωμα.

3. Διόδους αναστροφής, δηλ. χρησιμοποιώντας μόνο τον αντίστροφο κλάδο του χαρακτηριστικού ρεύματος-τάσης μαζί με το τμήμα που αντιστοιχεί στη διάσπαση της χιονοστιβάδας για διόρθωση. Αυτή η μέθοδος δεν έχει βρει εφαρμογή λόγω της ανάγκης να έχει τη δική της τάση πόλωσης για κάθε δίοδο, σχεδόν ίση με την τάση διάσπασης. Επιπλέον, στο αρχικό στάδιο της κατάρρευσης της χιονοστιβάδας, εμφανίζεται θόρυβος στη δίοδο.

4. Χρησιμοποιώντας μια ανορθωτική διασταύρωση Schottky, π.χ. μια ανορθωτική ηλεκτρική σύνδεση που σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της επαφής μεταξύ ενός μετάλλου και ενός ημιαγωγού. Σε μια τέτοια μετάβαση, το ύψος του φραγμού δυναμικού για ηλεκτρόνια και οπές μπορεί να διαφέρει σημαντικά. Επομένως, όταν ενεργοποιείται μια ανορθωτική διασταύρωση Schottky προς τα εμπρός, προκύπτει ένα ρεύμα προς τα εμπρός λόγω της κίνησης των πλειοψηφικών φορέων φόρτισης του ημιαγωγού στο μέταλλο και οι φορείς διαφορετικού σήματος (μειοψηφία για τον ημιαγωγό) πρακτικά δεν μπορούν να περάσουν από το μέταλλο στον ημιαγωγό λόγω του υψηλού δυναμικού φράγματος για αυτούς στη διασταύρωση.

Έτσι, με βάση την ανορθωτική διασταύρωση Schottky, μπορούν να δημιουργηθούν διόδους ανόρθωσης, παλμικής και υπερυψηλής συχνότητας ημιαγωγών, οι οποίες διαφέρουν από τις διόδους με διασταύρωση p-n σε καλύτερες ιδιότητες συχνότητας.

Ανορθωτές δίοδοι Schottky

Οι ιδιότητες συχνότητας των διόδων Schottky θα πρέπει να επηρεάζονται κυρίως από τον χρόνο επαναφόρτισης της χωρητικότητας της διασταύρωσης φραγμού. Η σταθερά χρόνου επαναφόρτισης εξαρτάται επίσης από την αντίσταση της βάσης της διόδου. Επομένως, είναι πιο σκόπιμο να δημιουργηθεί μια ανορθωτική διασταύρωση Schottky σε έναν κρύσταλλο ημιαγωγών με ηλεκτρική αγωγιμότητα τύπου n - η κινητικότητα των ηλεκτρονίων είναι μεγαλύτερη από την κινητικότητα των οπών. Για τον ίδιο λόγο, η συγκέντρωση των ακαθαρσιών στον κρύσταλλο ημιαγωγών πρέπει να είναι υψηλή.

Ωστόσο, το πάχος του δυνητικού φράγματος Schottky που εμφανίζεται στον ημιαγωγό κοντά στη διεπαφή με το μέταλλο πρέπει να είναι αρκετά μεγάλο. Μόνο με μεγάλο πάχος του φραγμού δυναμικού (διασταύρωση Schottky) θα είναι δυνατό, πρώτον, να εξαλειφθεί η πιθανότητα διέλευσης σήραγγας φορέα φορτίου μέσω του φραγμού δυναμικού, δεύτερον, να ληφθούν επαρκείς τιμές της τάσης διάσπασης και, τρίτον, να λάβετε χαμηλότερες τιμές της ειδικής (ανά μονάδα επιφάνειας) χωρητικότητας φραγμού της διασταύρωσης. Και το πάχος της διασταύρωσης ή του δυνητικού φραγμού εξαρτάται από τη συγκέντρωση των ακαθαρσιών στον ημιαγωγό: όσο υψηλότερη είναι η συγκέντρωση των ακαθαρσιών, τόσο πιο λεπτή είναι η μετάβαση. Αυτό συνεπάγεται την αντίθετη απαίτηση για χαμηλότερη συγκέντρωση ακαθαρσιών στον ημιαγωγό.

Λαμβάνοντας υπόψη αυτές τις αντικρουόμενες απαιτήσεις για τη συγκέντρωση των ακαθαρσιών στον αρχικό ημιαγωγό οδηγεί στην ανάγκη δημιουργίας μιας βάσης διόδου Schottky δύο στρώσεων (Εικ. 3). Το κύριο μέρος του κρυστάλλου - το υπόστρωμα με πάχος περίπου 0,2 mm - περιέχει υψηλή συγκέντρωση ακαθαρσιών και έχει χαμηλή ειδική αντίσταση. Ένα λεπτό μονοκρυσταλλικό στρώμα του ίδιου ημιαγωγού (πάχους πολλών μικρομέτρων) με την ίδια ηλεκτρική αγωγιμότητα τύπου n μπορεί να ληφθεί στην επιφάνεια του υποστρώματος χρησιμοποιώντας τη μέθοδο επιταξιακής ανάπτυξης. Η συγκέντρωση του δότη στην επιταξιακή στιβάδα θα πρέπει να είναι σημαντικά μικρότερη από τη συγκέντρωση του δότη στο υπόστρωμα.

