Schottky diodas yra didelės spartos diodas, pagamintas iš metalo ir puslaidininkio sankryžos, suteikiantis jam daug mažesnį priekinės įtampos kritimą nei standartinis PN diodas. Kadangi jis greitai įsijungia ir eikvoja mažiau energijos, jis plačiai naudojamas efektyviuose lygintuvuose, įtampos užspaudimo ir apsaugos grandinėse, greitai perjungiamuose maitinimo šaltiniuose ir RF signalo aptikime.
CC6. Schottky diodai loginėse grandinėse
Kas yra Schottky diodas?
Schottky diodas yra puslaidininkinis diodas, kuriame vietoj tradicinės P–N sankryžos naudojama metalo ir puslaidininkio sankryža. Šis jungties tipas suteikia diodui išskirtinį elektrinį elgesį, palyginti su standartiniais diodais.
Schottky diodo simbolis
Schottky diodo simbolis atrodo panašus į įprastą diodo simbolį, tačiau jame yra nedidelė modifikacija, nurodanti Schottky barjerą (metalo ir puslaidininkio sandūrą). Kaip ir kiti diodai, jis turi du gnybtus:
• Anodas (A)
• Katodas (K)
Schottky diodų konstrukcija
Schottky diodas sukonstruojamas uždedant metalinį kontaktą tiesiai ant puslaidininkinės medžiagos (dažniausiai n tipo silicio). Kontaktas sudaro metalo ir puslaidininkio sąsają, kurioje prasideda diodo ištaisymo veiksmas.
Pagrindinės jo konstrukcijos savybės yra šios:
• Puslaidininkinė bazė (dažniausiai n tipo silicis), pernešanti srovę
• Metalinis kontaktinis sluoksnis (pvz., Pt, W arba Al), nusėdęs ant puslaidininkio
• Metalo ir puslaidininkio sandūra, kuri sudaro aktyviąją barjerinę sritį
• Plona išeikvojimo sritis sankryžoje, palyginti su PN diodais
• Daugumos nešiklio laidumas, o tai reiškia, kad elektronai perneša didžiąją dalį srovės
Kadangi įrenginyje daugiausia naudojami daugumos operatoriai, jis išvengia didelio įkrovimo kaupimo, todėl greitai reaguoja perjungimo metu.
Schottky diodo veikimo principas
Schottky diodas veikia remiantis Schottky barjeru, sukurtu metalo ir puslaidininkio sandūroje. Šis barjeras veikia kaip energijos vartai, kurie kontroliuoja, kaip lengvai elektronai gali judėti per sankryžą.
Pirmyn šališkumo operacija
Kai anodas yra teigiamas katodo atžvilgiu, elektronai įgyja pakankamai energijos, kad lengvai kirstų barjerą. Srovė greitai kyla, todėl diodas praleidžia esant žemai priekinei įtampai, paprastai:
• Nuo 0,2 V iki 0,4 V (silicio Schottky diodai)
Atvirkštinio šališkumo veikimas
Kai diodas yra atvirkštinis poslinkis, elektronams tampa sunkiau kirsti barjerą, todėl diodas blokuoja srovės srautą. Tačiau Schottky diodai natūraliai leidžia nedidelę atvirkštinę nuotėkio srovę, o šis nuotėkis pastebimai padidėja kylant temperatūrai.
V–I Schottky diodo charakteristikos
Schottky diodo V–I kreivė parodo, kaip keičiasi jo srovė esant poslinkiui į priekį ir atgal, įskaitant kelio įtampą, nuotėkio elgesį ir gedimo ribas.
Kelio (įpjovos) sritis
Schottky diodai pradeda veikti esant žemesnei kelio įtampai nei silicio PN diodai. Po kelio taško srovė greitai padidėja net ir šiek tiek padidėjus priekinei įtampai, todėl jie yra naudingi žemos įtampos ir didelio efektyvumo maitinimo grandinėse.
Atvirkštinio nuotėkio sritis
Esant atvirkštiniam poslinkiui, diodas idealiai blokuoja srovę, tačiau Schottky prietaisai paprastai pasižymi didesne nuotėkio srove nei PN diodai. Šis nuotėkis gali žymiai padidėti priklausomai nuo temperatūros, todėl projektuojant reikia atsižvelgti į šilumą ir eksploatavimo sąlygas.
Suskirstymo regionas
Kai atvirkštinė įtampa viršija vardinę vertę, diodas sugenda, kur atvirkštinė srovė smarkiai pakyla. Kadangi daugelio Schottky diodų atvirkštinė įtampa yra mažesnė, ilgalaikiam patikimumui svarbu pasirinkti pakankamą saugos ribą.
