Диод с большим падением напряжения

Снижение напряжения с 7.2 до 5.5 без регулятора

Тема раздела Бортовая электроника в категории Cамолёты — Общий; Здравствуйте уважаемые друзья! Наверное есть у некоторых проблема в бортовом аккумуляторе на 4.8 В на маленьких ДВС, дак вот: берем .

Опции темы

• Версия для печати
• Отправить по электронной почте…
• Подписаться на эту тему…

Снижение напряжения с 7.2 до 5.5 без регулятора

Здравствуйте уважаемые друзья! Наверное есть у некоторых проблема в бортовом аккумуляторе на 4.8 В на маленьких ДВС, дак вот: берем полимер на 7.2 вольта и три диода д226Б либо д226Х и соединяем их последовательно как показанно на рисунке! Диоды вызывают падение напряжения в цепи, причем-ЛИНЕЙНО. Если на полимере 7.6, то на выходе после диодов 6.5! Когда подключаем к приемнику, становиться-6.11(что вполне допустимо), а если начинаем ещё управлять одновременно всеми сервами, то напряжение падает до 5.8-5.5 в зависимости от сервомашинок! д226Б рассчитан на ток-400 мА и вполне легкий по весу-2.5 грамм. Конечно проще купить регулятор за 600 Р, но если нет такой возможности, то предлагаю сделать простейший метод. Ещё: сначало пробовал использовать резистор вместо диодов и не получилось-во первых греется, а во вторых не линейно снижает.

Если силен в электротехнике и электронике, то можешь запросто придумать как использовать самый примитивный стабилизатор напряжения (как в регулях, который используется для питания мк, управляющей транзистором) На чипдипе куча стабилизаторов размером 5 на 5 мм. На ресунке часть схемы слева — стабилизация. Можно даже без всего обвеса использовать.

Для полимера 2S минимальное допустимое напряжение (после достижения которого его надо ставить на зарядку) 6 вольт. Твоя «вычиталка» оставит из них 4.91 вольта. И главное надо будет жестко контролировать эти 6 вольт.

Ну если учесть что 400мА это одна,ну максимум 2 рульмашинки то, да, нормально. в чем проблема поставить хотя бы линейный стабилизатор на 5V? цена? в старой технике их можно нарыть на халяву. вот никогда не поверю что у человека у которого есть 226 диоды, не найдется крен5 в заначке.

между прочим вот такой стоит 7 (семь) условных енотов. на наши деньги

200 (двести) рублей.
не стоит оно того.

Вы представьте сколько времени вы будете садить до 6 вольт полимер емкость которого 1000 мА! Я ради интереса включил лампочку на 6В 300 мА! За 40 мин света полимер посадил с 7.6 до 7.12! На 3 часа полета без выключения приблизительно и хватит полетать без всяких переживаний. Ну согласитесь это же лучше чем сранные NI-Cd на 4.8В, из-за которых я разбил пилотажку(((( Да и вообще бортовой аккумулятор на 4.8 В Ni-Cd полное извращение и постоянное переживание как бы он не сел, а это естественно 100% дрова( пусть лучше уж двигатель заглохнет.

Ну если учесть что 400мА это одна,ну максимум 2 рульмашинки то, да, нормально. в чем проблема поставить хотя бы линейный стабилизатор на 5V? цена? в старой технике их можно нарыть на халяву. вот никогда не поверю что у человека у которого есть 226 диоды, не найдется крен5 в заначке.

между прочим вот такой стоит 7 (семь) условных енотов. на наши деньги

200 (двести) рублей.
не стоит оно того.

Подскажите а какая марка стабилизатора?

Тут обратная сторона медали — у меня в пульте ЛиПо стоят, а в ящике запасная НиКа — потому как летаю-летаю, неделя за неделей — вдруг раз и запищал передатчик. Ставлю запасную -а она уже саморазрядилась, блин.

У тебя будет подобное — помрет ЛиПо если не будешь перед каждым полетным днем ее заряжать ибо банально забудешь!

выбирайте
(это не значит что надо покупать именно в этом чипе дипе, но как каталог например или основа для дальнейших поисков — вполне )

для поиска можно еще воспользоваться
www.efind.ru

контроль каждой. банки сборки полимерок обязателен.

Тут обратная сторона медали — у меня в пульте ЛиПо стоят, а в ящике запасная НиКа — потому как летаю-летаю, неделя за неделей — вдруг раз и запищал передатчик. Ставлю запасную -а она уже саморазрядилась, блин.

У тебя будет подобное — помрет ЛиПо если не будешь перед каждым полетным днем ее заряжать ибо банально забудешь!