Ρύζι. 3. Επιλογές για δομές διόδων Schottky με βάση δύο στρώσεων

Το αρσενίδιο του πυριτίου ή του γαλλίου μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ημιαγωγικό υλικό πηγής για διόδους ανορθωτή Schottky. Ωστόσο, σε επιταξιακές στιβάδες αρσενιδίου του γαλλίου δεν είναι ακόμη δυνατό να επιτευχθεί χαμηλή συγκέντρωση ελαττωμάτων και επαρκώς χαμηλή συγκέντρωση δοτών. Επομένως, η τάση διάσπασης των διόδων Schottky με βάση το αρσενίδιο του γαλλίου είναι χαμηλή, γεγονός που αποτελεί σημαντικό μειονέκτημα για τις διόδους ανορθωτή.

Ένα μεταλλικό ηλεκτρόδιο εφαρμόζεται συνήθως στο επιταξιακό στρώμα ενός ημιαγωγού με εξάτμιση σε κενό, ακολουθούμενη από εναπόθεση στην επιφάνεια του επιταξιακού στρώματος. Πριν από την εφαρμογή μεταλλικού ηλεκτροδίου, συνιστάται η δημιουργία παραθύρων στο στρώμα οξειδίου στην επιφάνεια του ημιαγωγού χρησιμοποιώντας φωτολιθογραφία. Αυτό καθιστά ευκολότερο να αποκτήσετε μια ανορθωτική διασταύρωση Schottky της απαιτούμενης περιοχής και διαμόρφωσης.

Είναι προτιμότερο να κατασκευάζονται διόδους ανόρθωσης χαμηλής συχνότητας με διασταύρωση p-n. Οι ανορθωτές δίοδοι Schottky στην περιοχή χαμηλής συχνότητας ενδέχεται στο μέλλον να έχουν πλεονέκτημα έναντι των διόδων διασταύρωσης pn λόγω της ευκολίας κατασκευής.

Οι δίοδοι Schottky θα πρέπει να έχουν τα μεγαλύτερα πλεονεκτήματα σε σχέση με τις διόδους σύνδεσης p-n όταν διορθώνουν μεγάλα ρεύματα υψηλής συχνότητας. Εδώ, εκτός από τις καλύτερες ιδιότητες συχνότητας των διόδων Schottky, πρέπει να σημειωθούν τα ακόλουθα χαρακτηριστικά: χαμηλότερη προς τα εμπρός τάση λόγω του χαμηλότερου ύψους του φραγμού δυναμικού για τους κύριους φορείς φόρτισης του ημιαγωγού. μια μεγάλη μέγιστη επιτρεπόμενη πυκνότητα προς τα εμπρός ρεύματος, η οποία σχετίζεται, πρώτον, με χαμηλότερη τάση προς τα εμπρός και, δεύτερον, με καλή απομάκρυνση θερμότητας από την ανορθωτική διασταύρωση Schottky. Πράγματι, το μεταλλικό στρώμα που βρίσκεται στη μία πλευρά της διασταύρωσης Schottky είναι ανώτερο σε θερμική αγωγιμότητα από οποιοδήποτε στρώμα ημιαγωγού με μεγάλη πρόσμειξη. Για τους ίδιους λόγους, οι δίοδοι ανορθωτή Schottky πρέπει να αντέχουν σημαντικά υψηλότερες υπερφορτώσεις ρεύματος σε σύγκριση με παρόμοιες διόδους σύνδεσης p-n που βασίζονται στο ίδιο υλικό ημιαγωγών.

Ένα άλλο χαρακτηριστικό των διόδων Schottky είναι η ιδεατότητα του άμεσου κλάδου του χαρακτηριστικού ρεύματος-τάσης. Σε αυτήν την περίπτωση, με μια αλλαγή στο μπροστινό ρεύμα μέσα σε πολλές τάξεις μεγέθους, η εξάρτηση είναι κοντά στη γραμμική ή δεν εμφανίζονται πρόσθετοι πολλαπλασιαστές στον εκθέτη όταν αλλάζει το ρεύμα. Δεδομένου αυτού του χαρακτηριστικού, οι δίοδοι Schottky μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως λογαριθμικά στοιχεία υψηλής ταχύτητας.

Στο Σχ. Το σχήμα 4 δείχνει τα χαρακτηριστικά τάσης ρεύματος μιας διόδου Schottky πυριτίου 2D219, σχεδιασμένης για μέγιστο επιτρεπόμενο προς τα εμπρός ρεύμα 10 A. Η μπροστινή τάση στη δίοδο σε ένα μέγιστο επιτρεπόμενο προς τα εμπρός ρεύμα δεν είναι μεγαλύτερη από 0,6 V, η μέγιστη επιτρεπόμενη αντίστροφη τάση για μια δίοδο 2D219B είναι 20 V. Αυτές οι δίοδοι επιτρέπουν τη διέλευση παλμών ρεύματος με διάρκεια έως 10 ms με περίοδο επανάληψης τουλάχιστον 10 λεπτών με πλάτος 25 φορές μεγαλύτερο από το μέγιστο επιτρεπόμενο προς τα εμπρός ρεύμα. Οι δίοδοι έχουν σχεδιαστεί για συχνότητα ανορθωμένου ρεύματος 0,2 MHz.