Schottky diodai loginėse grandinėse
Skaitmeninėse loginėse sistemose Schottky įtaisai daugiausia naudojami perjungimo greičiui pagerinti, ypač grandinėse, kurios priklauso nuo bipolinių tranzistorių pakopų. Klasikinis pavyzdys yra Schottky TTL, kur Schottky užspaudimas padeda išvengti tranzistorių prisotinimo, todėl loginiai vartai gali greičiau pakeisti būsenas.
Schottky diodai taip pat gali atsirasti su logika susijusiose konstrukcijose, skirtose greitam signalo valdymui tarp mazgų, įtampos užspaudimui, siekiant apsaugoti įėjimus ir sumažinti greitaeigių perjungimo kelių vėlavimą. Jų vaidmuo loginėse grandinėse yra palaikyti greitesnius ir švaresnius perėjimus, ypač didelės spartos arba senose bipolinės logikos šeimose.
Schottky diodo charakteristikos
| Charakteristika | Aprašymas |
|---|---|
| Žema įjungimo įtampa | Jis pradeda veikti esant mažesnei įvesties įtampai, todėl yra naudingas žemos įtampos signalo ir maitinimo keliuose. |
| Žemas tiesioginės įtampos kritimas (tipinis 0,2–0,4 V) | Laidumo į priekį metu diodas praranda mažiau įtampos, o tai padeda sumažinti energijos nuostolius. |
| Labai greitas perjungimo greitis | Jis gali greitai pasikeisti iš ON į OFF, o tai palaiko didelės spartos elektronines grandines. |
| Minimalus atvirkštinio atkūrimo laikas | Perjungiant kryptis, jis nustoja veikti beveik iš karto, skirtingai nei PN diodai, kurie turi pastebimą atkūrimo vėlavimą. |
| Daugumos nešiklio laidumas | Srovė daugiausia teka naudojant daugumos nešėjus (elektronus), todėl diodo viduje yra mažai sukaupto krūvio. |
| Didesnė atvirkštinė nuotėkio srovė | Esant atvirkštiniam poslinkiui, vis tiek teka nedidelis srovės kiekis, kuris paprastai yra didesnis nei PN dioduose. |
| Žemesnės atvirkštinės įtampos vardai (įprasti tipai) | Daugelis Schottky diodų negali blokuoti labai aukštos atvirkštinės įtampos, palyginti su standartiniais lygintuvo diodais. |
| Didelis jautrumas temperatūrai (ypač nuotėkis) | Kylant temperatūrai, nuotėkio srovė dažnai smarkiai pakyla, o tai gali turėti įtakos efektyvumui ir šildymui. |
Schottky diodų ir P–N jungties diodų skirtumai
| Parametras | P–N jungties diodas | Schottky diodas |
|---|---|---|
| Statyba | P tipo + N tipo sankryža | metalo ir puslaidininkių sandūra |
| Priekinės įtampos kritimas | ~0,6–0,7 V (Si) | ~0,2–0,4 V (Si) |
| Perjungimo greitis | Lėtesnis (įkrovimo saugykla) | Greitesnis (minimali saugykla) |
| Atvirkštinio atkūrimo laikas | Pastebimas | Beveik nulis |
| Atvirkštinė nuotėkio srovė | Žemas (dažnai nA) | Didesnis (dažnai μA) |
| Atvirkštinė įtampa | Paprastai didesnis | Paprastai mažesnis |
| Vežėjo tipas | Bipolinė (mažuma + dauguma) | Vienpolis (tik dauguma) |
Schottky diodo taikymas
• Galios lygintuvai: sumažina įtampos nuostolius ir pagerina konversijos efektyvumą
• Perjungimo maitinimo šaltiniai (SMPS): naudojami kaip greiti lygintuvai konvertuojant galią
• Įtampos spaustukai ir apsauginės grandinės: ribiniai šuoliai IC ir signalo linijoms apsaugoti
• RF maišytuvai ir detektoriai: tinka aukšto dažnio signalo aptikimui
• DC–DC keitikliai ir reguliatoriai: dažnai naudojami kaip gaudymo / laisvosios eigos diodai
• Akumuliatoriaus įkrovimo grandinės: padeda blokuoti atvirkštinį srovės srautą
• LED tvarkyklės: sumažina greito perjungimo LED sistemų nuostolius
• Maitinimo OR-ing grandinės: užkirsti kelią atgaliniam tiekimui tarp kelių šaltinių
• Saulės sistemos: naudojamos aplinkkeliui ir blokavimui
Schottky diodo privalumai ir trūkumai
| Argumentai "už" | Minusai |
|---|---|
| Geresnis žemos įtampos laidumo efektyvumas | Didesnė atvirkštinė nuotėkio srovė, ypač esant aukštai temperatūrai |
| Greitesnis perjungimas ir atsakas | Mažesnė atvirkštinė įtampa daugelyje įprastų įrenginių tipų |
| Mažesni perjungimo nuostoliai veikiant aukštu dažniu | Didesnis šiluminis jautrumas, todėl šilumos valdymas tampa svarbesnis |
| Švaresnis perėjimas sparčiojo energijos tiekimo ar skaitmeniniais keliais | Neidealiai tinka aukštos įtampos ištaisymui, nebent specialiai tam skirtas |
Schottky diodo bandymas
Schottky diodą galite išbandyti naudodami skaitmeninį multimetrą (DMM), nustatytą į diodų bandymo režimą.