Конечно перед каждым полетом обязательно заряжать! Кстати приемник E-SKY EK2-0420! Вчера зарядил полимер, после диодов было аж 6.8! Включил борт и под нагрузкой стало 6.4, потом управляя всеми сервами сталоо 6.2! Дак вот решил ток всех сервок включая приемник у меня составил 350 мА! Один диод чуть чуть греется! Поставил опять лампу на 6В 300 мА, на полном заряженном полимере 7.8, а 6.3 после диодов, прошло 15 мин стало 5.9, потом ещё прошло 30 мин стало 5.5! Ну и 40 мин снизилось до 4.96! А на полимере стало 6.6! Это на постоянной нагрузке в течении 1.5 часа! Вообщем мне больше нравится чем НИКА. Допустим сделал 7-8 вылетов по 12 мин и полимер на зарядку. ну как думаете лучше же чем НИКА? Мне кажется намного и меньше переживании.

Конечно лучше:
а) по напряжению легко оценить степень заряда.
б) можно и нужно подзаряжать не дожидаясь полного разряда
в) удельная емкость легче, причем на сегодня это самые легкие батарейки из доступных.

Но все же лучше применять регулятор — не обязательно покупной, на небольшие токи легко подобрать трехногий стабилизатор, только надо с малым падением напряжения на нем (лоудроп), там всей обвязки — два кондера.

Последний раз редактировалось Володимир; 10.06.2009 в 12:25 .

Конечно лучше:
а) по напряжению легко оценить степень заряда.
б) можно и нужно подзаряжать не дожидаясь полного разряда
в) удельная емкость легче, причем на сегодня это самые легкие батарейки из доступных.

Но все же лучше применять регулятор — не обязательно покупной, на небольшие токи легко подобрать трехногий стабилизатор, только надо с малым падением напряжения на нем (лоудроп), там всей обвязки — два кондера.

Владимир спасибо) Сегодня выбрался на поляну полетал) Очень был рад) Вообщем сделал 5 вылетов по 12 мин! Потом после пяти вылетов проверил: на полимере 6.74, после диодов с включенным приемником: 5.13) Отлично) Единственное что диоды греются. Наверное надо попробовать д226А у них 600 мА)

Диоды пропускают 400 — 600 мАч. Т.е. сервы можно использовать только стандартные. Если использовать сильные сервы, которые естественно потребляют намного больше, то нужны другие диоды или это уже не возможно и нужно обязательно использовать ВЕС.
Спрашиваю применительно к автомоделям, где мало того, что сервы используются мощные, но и не редки моменты их мехвнического упора (при торможении) при котором естественно потребление особенно высоко.
БУду благодарен за нрамотный ответ

стандартные сервы потребляют 450-500мА каждая. например S3003 (до 2кг) может съесть до 700мА .В машины такие слабые не ставят наверное? Думаю что на руль ставят гораздо более мощные и жрут они гораздо больше. насколько? ну, для начала надо посмотреть документацию. например S9255 (6кг) на 5V съест до 1400мА, а вот hitec 5955(10кг) не подавится и 2,2А.

так что это решение ОДНОЗНАЧНО не для машин.
прожечь диоды током 2 одновременно перемещающихся серв (или даже одной)- как нечего делать.
надо объяснять что будет потом?

я вот не понимаю почему не взять нормальный стабилизатор,если уж так не хочется BEC покупать?

Последний раз редактировалось MxM; 11.06.2009 в 20:16 .

Падение напряжения на диоде зависит от тока нагрузки, и ничуть не линейно.
Даже если бы зависимость представляла идеальную прямую — все равно, «стабилизатор» из диодов — паршивый, в силу наличия этой самой зависимости.

Поковырялся — нашел. Обычный стабилитрон прокатит, я про него выше писал.

Последний раз редактировалось Crazy6opuc; 14.06.2009 в 18:33 .

Ошибся- та штука не прокатит. Прокатит вот эта:

Может он и паршивый, зато дешевый и реально работающий. У меня скоро год будет, как он нормально работает. Для удобства, используется вкупе с «пищалкой» — поисковиком. Пищалка — пищит при падении до 4.8 вольт. На нее заведено питалово с 2xLiPo ( я использую 250мАч и 360мАч сборки) через три 522 диода — получается около 6 вольт. На сам приемник R617FS и четыре сервы s3114 (все Futaba) питалово пущено через другие три диода — значительно более мощные (не знаю какие — подбирал из имевшегося брахала по внешнему виду и величине падения). Соответственно на приемник и сервы тоже идет 6 вольт, благо они допускают такое питание. Отдельные диоды — чтобы пищалка была развязана с «силовой» конструкцией и не пищала попусту под нагрузкой. Вся эта конструкция потребляет около 120-140 мАч на «холостом ходу» и до 450мАч, если дрыгать 3-4 мя сервами одновременно. Реальное летное время металки — 50 минут для 250 мАч и 85 минут для 360мАч. Диоды разумеется греются, но рука терпит, значит все ОК. Сделан маленький радиатор из обрезочка пивной банки.