συσκευή διόδου ημιαγωγών schottky

Ρύζι. 4. Χαρακτηριστικά I-V της διόδου Schottky πυριτίου 2D219 σε διαφορετικές θερμοκρασίες

Παλμικές δίοδοι Schottky.

Το υλικό ημιαγωγού πηγής για αυτές τις διόδους μπορεί να είναι, όπως για τις διόδους ανορθωτή Schottky, το πυρίτιο ή το αρσενίδιο του γαλλίου. Αλλά εδώ θα πρέπει να προτιμάται το αρσενίδιο του γαλλίου, καθώς σε αυτό το υλικό η διάρκεια ζωής των φορέων μειοψηφίας φορτίου μπορεί να είναι μικρότερη από s. Παρά την εικονική απουσία έγχυσης φορέων μειοψηφίας φορτίου μέσω της διασταύρωσης Schottky όταν είναι ενεργοποιημένη προς την κατεύθυνση προς τα εμπρός (η οποία σημειώθηκε ήδη νωρίτερα), σε υψηλές τάσεις προς τα εμπρός και πυκνότητες προς τα εμπρός υπάρχει, φυσικά, κάποιο στοιχείο της μπροστινής ρεύμα που σχετίζεται με την έγχυση φορέων μειοψηφίας φορτίου στον ημιαγωγό. Επομένως, η απαίτηση για σύντομη διάρκεια ζωής των μειοψηφικών φορέων στο αρχικό υλικό ημιαγωγών παραμένει για τις παλμικές διόδους Schottky.

Το κύριο μειονέκτημα των διόδων Schottky είναι το μεγάλο ρεύμα αντίστροφης διαρροής. Έχει εκθετική εξάρτηση από τη θερμοκρασία και αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας και την αντίστροφη τάση. Το μέγιστο ρεύμα διαρροής καθορίζεται από την τεχνολογία παραγωγής διόδων. Όσο υψηλότερη είναι η δηλωμένη ονομαστική αντίστροφη τάση της διόδου και η μέγιστη θερμοκρασία σύνδεσης, τόσο μικρότερη είναι η διαρροή.

Σελίδα 1 από 3

Όπως δείχνουν τα τρέχοντα στατιστικά στοιχεία για τις βλάβες των σύγχρονων τροφοδοτικών συστημάτων, ο μεγαλύτερος αριθμός βλαβών εμφανίζεται στα δευτερεύοντα κυκλώματα των τροφοδοτικών. Οι βλάβες των διακοπτών τρανζίστορ ισχύος (η πιο χαρακτηριστική δυσλειτουργία των τροφοδοτικών των προηγούμενων γενεών) είναι εξαιρετικά σπάνιες σήμερα, γεγονός που αποτελεί ένδειξη των επιτυχιών που έχουν επιτευχθεί τα τελευταία πέντε χρόνια από τους κατασκευαστές ηλεκτρονικών ημιαγωγών ισχύος. Ένα από τα πιο προβληματικά εξαρτήματα των σύγχρονων τροφοδοτικών είναι οι δευτερεύοντες ανορθωτές που βασίζονται σε διόδους Schottky, κάτι που οφείλεται στα μεγάλα ρεύματα εξόδου του τροφοδοτικού. Ήταν το υψηλό ποσοστό αποτυχίας των διόδων Schottky που έγινε η βάση για την εμφάνιση αυτής της δημοσίευσης στις σελίδες του περιοδικού μας.

Η δίοδος Schottky (που πήρε το όνομά της από τον Γερμανό φυσικό Walter Schottky) είναι μια δίοδος ημιαγωγών με χαμηλή πτώση τάσης όταν συνδέεται απευθείας. Οι δίοδοι Schottky χρησιμοποιούν μια σύνδεση μετάλλου-ημιαγωγού ως φράγμα Schottky (αντί για μια σύνδεση pn όπως οι συμβατικές δίοδοι). Η επιτρεπόμενη αντίστροφη τάση των βιομηχανικά παραγόμενων διόδων Schottky περιορίζεται στα 250 V (MBR40250 και ανάλογα)· στην πράξη, οι περισσότερες δίοδοι Schottky χρησιμοποιούνται σε κυκλώματα χαμηλής τάσης με αντίστροφη τάση της τάξης των λίγων και πολλών δεκάδων βολτ.