• Geras Schottky diodas paprastai rodo apie 0,2–0,3 V priekinę įtampą.
• Silicio PN diodas paprastai rodo 0,6–0,7 V, todėl Schottky rodmenys yra pastebimai mažesni.
• Norėdami patikrinti atbulinės eigos blokavimą, apverskite matuoklio zondus. Sveikas Schottky diodas turėtų rodyti OL (atvirą liniją) arba labai didelį pasipriešinimo rodmenį.
• Atliekant bandymus grandinėje, rodmenims gali turėti įtakos kiti lygiagrečiai sujungti komponentai. Norėdami gauti geriausią tikslumą, išimkite diodą ir išbandykite jį iš grandinės.
• Išplėstiniams bandymams kreivės žymeklis arba puslaidininkių analizatorius gali išmatuoti visą priekinę kreivę ir tiksliau įvertinti atvirkštinį nuotėkį.
Išvada
Schottky diodai išsiskiria mažu kritimu į priekį, greitu perjungimu ir beveik nuliniu atvirkštiniu atkūrimu, todėl idealiai tinka žemos įtampos ir aukšto dažnio grandinėms. Tačiau dėl didesnės nuotėkio srovės ir mažesnės atvirkštinės įtampos reikia kruopščiai pasirinkti. Tinkamai suprojektuoti, jie užtikrina patikimą galios keitimo, apsaugos ir didelės spartos logikos programų veikimą.
Dažnai užduodami klausimai [DUK]
Kaip išsirinkti tinkamą Schottky diodą savo grandinei?
Pasirinkite pagal atvirkštinę įtampą (VRRM), vidutinę srovę (IF), priekinę įtampą (VF) esant realiai apkrovos srovei ir atvirkštinį nuotėkį (IR) esant darbinei temperatūrai. Visada pridėkite ttage ir srovės saugos ribos, kad išvengtumėte perkaitimo ir gedimų.
Kodėl Schottky diodai įkaista net esant žemos įtampos kritimui?
Jie gali įkaisti dėl didelių srovės laidumo nuostolių ir ypač atvirkštinės nuotėkio srovės, kuri smarkiai pakyla esant aukštai temperatūrai. Prastas PCB šilumos išsklaidymas ir per mažos pakuotės taip pat padidina temperatūrą nepertraukiamo veikimo metu.
Ar galiu tiesiogiai pakeisti įprastą diodą Schottky diodu?
Kartais taip, bet tik tuo atveju, jei Schottky diodas atitinka reikiamą atvirkštinę įtampą ir gali saugiai valdyti tą pačią srovę. Taip pat patikrinkite, ar nėra didesnio nuotėkio, nes tai gali netikėtai išsikrauti akumuliatoriumi maitinamose arba tiksliose grandinėse.
Kuo skiriasi Schottky diodas ir Schottky barjerinis diodas (SBD)?
Jie yra tas pats įrenginys, "Schottky barjerinis diodas" yra tiesiog visas techninis pavadinimas. Daugumoje duomenų lapų Schottky diodas ir SBD naudojami pakaitomis.
Kodėl Schottky diodai dažniausiai naudojami saulės baterijose ir akumuliatorių sistemose?
Jie sumažina galios nuostolius, nes jų žema priekinė įtampa pagerina blokavimo ir apėjimo takų efektyvumą. Tačiau didelės srovės saulės sistemoms projektuotojai gali naudoti MOSFET "idealius diodus", kad dar labiau sumažintų nuostolius.