Да, конечно, BEC куда лучше и на новый планер я буду ставить его (благо научился просадку и без пищалки, по полёту, чуствовать), но и это решение вполне себе рабочее.

Дополнение.
Позавчера купил нормальный полноценный регулятор на 5/6V (джампером переключается), с рабочей частотой 300KHz. Заявлен КПД в 92% и работа от напряжения от 6.8 до 22 вольт.

Ну поставил, вместо своих трех диодов. А через другие три диода по-прежнему пустил все с двух банок на пищалку. Вылетал два маленьких аккума (250-х) и оба аккума сели в аккурат также, как и в варианте с тремя диодами. Т.е. пищалка сработала на 45-47-й минуте. Вот тебе и 92% КПД нормального регулятора. А пищалка у меня пищит в аккурат, когда идет просадка до 6.8 вольт на две банки.

Единственный плюс регуля — то что, после просадки до 6.8 он еще позволял нормально работать машинкам. В схеме же с диодами — машинки начинали дрожать. Да только плюс это или минус я пока не понял. Ибо на большой высоте ты пищалку не слышишь, а вот расколбас планера — реально чуствуешь. А вот в схеме регулем — ничего сразу не почуствуешь. Значит и критическую разрядку ниже 3.4 вольт на банку прозеваешь, что здоровью и долговечности акка способствовать отнюдь не будет.

Добрый день. У меня тоже стабилитрон стоит на 5 вольт с 9 вольт. Все ОК. Просто массу стабилитрона надоть на радиатор, меньше греться будет.
(. ) Но ещё стоит подсчитать максимальный ток, при работе всех серв, т.к. максимальный ток стабилитрона ограничен.

Характеристики диодов, конструкции и особенности применения

Характеристики диодов, конструкции и особенности применения

В предыдущей статье мы начали знакомство с полупроводниковым диодом. В этой статье мы рассмотрим свойства диодов, их достоинства и недостатки, различные конструкции и особенности применения в электронных схемах.

Вольтамперная характеристика диода

Вольтамперная характеристика (ВАХ) полупроводникового диода показана на рисунке 1.

Здесь в одном рисунке показаны ВАХ германиевого (синим цветом) и кремниевого (черным цветом) диодов. Нетрудно заметить, что характеристики очень похожи. На координатных осях нет никаких цифр, поскольку для разных типов диодов они могут существенно различаться: мощный диод может пропустить прямой ток в несколько десятков ампер, в то время как маломощный всего несколько десятков или сотен миллиампер.

Диодов разных моделей великое множество, и все они могут иметь разное назначение, хотя основной их задачей, основным свойством является обеспечение односторонней проводимости тока. Именно это свойство позволяет использовать диоды в выпрямителях и детекторных устройствах. Следует, однако, заметить, что в настоящее время германиевые диоды, равно как и транзисторы вышли из употребления.

Рисунок 1. Вольтамперная характеристика диода

Прямая ветвь ВАХ

В первом квадранте системы координат расположена прямая ветвь характеристики, когда диод находится в прямом включении, — к аноду подключен положительный вывод источника тока, соответственно отрицательный вывод к катоду.

По мере увеличения прямого напряжения Uпр, начинает возрастать и прямой ток Iпр. Но пока это возрастание незначительно, линия графика имеет незначительный подъем, напряжение растет значительно быстрее, чем ток. Другими словами, несмотря на то, что диод включен в прямом направлении, ток через него не идет, диод практически заперт.

При достижении определенного уровня напряжения на характеристике появляется излом: напряжение практически не меняется, а ток стремительно растет. Это напряжение называется прямым падением напряжения на диоде, на характеристике обозначено как Uд. Для большинства современных диодов это напряжение находится в пределах 0,5…1В.

На рисунке видно, что для германиевого диода прямое напряжение несколько меньше (0,3…0,4В), чем для кремниевого (0,7…1,1В). Если прямой ток через диод умножить на прямое напряжение, то полученный результат будет не что иное, как мощность, рассеиваемая на диоде Pд = Uд * I.