Πλεονεκτήματα των διόδων Schottky

Ενώ οι συμβατικές δίοδοι πυριτίου έχουν πτώση τάσης προς τα εμπρός περίπου 0,6 - 0,7 V, η χρήση διόδων Schottky επιτρέπει τη μείωση αυτής της τιμής στα 0,2 - 0,4 V. Μια τέτοια χαμηλή πτώση τάσης προς τα εμπρός είναι χαρακτηριστική μόνο για τις διόδους Schottky με μέγιστη αντίστροφη τάση της τάξης των δεκάδων βολτ. Σε υψηλές αντίστροφες τάσεις, η πτώση προς τα εμπρός γίνεται συγκρίσιμη με αυτή των διόδων πυριτίου, γεγονός που περιορίζει τη χρήση των διόδων Schottky σε κυκλώματα χαμηλής τάσης. Για παράδειγμα, για μια δίοδο ισχύος Schottky 30Q150 με τη μέγιστη δυνατή αντίστροφη τάση (150 V) σε ρεύμα προς τα εμπρός 15 A, η πτώση τάσης κανονικοποιείται σε επίπεδο από 0,75 V (T = 125°C) σε 1,07 V (T = -55°C).

Το φράγμα Schottky έχει επίσης χαμηλότερη ηλεκτρική χωρητικότητα της διασταύρωσης, γεγονός που καθιστά δυνατή τη σημαντική αύξηση της συχνότητας λειτουργίας της διόδου. Αυτή η ιδιότητα χρησιμοποιείται σε ολοκληρωμένα κυκλώματα, όπου οι δίοδοι Schottky διακλαδίζουν τις μεταβάσεις των τρανζίστορ λογικών στοιχείων. Στα ηλεκτρονικά ισχύος, η χαμηλή χωρητικότητα διασταύρωσης (δηλαδή, ο μικρός χρόνος ανάκτησης) επιτρέπει την κατασκευή ανορθωτών που λειτουργούν σε συχνότητες εκατοντάδων kHz και υψηλότερες. Για παράδειγμα, η δίοδος MBR4015 (15 V, 40 A), βελτιστοποιημένη για ανόρθωση υψηλής συχνότητας, έχει αξιολογηθεί για λειτουργία σε dV/dt έως και 1000 V/ms.

Λόγω των καλύτερων χαρακτηριστικών χρονισμού και των μικρών χωρητικοτήτων διασταύρωσης, οι ανορθωτές που βασίζονται σε διόδους Schottky διαφέρουν από τους παραδοσιακούς ανορθωτές διόδων ως προς το μειωμένο επίπεδο θορύβου, γεγονός που τους καθιστά πιο προτιμητέους για χρήση σε τροφοδοτικά μεταγωγής για αναλογικό και ψηφιακό εξοπλισμό.

Μειονεκτήματα των διόδων Schottky

Πρώτον, εάν ξεπεραστεί για λίγο η μέγιστη αντίστροφη τάση, η δίοδος Schottky αποτυγχάνει αμετάκλητα, σε αντίθεση με τις διόδους πυριτίου, οι οποίες περνούν σε λειτουργία αντίστροφης διάσπασης και υπό την προϋπόθεση ότι δεν ξεπεραστεί η μέγιστη ισχύς που καταναλώνεται στη δίοδο, μετά από πτώση τάσης, η δίοδος αποκαθίσταται πλήρως τις ιδιότητές του.

Δεύτερον, οι δίοδοι Schottky χαρακτηρίζονται από αυξημένα (σε σχέση με τις συμβατικές διόδους πυριτίου) αντίστροφα ρεύματα, τα οποία αυξάνονται με την αύξηση της θερμοκρασίας των κρυστάλλων. Για το παραπάνω 30Q150, το αντίστροφο ρεύμα στη μέγιστη αντίστροφη τάση κυμαίνεται από 0,12 mA στους +25°C έως 6,0 mA στους +125°C. Για διόδους χαμηλής τάσης σε πακέτα TO-220, το αντίστροφο ρεύμα μπορεί να ξεπεράσει τις εκατοντάδες milliamps (MBR4015 - έως 600 mA στους +125°C). Κάτω από μη ικανοποιητικές συνθήκες απαγωγής θερμότητας, η θετική ανάδραση θερμότητας στη δίοδο Schottky οδηγεί στην καταστροφική υπερθέρμανση της.

Το χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης του φράγματος Schottky (Εικ. 1) έχει έντονη ασύμμετρη εμφάνιση. Στην περιοχή μπροστινής πόλωσης, το ρεύμα αυξάνεται εκθετικά με την αύξηση της εφαρμοζόμενης τάσης. Στην περιοχή αντίστροφης πόλωσης, το ρεύμα δεν εξαρτάται από την τάση. Και στις δύο περιπτώσεις, με εμπρόσθια και αντίστροφη πόλωση, το ρεύμα στο φράγμα Schottky οφείλεται στους περισσότερους φορείς φορτίου - ηλεκτρόνια.

Για το λόγο αυτό, οι δίοδοι που βασίζονται στο φράγμα Schottky είναι συσκευές ταχείας δράσης, καθώς δεν διαθέτουν διαδικασίες ανασυνδυασμού και διάχυσης. Η ασυμμετρία του χαρακτηριστικού ρεύματος-τάσης του φράγματος Schottky είναι χαρακτηριστική για τις δομές φραγμού. Η εξάρτηση του ρεύματος από την τάση σε τέτοιες κατασκευές οφείλεται σε μια αλλαγή στον αριθμό των φορέων που συμμετέχουν στις διαδικασίες μεταφοράς φορτίου. Ο ρόλος της εξωτερικής τάσης είναι να αλλάξει τον αριθμό των ηλεκτρονίων που περνούν από το ένα μέρος της δομής φραγμού στο άλλο.