Если эта мощность будет превышена относительно допустимой, то может произойти перегрев и разрушение p-n перехода. Именно поэтому в справочниках ограничивается максимальный прямой ток, а не мощность (считается, что прямое напряжение известно). Для отведения излишнего тепла мощные диоды устанавливаются на теплоотводы — радиаторы.

Мощность, рассеиваемая на диоде

Сказанное поясняет рисунок 2, на котором показано включение нагрузки, в данном случае лампочки, через диод.

Рисунок 2. Включение нагрузки через диод

Представьте себе, что номинальное напряжение батарейки и лампочки 4,5В. При таком включении на диоде упадет 1В, тогда до лампочки дойдет лишь 3,5В. Конечно, такую схему никто практически собирать не будет, это просто для иллюстрации, как и на что влияет прямое напряжение на диоде.

Предположим, что лампочка ограничила ток в цепи на уровне ровно в 1А. Это для простоты расчета. Также не будем принимать во внимание то, что лампочка является элементом нелинейным, и закону Ома не подчиняется (сопротивление спирали зависит от температуры).

Нетрудно подсчитать, что при таких напряжениях и токах на диоде рассеивается мощность P = Uд * I или 1В * 1А = 1Вт. В то же время мощность на нагрузке всего 3,5В * 1А = 3,5Вт. Получается, что бесполезно расходуется 28 с лишним процентов энергии, больше, чем четвертая часть.

Если прямой ток через диод будет 10…20А, то бесполезно будет расходоваться до 20Вт мощности! Такую мощность имеет маленький паяльник. В описанном случае таким паяльником будет диод.

Диоды Шоттки

Совершенно очевидно, что избавиться от таких потерь можно, если снизить прямое падение напряжения на диоде Uд. Такие диоды получили название диодов Шоттки по имени изобретателя немецкого физика Вальтера Шоттки. Вместо p-n перехода в них используется переход металл – полупроводник. Эти диоды имеют прямое падение напряжения 0,2…0,4В, что значительно снижает мощность, выделяющуюся на диоде.

Единственным, пожалуй, недостатком диодов Шоттки является низкое обратное напряжение, — всего несколько десятков вольт. Максимальное значение обратного напряжения 250В имеет промышленный образец MBR40250 и его аналоги. Практически все блоки питания современной электронной аппаратуры имеют выпрямители на диодах Шоттки.

Обратная ветвь ВАХ

Одним из недостатков следует считать то, что даже при включении диода в обратном направлении через него все равно протекает обратный ток, ведь идеальных изоляторов в природе не бывает. В зависимости от модели диода он может варьироваться от наноампер до единиц микроампер.

Вместе с обратным током на диоде выделяется некоторая мощность, численно равная произведению обратного тока на обратное напряжение. Если эта мощность будет превышена, то возможен пробой p-n перехода, диод превращается в обычный резистор или даже проводник. На обратной ветви ВАХ этой точке соответствует загиб характеристики вниз.

Обычно в справочниках указывается не мощность, а некоторое предельно допустимое обратное напряжение. Примерно так же, как ограничение прямого тока, о котором было сказано чуть выше.

Собственно зачастую именно эти два параметра, а именно прямой ток и обратное напряжение и являются определяющими факторами при выборе конкретного диода. Это на тот случай, когда диод предназначается для работы на низкой частоте, например выпрямитель напряжения с частотой промышленной сети 50…60Гц.

Электрическая емкость p-n перехода

При использовании диодов в высокочастотных цепях приходится помнить о том, что p-n переход, подобно конденсатору имеет электрическую емкость, к тому же зависящую от напряжения, приложенного к p-n переходу. Это свойство p-n перехода используется в специальных диодах – варикапах, применяемых для настройки колебательных контуров в приемниках. Наверно, это единственный случай, когда эта емкость используется во благо.

В остальных случаях эта емкость оказывает мешающее воздействие, замедляет переключение диода, снижает его быстродействие. Такая емкость часто называется паразитной. Она показана на рисунке 3.

Рисунок 3. Паразитная емкость

Конструкция диодов.

Плоскостные и точечные диоды

Чтобы избавиться от вредного воздействия паразитной емкости, применяются специальные высокочастотные диоды, например точечные. Конструкция такого диода показана на рисунке 25.

Рисунок 4. Точечный диод

Особенностью точечного диода является конструкция его электродов, один из которых является металлической иглой. В процессе производства эта игла, содержащая примесь (донор или акцептор), вплавляется в кристалл полупроводника, в результате чего получается p-n переход требуемой проводимости. Такой переход имеет малую площадь, а, следовательно, малую паразитную емкость. Благодаря этому рабочая частота точечных диодов достигает нескольких сотен мегагерц.

В случае, если используется более острая игла, полученная без электроформовки, рабочая частота может достигать нескольких десятков гигагерц. Правда, обратное напряжение таких диодов не более 3…5В, да и прямой ток ограничен несколькими миллиамперами. Но ведь эти диоды и не являются выпрямительными, для этих целей, как правило, применяются плоскостные диоды. Устройство плоскостного диода показано на рисунке

Рисунок 5. Плоскостный диод

Нетрудно видеть, что у такого диода площадь p-n перехода намного больше, чем у точечного. У мощных диодов эта площадь может достигать до 100 и более квадратных миллиметров, поэтому их прямой ток намного больше, чем у точечных. Именно плоскостные диоды используются в выпрямителях, работающих на низких частотах, как правило, не свыше нескольких десятков килогерц.

Применение диодов

Не следует думать, что диоды применяются лишь как выпрямительные и детекторные приборы. Кроме этого можно выделить еще множество их профессий. ВАХ диодов позволяет использовать их там, где требуется нелинейная обработка аналоговых сигналов.

Это преобразователи частоты, логарифмические усилители, детекторы и другие устройства. Диоды в таких устройствах используются либо непосредственно как преобразователь, либо формируют характеристики устройства, будучи включенными в цепь обратной связи.

Широкое применение диоды находят в стабилизированных источниках питания, как источники опорного напряжения (стабилитроны), либо как коммутирующие элементы накопительной катушки индуктивности (импульсные стабилизаторы напряжения).

С помощью диодов очень просто создать ограничители сигнала: два диода включенные встречно – параллельно служат прекрасной защитой входа усилителя, например, микрофонного, от подачи повышенного уровня сигнала.

Кроме перечисленных устройств диоды очень часто используются в коммутаторах сигналов, а также в логических устройствах. Достаточно вспомнить логические операции И, ИЛИ и их сочетания.

Одной из разновидностей диодов являются светодиоды. Когда-то они применялись лишь как индикаторы в различных устройствах. Теперь они везде и повсюду от простейших фонариков до телевизоров с LED — подсветкой, не заметить их просто невозможно.

Диоды на основе р-n перехода (часть 2)

Смещение диода.

Напряжение, приложенное к диоду, называется напряжением смещения. На рисунке показан диод на основе р-п перехода, соединенный с источником тока. Резистор добавлен для ограничения тока до безопасного значения.

В изображенной цепи отрицательный вывод источника тока соединен с материалом п-типа. Это заставляет электроны двигаться от вывода по направлению к р-n переходу. Свободные электроны, накопившиеся на р-стороне перехода притягиваются к положительному выводу. Это уменьшает количество отрицательных зарядов на р-стороне, потенциальный барьер уменьшается, что дает возможность для протекания тока. Ток может течь только тогда, когда приложенное напряжение превышает потенциальный барьер.

Источник тока создает постоянный поток электронов, который дрейфует через материал п-типа вместе с содержащимися в нем свободными электронами. Дырки в материале р-типа также дрейфуют по направлению к переходу. Электроны и дырки собираются на переходе и взаимно уничтожаются. Однако в то время как электроны и дырки взаимно компенсируются, на выводах источника тока появляются новые электроны и дырки. Большинство носителей продолжает двигаться по направлению к р-п переходу, пока приложено внешнее напряжение.

Поток электронов через р-часть диода притягивается к положительному выводу источника тока. Как только электроны покидают материал р-типа, создаются дырки, которые дрейфуют по направлению к р-n переходу, где они взаимно компенсируются с другими электронами. Когда ток течет от материала п-типа к материалу р-типа, то говорят, что диод смещен в прямом направлении.

Ток, текущий через диод, смещенный в прямом направлении, ограничен сопротивлением материалов р- и п-типа и внешним сопротивлением цепи. Сопротивление диода невелико. Следовательно, подсоединение источника тока к диоду в прямом направлении создает большой ток. При этом может выделиться такое количество тепла, которого достаточно для разрушения диода. Для того, чтобы ограничить ток, последовательно с диодом необходимо включить резистор.

Диод проводит ток в прямом направлении только тогда, когда величина внешнего напряжения больше потенциального барьера. Германиевый диод требует минимальное прямое смещение 0,3 вольта; кремниевый диод — минимальное прямое смещение 0,7 вольта.