Δίοδοι Schottky σε τροφοδοτικά

Στα τροφοδοτικά συστήματος, οι δίοδοι Schottky χρησιμοποιούνται για τη διόρθωση του ρεύματος των καναλιών +3,3V και +5V και, όπως είναι γνωστό, τα ρεύματα εξόδου αυτών των καναλιών ανέρχονται σε δεκάδες αμπέρ, γεγονός που οδηγεί στην ανάγκη να ληφθεί πολύ σοβαρά υπόψη τα θέματα απόδοσης ανορθωτή και μείωσης των ενεργειακών τους απωλειών. Η επίλυση αυτών των προβλημάτων μπορεί να αυξήσει σημαντικά την απόδοση των τροφοδοτικών και να αυξήσει την αξιοπιστία των τρανζίστορ ισχύος στο πρωτεύον τμήμα του τροφοδοτικού.

Έτσι, για τη μείωση των απωλειών δυναμικής μεταγωγής και την εξάλειψη της λειτουργίας βραχυκυκλώματος κατά τη μεταγωγή, στα κανάλια υψηλότερου ρεύματος (+3,3V και +5V), όπου αυτές οι απώλειες είναι πιο σημαντικές, οι δίοδοι Schottky χρησιμοποιούνται ως ανορθωτικά στοιχεία. Η χρήση διόδων Schottky σε αυτά τα κανάλια οφείλεται στα ακόλουθα ζητήματα:

1) Η δίοδος Schottky είναι μια συσκευή σχεδόν χωρίς αδράνεια με πολύ σύντομο χρόνο ανάκτησης αντίστροφης αντίστασης, που οδηγεί σε μείωση του αντίστροφου δευτερεύοντος ρεύματος και σε μείωση του ρεύματος υπέρτασης μέσω των συλλεκτών των τρανζίστορ ισχύος του πρωτεύοντος ανταλλακτικό τη στιγμή που αλλάζει η δίοδος. Αυτό μειώνει σημαντικά το φορτίο στα τρανζίστορ ισχύος και, ως εκ τούτου, αυξάνει την αξιοπιστία του τροφοδοτικού.

2) Η μπροστινή πτώση τάσης κατά μήκος της διόδου Shockey είναι επίσης πολύ μικρή, η οποία σε τιμή ρεύματος 15–30 A παρέχει σημαντικό κέρδος στην απόδοση.

Δεδομένου ότι στα σύγχρονα τροφοδοτικά το κανάλι τάσης +12V γίνεται επίσης πολύ ισχυρό, η χρήση διόδων Schottky σε αυτό το κανάλι θα έδινε επίσης σημαντικό ενεργειακό αποτέλεσμα, αλλά η χρήση τους στο κανάλι +12V δεν είναι πρακτική. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι όταν η αντίστροφη τάση υπερβαίνει τα 50V (και στο κανάλι +12V η αντίστροφη τάση μπορεί να φτάσει τα 60V), οι δίοδοι Schottky αρχίζουν να αλλάζουν κακώς (πολύ μεγάλα και ταυτόχρονα σημαντικά αντίστροφα ρεύματα διαρροής), τα οποία οδηγεί στην απώλεια όλων των πλεονεκτημάτων των εφαρμογών τους. Επομένως, στο κανάλι +12V χρησιμοποιούνται παλμικές δίοδοι πυριτίου υψηλής ταχύτητας. Αν και η βιομηχανία παράγει τώρα διόδους Schottky με υψηλή αντίστροφη τάση, η χρήση τους σε τροφοδοτικά θεωρείται ακατάλληλη για διάφορους λόγους, συμπεριλαμβανομένων οικονομικών. Υπάρχουν όμως εξαιρέσεις σε οποιονδήποτε κανόνα, επομένως σε μεμονωμένα τροφοδοτικά μπορείτε να βρείτε συγκροτήματα διόδων Schottky σε κανάλια +12V.

Στα σύγχρονα τροφοδοτικά συστήματος για υπολογιστές, οι δίοδοι Schottky είναι, κατά κανόνα, συγκροτήματα διόδων δύο διόδων (ημιγέφυρες διόδου), γεγονός που αυξάνει σαφώς την κατασκευαστικότητα και τη συμπαγή τροφοδοσία και επίσης βελτιώνει τις συνθήκες ψύξης των διόδων. Η χρήση μεμονωμένων διόδων (Εικ. 2), αντί συγκροτημάτων διόδων, αποτελεί πλέον ένδειξη χαμηλής ποιότητας παροχής ρεύματος.

Τα συγκροτήματα διόδων παράγονται κυρίως σε τρεις τύπους συσκευασιών (Εικ. 3):

TO-220 (λιγότερο ισχυρά συγκροτήματα με ρεύματα λειτουργίας έως 20 A, μερικές φορές έως 25-30 A).