Когда диод начинает проводить ток, на нем появляется падение напряжения. Это падение напряжения равно потенциальному барьеру и называется прямым падением напряжения (Ер). Падение напряжения равно 0,3 вольта для германиевого диода и 0,7 вольта для кремниевого диода. Величина прямого тока (IF) является функцией приложенного напряжения (Е), прямого падения напряжения (Ef) и внешнего сопротивления (R). Это соотношение можно получить с помощью закона Ома:

В диоде, на который подано напряжение смещения в прямом направлении, отрицательный вывод внешнего источника тока соединен с материалом п-типа, а положительный вывод с материалом р-типа. Если эти выводы поменять местами, диод не будет проводить ток и про него говорят, что он смещен в обратном направлении. В этой конфигурации свободные электроны в материале п-типа притягиваются к положительному выводу внешнего источника тока, что увеличивает количество положительных ионов в области р-n перехода, а, следовательно, увеличивает ширину обедненного слоя со стороны материала п-типа р-n перехода. Электроны также покидают отрицательный вывод источника тока и поступают в материал р-типа. Эти электроны заполняют дырки вблизи р-n перехода и служат причиной перемещения дырок по направлению к отрицательному выводу, что увеличивает ширину обедненного слоя со стороны материала р-типа р-n перехода. В результате обедненный слой становится шире, чем в несмещенном или смещенном в прямом направлении диоде.

Приложенное в обратном направлении напряжение смещения увеличивает потенциальный барьер. Если напряжение внешнего источника равно величине потенциального барьера, электроны и дырки не могут поддерживать протекание тока. При обратном напряжении смещения течет очень маленький ток, этот ток утечки называется обратным током (I_н) и существует благодаря наличию неосновных носителей. При комнатной температуре неосновных носителей очень мало. При повышении температуры создается больше электронно-дырочных пар. Это увеличивает количество основных носителей и ток утечки.

Все диоды с р-n переходом обладают малым током утечки. В германиевых диодах он измеряется в микроамперах; в кремниевых диодах — в наноамперах. Германий имеет больший ток утечки, так как он более чувствителен к температуре. Этот недостаток германия компенсируется его невысоким потенциальным барьером.

Суммируя вышесказанное, можно сказать, что диод на основе р-n перехода является устройством, пропускающим ток только в одном направлении. Когда смещен в прямом направлении — ток течет. Когда смещен в обратном направлении — течет только маленький ток утечки. Это свойство позволяет использовать диод в качестве выпрямителя. Выпрямитель преобразует переменное напряжение в постоянное.

Схематическое обозначение диода показано на рисунке. Р-часть представлена стрелкой, а п-часть — чертой. Прямой ток течет от части n- кчасти р- (против стрелки). Часть n- называется катодом, а часть р- — анодом.

Катод поставляет, а анод собирает электроны.

показано включение диода, смещенного в прямом направлении. Отрицательный вывод источника тока подсоединен к катоду. Положительный вывод подсоединен к аноду. Это позволяет току течь в прямом направлении. Резистор (R_g) включен последовательно с диодом для ограничения прямого тока до безопасного значения.

показано включение диода, смещенного в обратном направлении. Отрицательный вывод источника тока подсоединен к аноду. Положительный вывод подсоединен к катоду. Через диод, смещенный в обратном направлении течет малый обратный ток (I_R).

Диоды Шотки

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

Свойства диодов Шоттки

Достоинства

• В то время, как обычные кремниевые диоды имеют прямое падение напряжения около 0,6—0,7 вольт, применение диодов Шоттки позволяет снизить это значение до 0,2—0,4 вольт. Столь малое прямое падение напряжения присуще только диодам Шоттки с максимальным обратным напряжением порядка десятков вольт, выше же падение напряжения становится сравнимым с аналогичным параметром кремниевых диодов, что ограничивает применение диодов Шоттки. Например, для силового диода Шоттки 30Q150 с максимально возможным обратным напряжением (150 В) при прямом токе 15 А падение напряжение нормируется на уровне от 0,75 В (T = 125 °C) до 1,07 В (T = −55 °C).
• Барьер Шоттки также имеет меньшую электрическую ёмкость перехода, что позволяет заметно повысить рабочую частоту. Это свойство используется в интегральных микросхемах, где диодами Шоттки шунтируются переходы транзисторов логических элементов. В силовой электронике малая ёмкость перехода (то есть малое время восстановления) позволяет строить выпрямители на частоты в сотни кГц и выше. Например, диод MBR4015 (15 В, 40 А), оптимизированный под высокочастотное выпрямление, нормирован для работы при dV/dt до 1000 В/мс.
• Благодаря лучшим временны́м характеристикам и малым ёмкостям перехода выпрямители на диодах Шоттки отличаются от традиционных диодных выпрямителей пониженным уровнем помех, поэтому они предпочтительны в традиционных трансформаторных блоках питания аналоговой аппаратуры.

• при кратковременном превышении максимального обратного напряжения диод Шоттки необратимо выходит из строя (КЗ — короткое замыкание), в отличие от кремниевых диодов, которые переходят в режим обратного пробоя, и при условии непревышения рассеиваемой на диоде максимальной мощности, после падения напряжения диод полностью востанавливает свои свойства.
• диоды Шоттки характеризуются повышенными (относительно обычных кремниевых диодов) обратными токами, возрастающими с ростом температуры кристалла. Для вышеупомянутого 30Q150 обратный ток при максимальном обратном напряжениии изменяется от 0,12 мА при +25 °C до 6,0 мА при +125 °C. У низковольтных диодов в корпусах ТО220 обратный ток может превышать сотни миллиампер (MBR4015 — до 600 мА при +125 °C). При неудовлетворительных условиях теплоотвода положительная обратная связь по теплу в диоде Шоттки приводит к его катастрофическому перегреву.

Номенклатура диодов Шоттки

Диоды Шоттки — составные части современных дискретных полупроводниковых приборов:

• МОП-транзисторы со встроенным обратным диодом Шоттки (впервые выпущены компанией International Rectifier под торговой маркой FETKY в 1996) — основной компонент синхронных выпрямителей. В отличие от обычного МОП-транзистора, обратный диод которого отличается высоким прямым падением напряжения и посредственными временны́ми характеристиками, использование обратного диода Шоттки позволяет строить силовые синхронные выпрямители с частотой преобразования в сотни кГц и выше. Существуют приборы этого класса со встроенными драйверами затворов и устройствами управления синхронным выпрямлением.

• Так называемые ORing-диоды и ORing-сборки — силовые диоды и диодные сборки, применяемые для объединения параллельных источников питания общей нагрузки в устройствах повышенной надёжности (логическое ИЛИ по питанию). Отличаются особо низким, нормируемым прямым падением напряжения. Например, специализированный миниатюрный диод MBR140 (30 В, 1 А) при токе 100 мА имеет прямое падение напряжения не более 360 мВ при +25 °C и 300 мВ при +85 °C. ORing-диоды характеризуются относительно большой плошадью P-N перехода и низкими удельными плотностями тока.

Введение в электронику (54 стр.)

Рис. 20-3. Диод на основе р-n перехода при прямом смещении.

В изображенной цепи отрицательный вывод источника тока соединен с материалом n-типа. Это заставляет электроны двигаться от вывода по направлению к р-n переходу. Свободные электроны, накопившиеся на р-стороне перехода притягиваются к положительному выводу. Это уменьшает количество отрицательных зарядов на р-стороне, потенциальный барьер уменьшается, что дает возможность для протекания тока. Ток может течь только тогда, когда приложенное напряжение превышает потенциальный барьер.

Источник тока создает постоянный поток электронов, который дрейфует через материал n-типа вместе с содержащимися в нем свободными электронами. Дырки в материале р-типа также дрейфуют по направлению к переходу. Электроны и дырки собираются на переходе и взаимно уничтожаются. Однако в то время как электроны и дырки взаимно компенсируются, на выводах источника тока появляются новые электроны и дырки. Большинство носителей продолжает двигаться по направлению к р-n переходу, пока приложено внешнее напряжение.

Поток электронов через p-часть диода притягивается к положительному выводу источника тока. Как только электроны покидают материал р-типа, создаются дырки, которые дрейфуют по направлению к р-n переходу, где они взаимно компенсируются с другими электронами. Когда ток течет от материала n-типа к материалу р-типа, то говорят, что диод смещен в прямом направлении.

Ток, текущий через диод, смещенный в прямом направлении, ограничен сопротивлением материалов р— и n-типа и внешним сопротивлением цепи. Сопротивление диода невелико. Следовательно, подсоединение источника тока к диоду в прямом направлении создает большой ток. При этом может выделиться такое количество тепла, которого достаточно для разрушения диода. Для того, чтобы ограничить ток, последовательно с диодом необходимо включить резистор.

Диод проводит ток в прямом направлении только тогда, когда величина внешнего напряжения больше потенциального барьера. Германиевый диод требует минимальное прямое смещение 0,3 вольта; кремниевый диод — минимальное прямое смещение 0,7 вольта.

Когда диод начинает проводить ток, на нем появляется падение напряжения. Это падение напряжения равно потенциальному барьеру и называется прямым падением напряжения (Е р ). Падение напряжения равно 0,3 вольта для германиевого диода и 0,7 вольта для кремниевого диода. Величина прямого тока (I к ) является функцией приложенного напряжения (Е), прямого падения напряжения (Е р ) и внешнего сопротивления (R). Это соотношение можно получить с помощью закона Ома:

I = E/R,

I F = (E — E F )/R

ПРИМЕР: К кремниевому диоду, последовательно соединенному с резистором 150 ом, приложено напряжение смещения 12 вольт. Чему равен прямой ток через диод?