TO-247 (πιο ισχυρά συγκροτήματα με ρεύματα λειτουργίας 30 - 40 A).

TO-3P (ισχυρά συγκροτήματα).

Το ηλεκτρικό κύκλωμα και το pinout του συγκροτήματος διόδου Schottky φαίνονται στο (Εικ. 4).

Τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά των συγκροτημάτων διόδων που χρησιμοποιούνται πιο συχνά στα σύγχρονα τροφοδοτικά συστήματος παρουσιάζονται στον πίνακα. 1.

Η εναλλαξιμότητα των συγκροτημάτων διόδων καθορίζεται με βάση τα χαρακτηριστικά τους. Φυσικά, εάν είναι αδύνατο να χρησιμοποιήσετε ένα συγκρότημα διόδου με ακριβώς τα ίδια χαρακτηριστικά, είναι προτιμότερο να το αντικαταστήσετε με μια συσκευή με υψηλότερες τιμές ρεύματος και τάσης. Διαφορετικά, θα είναι αδύνατο να διασφαλιστεί η σταθερή λειτουργία του τροφοδοτικού. Υπάρχουν περιπτώσεις όπου οι κατασκευαστές χρησιμοποιούν συγκροτήματα διόδων στα τροφοδοτικά τους με σημαντικό απόθεμα ισχύος (αν και πιο συχνά παρατηρούμε την αντίθετη κατάσταση) και κατά τις επισκευές είναι δυνατή η εγκατάσταση μιας συσκευής με χαμηλότερες τιμές ρεύματος ή τάσης. Ωστόσο, με μια τέτοια αντικατάσταση, είναι απαραίτητο να αναλυθούν προσεκτικά τα χαρακτηριστικά του τροφοδοτικού και το φορτίο του και όλη η ευθύνη για τις συνέπειες μιας τέτοιας τροποποίησης, φυσικά, πέφτει στους ώμους του ειδικού που εκτελεί την επισκευή.

Εκδήλωση βλαβών στις διόδους Schottky

Όπως έχει ήδη σημειωθεί, η αστοχία των διόδων Schottky είναι ένα από τα κύρια προβλήματα των σύγχρονων τροφοδοτικών. Ποια προκαταρκτικά σημάδια μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να προσδιοριστεί πιθανώς η δυσλειτουργία τους; Υπάρχουν πολλά τέτοια σημάδια.

Πρώτον, σε περίπτωση βλαβών και διαρροών των δευτερευόντων διόδων ανορθωτή, κατά κανόνα, ενεργοποιείται η προστασία και η τροφοδοσία ρεύματος δεν ξεκινά. Αυτό μπορεί να εκδηλωθεί με διάφορους τρόπους:

1) Όταν το τροφοδοτικό είναι ενεργοποιημένο, ο ανεμιστήρας «συσπάται», δηλαδή κάνει αρκετές στροφές και σταματά. Μετά από αυτό, οι τάσεις εξόδου απουσιάζουν εντελώς, δηλαδή η παροχή ρεύματος είναι μπλοκαρισμένη.

2) Μετά την ενεργοποίηση της τροφοδοσίας, ο ανεμιστήρας «σπάει» συνεχώς, μπορεί να παρατηρηθούν κυματισμοί τάσης στις εξόδους του τροφοδοτικού, δηλαδή η προστασία ενεργοποιείται περιοδικά, αλλά η τροφοδοσία ρεύματος δεν μπλοκάρεται εντελώς.

3) Ένα σημάδι δυσλειτουργίας των διόδων Schottky είναι η εξαιρετικά ισχυρή θέρμανση του δευτερεύοντος καλοριφέρ στο οποίο είναι εγκατεστημένες.

4) Σημάδι διαρροής των διόδων Schottky μπορεί να είναι η αυθόρμητη διακοπή λειτουργίας του τροφοδοτικού και επομένως του υπολογιστή, όταν αυξάνεται το φορτίο (για παράδειγμα, κατά την εκτέλεση προγραμμάτων που εξασφαλίζουν 100% φορτίο επεξεργαστή), καθώς και η αδυναμία εκκίνησης ο υπολογιστής μετά από «αναβάθμιση», αν και η ισχύς του τροφοδοτικού είναι επαρκής.

Επιπλέον, είναι απαραίτητο να συνειδητοποιήσουμε ότι σε τροφοδοτικά με κακή και λανθασμένη σχεδίαση κυκλώματος, η διαρροή των διόδων ανορθωτή οδηγεί σε υπερφόρτωση του πρωτεύοντος κυκλώματος και σε υπερτάσεις ρεύματος μέσω των τρανζίστορ ισχύος, που μπορεί να προκαλέσει την αστοχία τους. Έτσι, μια επαγγελματική προσέγγιση για την επισκευή τροφοδοτικών υπαγορεύει υποχρεωτικό έλεγχο των διόδων δευτερεύοντος ανορθωτή κάθε φορά που αντικαθίστανται τα τρανζίστορ-διακόπτες ισχύος του πρωτεύοντος τμήματος του τροφοδοτικού.

Διαγνωστικά διόδων Schottky

Ο έλεγχος και η ακριβής διάγνωση των διόδων Schottky, στην πράξη, είναι αρκετά δύσκολο έργο, καθώς πολλά εδώ καθορίζονται από τον τύπο του οργάνου μέτρησης που χρησιμοποιείται και την εμπειρία τέτοιων μετρήσεων, αν και καθορίζουν τη συνήθη διάσπαση μιας ή δύο διόδων μιας διόδου Schottky η συναρμολόγηση δεν είναι ιδιαίτερα δύσκολη. Για να το κάνετε αυτό, πρέπει να ξεκολλήσετε το συγκρότημα της διόδου και να ελέγξετε και τις δύο διόδους με έναν ελεγκτή σύμφωνα με το διάγραμμα στο Σχ. 5. Για τέτοιους διαγνωστικούς ελέγχους, ο ελεγκτής πρέπει να ρυθμιστεί σε λειτουργία δοκιμής διόδου. Μια ελαττωματική δίοδος θα δείξει την ίδια αντίσταση και προς τις δύο κατευθύνσεις (συνήθως πολύ μικρή, δηλαδή θα δείξει βραχυκύκλωμα), γεγονός που υποδηλώνει την ακαταλληλότητά της για περαιτέρω χρήση. Ωστόσο, οι εμφανείς βλάβες των συγκροτημάτων διόδων είναι πολύ, πολύ σπάνιες στην πράξη.

Ρύζι. 5

Βασικά, πρέπει να αντιμετωπίσετε διαρροές (και συχνά θερμικές διαρροές) διόδων Schottky. Αλλά οι διαρροές δεν μπορούν να εντοπιστούν με αυτόν τον τρόπο. Όταν δοκιμάζεται με ένα ελεγκτή στη λειτουργία "δίοδος", μια δίοδος "διαρροής" είναι στη συντριπτική πλειονότητα των περιπτώσεων πλήρως λειτουργική. Η εγγυημένη διαγνωστική ακρίβεια, κατά τη γνώμη μας, μπορεί να επιτευχθεί μόνο με την αντικατάσταση της διόδου με μια γνωστή-καλή παρόμοια συσκευή.

Ωστόσο, μπορείτε να προσπαθήσετε να εντοπίσετε μια «ύποπτη» δίοδο χρησιμοποιώντας μια τεχνική που περιλαμβάνει τη μέτρηση της αντίστασης της αντίστροφης διασταύρωσής της. Για να γίνει αυτό, δεν θα χρησιμοποιήσουμε τη λειτουργία δοκιμής διόδου, αλλά ένα κανονικό ωμόμετρο.

Προσοχή! Κατά τη χρήση αυτής της τεχνικής, θα πρέπει να θυμόμαστε ότι διαφορετικοί δοκιμαστές μπορεί να δίνουν διαφορετικές μετρήσεις, κάτι που εξηγείται από τις διαφορές στους ίδιους τους ελεγκτές.

Έτσι, ορίζουμε το όριο μέτρησης σε μια τιμή και μετράμε την αντίστροφη αντίσταση της διόδου (Εικ. 6). Όπως δείχνει η πρακτική, οι επισκευάσιμες δίοδοι σε αυτό το όριο μέτρησης θα πρέπει να παρουσιάζουν απείρως υψηλή αντίσταση.

Εάν η μέτρηση αποκαλύψει κάποια, συνήθως μικρή, αντίσταση (2–10 kOhm), τότε μια τέτοια δίοδος μπορεί να θεωρηθεί «πολύ ύποπτη» και είναι καλύτερο να την αντικαταστήσετε ή τουλάχιστον να την ελέγξετε χρησιμοποιώντας τη μέθοδο αντικατάστασης. Εάν ελέγξετε στο όριο μέτρησης, τότε ακόμη και οι διόδους που μπορούν να επισκευαστούν μπορούν να εμφανίσουν πολύ μικρή αντίσταση προς την αντίθετη κατεύθυνση (μονάδες και δεκάδες kOhms), γι' αυτό συνιστάται η χρήση του ορίου. Φυσικά, σε μεγάλα εύρη μέτρησης (2 MΩ, 20 MΩ, κ.λπ.), ακόμη και μια δίοδος που μπορεί να επισκευαστεί αποδεικνύεται εντελώς ανοιχτή, καθώς η διασταύρωση p-n της εφαρμόζεται πολύ υψηλή (για τις διόδους Schottky) αντίστροφη τάση. Στο όριο, μπορείτε να ελέγξετε χρησιμοποιώντας τη συγκριτική μέθοδο, δηλαδή να πάρετε μια δίοδο εγγυημένης λειτουργίας, να μετρήσετε την αντίστροφη αντίστασή της και να τη συγκρίνετε με την αντίσταση της διόδου που δοκιμάζεται. Σημαντικές διαφορές σε αυτές τις μετρήσεις θα υποδείξουν την ανάγκη αντικατάστασης του συγκροτήματος διόδου.