Е = 12 В; R = 150 Ом; ЕF = 0,7 В.

IF =?

Решение:

IF = (E — EF)/R = (12 — 0,7)/150

IF = 0,075 А или 75 мА.

В диоде, на который подано напряжение смещения в прямом направлении, отрицательный вывод внешнего источника тока соединен с материалом n-типа, а положительный вывод с материалом р-типа. Если эти выводы поменять местами, диод не будет проводить ток и про него говорят, что он смещен в обратном направлении (рис. 20-4).

Рис. 20-4.Диод на основе р-n перехода при обратном смещении.

В этой конфигурации свободные электроны в материале n-типа притягиваются к положительному выводу внешнего источника тока, что увеличивает количество положительных ионов в области р-n перехода, а, следовательно, увеличивает ширину обедненного слоя со стороны материала n-типа р-n перехода. Электроны также покидают отрицательный вывод источника тока и поступают в материал р-типа. Эти электроны заполняют дырки вблизи р-n перехода и служат причиной перемещения дырок по направлению к отрицательному выводу, что увеличивает ширину обедненного слоя со стороны материала р-типа р-n перехода. В результате обедненный слой становится шире, чем в несмещенном или смещенном в прямом направлении диоде.

Приложенное в обратном направлении напряжение смещения увеличивает потенциальный барьер. Если напряжение внешнего источника равно величине потенциального барьера, электроны и дырки не могут поддерживать протекание тока. При обратном напряжении смещения течет очень маленький ток, этот ток утечки называется обратным током (I R ) и существует благодаря наличию неосновных носителей. При комнатной температуре неосновных носителей очень мало. При повышении температуры создается больше электронно-дырочных пар. Это увеличивает количество основных носителей и ток утечки.

Все диоды с р-n переходом обладают малым током утечки. В германиевых диодах он измеряется в микроамперах; в кремниевых диодах — в наноамперах. Германий имеет больший ток утечки, так как он более чувствителен к температуре. Этот недостаток германия компенсируется его невысоким потенциальным барьером.

Суммируя вышесказанное, можно сказать, что диод на основе р-n перехода является устройством, пропускающим ток только в одном направлении. Когда смещен в прямом направлении — ток течет. Когда смещен в обратном направлении — течет только маленький ток утечки. Это свойство позволяет использовать диод в качестве выпрямителя. Выпрямитель преобразует переменное напряжение в постоянное.

20-2. Вопросы

1. Что такое напряжение смещения?

2. Чему равно минимальное напряжение, необходимое для того, чтобы вызвать ток через диод на основе р-n перехода?

3. В чем разница между прямым и обратным смещением?

4. Что такое ток утечки диода на основе р-n перехода?

20-3. ХАРАКТЕРИСТИКИ ДИОДА

Как германиевый, так и кремниевый диоды могут быть повреждены чрезмерным нагреванием или высоким обратным напряжением. Производители указывают максимальный прямой ток (I F max), который может безопасно течь через диод. Они также указывают максимальное обратное напряжение (пиковое обратное напряжение). Если превысить пиковое обратное напряжение, то через диод потечет большой обратный ток, создающий избыточный нагрев и повреждающий диод.

При комнатной температуре обратный ток мал. При повышении температуры обратный ток увеличивается, нарушая работу диода. В германиевых диодах обратный ток выше, чем в кремниевых диодах, удваивается при повышении температуры приблизительно на 10 градусов Цельсия.

Схематическое обозначение диода показано на рис. 20-5.

Рис. 20-5.Схематическое обозначение диода.

P-часть представлена стрелкой, а n-часть — чертой. Прямой ток течет от части n к части р (против стрелки).

Часть n называется катодом, а часть р — анодом. Катод поставляет, а анод собирает электроны.

На рис. 20-6 показано включение диода, смещенного в прямом направлении. Отрицательный вывод источника тока подсоединен к катоду. Положительный вывод подсоединен к аноду. Это позволяет току течь в прямом направлении. Резистор (R s ) включен последовательно с диодом для ограничения прямого тока до безопасного значения.

Рис. 20-6.Цепь с диодом, смещенным в прямом направлении.

На рис. 20-7 показано включение диода, смещенного в обратном направлении. Отрицательный вывод источника тока подсоединен к аноду. Положительный вывод подсоединен к катоду. Через диод, смещенный в обратном направлении течет малый обратный ток (I R ).