Μερικές φορές υπάρχουν περιπτώσεις όπου μόνο μία από τις δίοδοι στη συναρμολόγηση αποτυγχάνει. Σε αυτή την περίπτωση, το σφάλμα αναγνωρίζεται επίσης εύκολα συγκρίνοντας την αντίστροφη αντίσταση δύο διόδων του ίδιου συγκροτήματος. Οι δίοδοι του ίδιου συγκροτήματος πρέπει να έχουν την ίδια αντίσταση.

Η προτεινόμενη μέθοδος μπορεί επίσης να συμπληρωθεί με δοκιμή θερμικής σταθερότητας. Η ουσία αυτού του ελέγχου είναι η εξής. Τη στιγμή που η αντίσταση της αντίστροφης διασταύρωσης ελέγχεται στο όριο μέτρησης (δείτε την προηγούμενη παράγραφο), είναι απαραίτητο να αγγίξετε τις επαφές του συγκροτήματος διόδου με ένα θερμαινόμενο συγκολλητικό σίδερο, θερμαίνοντας έτσι τον κρύσταλλό του. Ένα ελαττωματικό συγκρότημα διόδου αρχίζει σχεδόν αμέσως να «επιπλέει», δηλαδή η αντίστροφη αντίστασή του αρχίζει να μειώνεται πολύ γρήγορα, ενώ ένα συγκρότημα διόδου που μπορεί να επισκευαστεί διατηρεί την αντίστροφη αντίσταση σε απείρως μεγάλη τιμή για μεγάλο χρονικό διάστημα. Αυτός ο έλεγχος είναι πολύ σημαντικός, επειδή κατά τη λειτουργία το συγκρότημα της διόδου θερμαίνεται πολύ (δεν είναι τυχαίο που τοποθετείται σε καλοριφέρ) και, λόγω θέρμανσης, αλλάζει τα χαρακτηριστικά του. Η εξεταζόμενη τεχνική παρέχει μια δοκιμή της σταθερότητας των χαρακτηριστικών των διόδων Schottky στις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας, επειδή η αύξηση της θερμοκρασίας του περιβλήματος στους 100 ή 125°C αυξάνει την τιμή του ρεύματος αντίστροφης διαρροής κατά εκατό φορές (βλ. δεδομένα στον Πίνακα 1).

Αυτός είναι ο τρόπος με τον οποίο μπορείτε να δοκιμάσετε να ελέγξετε μια δίοδο Schottky, αλλά δεν πρέπει να γίνεται κατάχρηση των προτεινόμενων μεθόδων, δηλαδή δεν πρέπει να κάνετε δοκιμές σε πολύ υψηλό όριο μέτρησης αντίστασης και να θερμαίνετε τη δίοδο πάρα πολύ, γιατί θεωρητικά, όλα αυτά μπορούν να οδηγήσουν σε ζημιά στη δίοδο.

Επιπλέον, λόγω της πιθανότητας αστοχίας των διόδων Schottky υπό την επίδραση της θερμοκρασίας, είναι απαραίτητο να τηρούνται αυστηρά όλες οι συνιστώμενες συνθήκες συγκόλλησης (συνθήκες θερμοκρασίας και χρόνος συγκόλλησης). Αν και πρέπει να αποτίσουμε φόρο τιμής στους κατασκευαστές διόδων, καθώς πολλοί από αυτούς έχουν επιτύχει ότι η εγκατάσταση συγκροτημάτων μπορεί να πραγματοποιηθεί σε υψηλή θερμοκρασία 250 ° C για 10 δευτερόλεπτα.

Στην πραγματικότητα, ισχυρές δίοδοι μπορούν να βρεθούν σχεδόν σε όλους. Ένα τροφοδοτικό υπολογιστή είναι αυτό που τροφοδοτεί έναν ολόκληρο υπολογιστή. Κατά κανόνα, κατασκευάζονται με ισχύ από 200 watt έως 1 kW ή περισσότερο, και δεδομένου ότι ο υπολογιστής τροφοδοτείται από συνεχές ρεύμα, αυτό σημαίνει ότι το τροφοδοτικό πρέπει να έχει ανορθωτή. Τα σύγχρονα τροφοδοτικά χρησιμοποιούν ισχυρά συγκροτήματα διόδων Schottky για να διορθώσουν την τάση - έχουν ελάχιστη πτώση τάσης κατά τη μετάβαση και την ικανότητα να λειτουργούν σε παλμικά κυκλώματα, όπου η συχνότητα λειτουργίας είναι πολύ υψηλότερη από το δίκτυο 50 Hz. Πρόσφατα έφεραν αρκετά τροφοδοτικά δωρεάν, από όπου αφαιρέθηκαν οι δίοδοι για αυτή τη σύντομη ανασκόπηση. Στα τροφοδοτικά υπολογιστών μπορείτε να βρείτε μια ποικιλία συγκροτημάτων διόδων· δεν υπάρχουν σχεδόν μεμονωμένες δίοδοι εδώ - σε μια περίπτωση υπάρχουν δύο ισχυρές δίοδοι, συχνά (σχεδόν πάντα) με κοινή κάθοδο. Εδώ είναι μερικά από αυτά: