Диод шоттки с минимальным падением напряжения

Диод Шоттки

Обозначение, применение и параметры диодов Шоттки

К многочисленному семейству полупроводниковых диодов названных по фамилиям учёных, которые открыли необычный эффект, можно добавить ещё один. Это диод Шоттки.

Немецкий физик Вальтер Шоттка открыл и изучил так называемый барьерный эффект возникающий при определённой технологии создания перехода металл-полупроводник.

Основной «фишкой» диода Шоттки является то, что в отличие от обычных диодов на основе p-n перехода, здесь используется переход металл-полупроводник, который ещё называют барьером Шоттки. Этот барьер, так же, как и полупроводниковый p-n переход, обладает свойством односторонней электропроводимости и рядом отличительных свойств.

В качестве материала для изготовления диодов с барьером Шоттки преимущественно используется кремний (Si) и арсенид галлия (GaAs), а также такие металлы как золото, серебро, платина, палладий и вольфрам.

На принципиальных схемах диод Шоттки изображается вот так.

Как видим, его изображение несколько отличается от обозначения обычного полупроводникового диода.

Кроме такого обозначения на схемах можно встретить и изображение сдвоенного диода Шоттки (сборки).

Сдвоенный диод – это два диода смонтированных в одном общем корпусе. Выводы катодов или анодов у них объединены. Поэтому такая сборка, как правило, имеет три вывода. В импульсных блоках питания обычно применяются сборки с общим катодом.

Так как два диода размещены в одном корпусе и выполнены в едином технологическом процессе, то их параметры очень близки. Поскольку они размещены в едином корпусе, то и температурный режим их одинаков. Это увеличивает надёжность и срок службы элемента.

У диодов Шоттки есть два положительных качества: весьма малое прямое падение напряжения (0,2-0,4 вольта) на переходе и очень высокое быстродействие.

К сожалению, такое малое падение напряжения проявляется при приложенном напряжении не более 50-60 вольт. При дальнейшем его повышении диод Шоттки ведёт себя как обычный кремниевый выпрямительный диод. Максимальное обратное напряжение для Шоттки обычно не превышает 250 вольт, хотя в продаже можно встретить образцы, рассчитанные и на 1,2 киловольта (VS-10ETS12-M3).

Так, сдвоенный диод Шоттки (Schottky rectifier) 60CPQ150 рассчитан на максимальное обратное напряжение 150V, а каждый из диодов сборки способен пропустить в прямом включении 30 ампер!

Также можно встретить образцы, выпрямленный за полупериод ток которых может достигать 400А максимум! Примером может служит модель VS-400CNQ045.

Очень часто в принципиальных схемах сложное графическое изображение катода попросту опускают и изображают диод Шоттки как обычный диод. А тип применяемого элемента указывают в спецификации.

К недостаткам диодов с барьером Шоттки можно отнести то, что даже при кратковременном превышении обратного напряжения они мгновенно выходят из строя и главное необратимо. В то время как кремниевые силовые вентили после прекращения действия превышенного напряжения прекрасно самовосстанавливаются и продолжают работать. Кроме того обратный ток диодов очень сильно зависит от температуры перехода. На большом обратном токе возникает тепловой пробой.

К положительным качествам диодов Шоттки кроме высокого быстродействия, а, следовательно, малого времени восстановления можно отнести малую ёмкость перехода (барьера), что позволяет повысить рабочую частоту. Это позволяет использовать их в импульсных выпрямителях на частотах в сотни килогерц. Очень много диодов Шоттки находят своё применение в интегральной микроэлектронике. Выполненные по нано технологии диоды Шоттки входят в состав интегральных схем, где они шунтируют переходы транзисторов для повышения быстродействия.

В радиолюбительской практике прижились диоды Шоттки серии 1N581x (1N5817, 1N5818, 1N5819). Все они рассчитаны на максимальный прямой ток (I_F(AV)) – 1 ампер и обратное напряжение (V_RRM) от 20 до 40 вольт. Падение напряжения (V_F) на переходе составляет от 0,45 до 0,55 вольт. Как уже говорилось, прямое падение напряжения (Forward voltage drop) у диодов с барьером Шоттки очень мало.

Также достаточно известным элементом является 1N5822. Он рассчитан на прямой ток в 3 ампера и выполнен в корпусе DO-201AD.

Также на печатных платах можно встретить диоды серии SK12 – SK16 для поверхностного монтажа. Они имеют довольно небольшие размеры. Несмотря на это SK12-SK16 выдерживают прямой ток до 1 ампера при обратном напряжении 20 – 60 вольт. Прямое падение напряжения составляет 0,55 вольт (для SK12, SK13, SK14) и 0,7 вольт (для SK15, SK16). Также на практике можно встретить диоды серии SK32 – SK310, например, SK36, который рассчитан на прямой ток 3 ампера.

Применение диодов Шоттки в источниках питания.

Диоды Шоттки активно применяются в блоках питания компьютеров и импульсных стабилизаторах напряжения. Среди низковольтных питающих напряжений самыми сильноточными (десятки ампер) являются напряжения +3,3 вольта и +5,0 вольт. Именно в этих вторичных источниках питания и используются диоды с барьером Шоттки. Чаще всего используются трёхвыводные сборки с общим катодом. Именно применение сборок может считаться признаком высококачественного и технологичного блока питания.

Выход из строя диодов Шоттки одна из наиболее часто встречающихся неисправностей в импульсных блоках питания. У него может быть два «дохлых» состояния: чистый электрический пробой и утечка. При наличии одного из этих состояний блок питания компьютера блокируется, так как срабатывает защита. Но это может происходить по-разному.

В первом случае все вторичные напряжения отсутствуют. Защита заблокировала блок питания. Во втором случае вентилятор «подёргивается» и на выходе источников питания периодически то появляются пульсации напряжения, то пропадают.

То есть схема защиты периодически срабатывает, но полной блокировки источника питания при этом не происходит. Диоды Шоттки гарантированно вышли из строя, если радиатор, на котором они установлены, разогрет очень сильно до появления неприятного запаха. И последний вариант диагностики связанный с утечкой: при увеличении нагрузки на центральный процессор в мультипрограммном режиме блок питания самопроизвольно отключается.

Следует иметь в виду, что при профессиональном ремонте блока питания после замены вторичных диодов, особенно с подозрением на утечку, следует проверить все силовые транзисторы выполняющие функцию ключей и наоборот: после замены ключевых транзисторов проверка вторичных диодов является обязательной процедурой. Всегда необходимо руководствоваться принципом: беда одна не приходит.

Проверка диодов Шоттки мультиметром.

Проверить диод Шоттки можно с помощью рядового мультиметра. Методика такая же, как и при проверке обычного полупроводникового диода с p-n переходом. Но и тут есть подводные камни. Особенно трудно проверить диод с утечкой. Прежде всего, элемент необходимо выпаять из схемы для более точной проверки. Достаточно легко определить полностью пробитый диод. На всех пределах измерения сопротивления неисправный элемент будет иметь бесконечно малое сопротивление, как в прямом, так и в обратном включении. Это равносильно короткому замыканию.

Сложнее проверить диод с подозрением на «утечку». Если проводить проверку мультиметром DT-830 в режиме «диод», то мы увидим совершенно исправный элемент. Можно попробовать измерить в режиме омметра его обратное сопротивление. На пределе «20кОм» обратное сопротивление определяется как бесконечно большое. Если же прибор показывает хоть какое-то сопротивление, допустим 3 кОм, то этот диод следует рассматривать как подозрительный и менять на заведомо исправный. Стопроцентную гарантию может дать полная замена диодов Шоттки по шинам питания +3,3V и +5,0V.

Где ещё в электронике используются диоды Шоттки? Их можно обнаружить в довольно экзотических приборах, таких как приёмники альфа и бета излучения, детекторах нейтронного излучения, а в последнее время на барьерных переходах Шоттки собирают панели солнечных батарей. Так, что они питают электроэнергией и космические аппараты.

Схемы Подключения Диодов Шоттки

На всех пределах измерения сопротивления, мультиметр отобразит в обе стороны бесконечно низкое сопротивление или короткое замыкание. К достоинствам последних относят чрезвычайно малый обратный ток, который для отдельных диодов Шоттки может составлять единицы пикоампер, возможность работы компонентов отдельных марок на частотах до сотен гигагерц и даже выше.

Причем в обоих случаях запаха гари вы не почувствуете и дыма не увидите, так как в корпусе встроена специальная защита против таких происшествий.

Доступная стоимость диодов Шоттки позволяет сделать это практически в любой момент без особых трат. При использовании типичного мультиметра может отображаться полная работоспособность элемента при работе прибора в режиме «диод».
Солнечные панели с диодами Шоттки

Некоторое время назад лично у меня возникла проблема с выпрямителем преобразователя для авто усилителя. Для изготовления переходов Шоттки в качестве полупроводника обычно используют кремний, а применяемые металлы и химические соединения — это золото, силицид платины, молибден и .

И последний вариант диагностики связанный с утечкой: при увеличении нагрузки на центральный процессор в мультипрограммном режиме блок питания самопроизвольно отключается. Именно в таких цепях вторичного питания приборы Шоттки используют чаще всего.

Поскольку они размещены в едином корпусе, то и температурный режим их одинаков.

Изделие стабильнее в работе, чем другие полупроводниковые аналоги, а простота изготовления и устройства диода Шоттки делают его очень доступным вариантом.

Главное — понимать специфику его работы и использовать его корректно.

Принцип работы диода

Обозначение, применение и параметры диодов Шоттки

Как уже говорилось, прямое падение напряжения Forward voltage drop у диодов с барьером Шоттки очень мало. Так обеспечивается минимальная собственная емкость диода Шоттки, что делает возможным с большей эффективностью использовать его в устройствах с высокими и сверхчастотами. Возможно, дело связано именно с диодами, и каждый может разобрать процессор и посмотреть, что внутри случилось.

Между металлом и полупроводником возникнет электрическое поле, тормозящее и возвращающее обратно основные носители заряда полупроводника. Например, если анод общий, то это будет одна ножка из трех.

Использование диодов Шоттки в мостах обусловлено низким падением напряжения на диоде, что влечет за собой меньшие потери на мосту и снижает его нагрев.

Осмотреть на предмет механических повреждений, присутствия следов разрушительных химических реакций.

Если в полупроводнике или диодном мосту возникнет обрыв, тогда он вообще перестанет пропускать ток.

Технология изготовления этих электронных элементов очень проста, поэтому он и является самым дешевым. А тип применяемого элемента указывают в спецификации.

Вследствие технологии изготовления и на основе описанного принципа действия, — диоды Шоттки имеют малое падение напряжения в прямом направлении, значительно меньшее чем у традиционных p-n-диодов. При идентичных параметрах собранных таким образом элементов обеспечивается надежность работы всего устройства, в первую очередь, за счет единой температуры.
Последовательное соединение диодов

2.4. Гетеропереходы

В контактной области возникнет электрическое поле, образованное этими зарядами, и будет иметь место изгиб энергетических зон. Прямое падение напряжения на переходе Шоттки меньше, чем у типового электронно-дырочного перехода.

Так, что они питают электроэнергией и космические аппараты. Они имеют довольно небольшие размеры. Однако большой процент обратного тока является очевидным недостатком.

Как известно: ниже емкость — выше частота. В компьютерных блоках питания можно найти самые разные диодные сборки, единичных диодов тут почти не бывает — в одном корпусе два мощных диода, часто почти всегда с общим катодом.

Металл-полупроводник: принцип работы перехода Структура элемента Принцип работы диода Шоттки основан на особенностях барьера. Кроме того обратный ток диодов очень сильно зависит от температуры перехода. Сегодня диоды Шоттки типа 25CTQ на напряжение до 45 вольт, на ток до 30 ампер для каждого из пары диодов в сборке можно встретить во многих импульсных источниках питания, где они служат в качестве силовых выпрямителей для токов частотой до нескольких сотен килогерц.

Нельзя не затронуть тему недостатков диодов Шоттки, они конечно есть, и их два. При любом из этих состояний ИБП блокируется благодаря встроенной схеме защиты. В первом случае все вторичные напряжения отсутствуют. Поэтому, сборку или отдельный элемент необходимо сначала демонтировать из схемы для проверки.

При идентичных параметрах собранных таким образом элементов обеспечивается надежность работы всего устройства, в первую очередь, за счет единой температуры. Прямое падение напряжения 0,2 — 0,4 вольта наряду с высоким быстродействием единицы наносекунд — несомненные преимущества диодов Шоттки перед p-n-собратьями. Их можно обнаружить в довольно экзотических приборах, таких как приёмники альфа и бета излучения, детекторах нейтронного излучения, а в последнее время на барьерных переходах Шоттки собирают панели солнечных батарей. Доступный, надежный, отличается широкой сферой применения благодаря особенностям в своей конструкции. Особенности и принцип работы диода Шоттки Как работает диод Шоттки?

На пределе «20кОм» обратное сопротивление определяется как бесконечно большое. Во-первых, кратковременное превышение критического напряжения мгновенно выведет диод из строя.

В прямом направлении ток растет по экспоненте вместе с ростом прикладываемого напряжения. При более высоком значении они ведут себя как обычные диоды. Ток термоэлектронной эмиссии с поверхности твердого тела определяет уравнение Ричардсона: Создадим условия, когда при контакте полупроводника, например n-типа, с металлом термодинамическая работа выхода электронов из металла была бы больше, чем термодинамическая работа выхода электронов из полупроводника.
Обзор диодов шоттки с общим анодом и общим катодом. Тест транзистора 13007

Особенности и принцип работы диода Шоттки

Если есть, то нужно их достать и заменить новым полупроводником, устранив неполадки самостоятельно, но лучше обратиться за помощью к профессионалам. Для всех приборов, имеющих барьерную структуру, свойственна несимметричность ВАХ, ведь именно количеством носителей электрического заряда обусловлена зависимость тока от напряжения.

Рассмотрим их: Если в полупроводниковом элементе возникнет пробоина, то он просто перестает держать ток и становится проводником.

Как видим, электроника не стоит на месте, и дальнейшие варианты применения быстродействующих приборов будет только увеличиваться, давая возможность разрабатывать новые, более сложные системы.

При дальнейшем его повышении диод Шоттки ведёт себя как обычный кремниевый выпрямительный диод. Однако большой процент обратного тока является очевидным недостатком. Как правило, они либо полностью пробиваются, либо дают утечку.

Отличие от других полупроводников

Сдвоенный диод — это два диода смонтированных в одном общем корпусе. Очень часто в принципиальных схемах сложное графическое изображение катода попросту опускают и изображают диод Шоттки как обычный диод.

Понравилась статья? Чаще всего выбирается кремний, возможно применение арсенида галлия.

Разновидности диодов Шоттки

Главное, за что радиолюбители их так ценят — высокое быстродействие и малое падение напряжения на переходе — максимум 0,55 вольт — при невысокой цене данных компонентов. В металле отсутствуют неосновные носители заряда, и инжекция не- 35 Москатов Е.

Есть и более простые схемы, где диоды Шоттки очень малы. Подобные элементы используются в современных батареях и транзисторах, работа которых обеспечивается сенечной энергией. Нерабочее состояние возникает при: утечке на корпус; электроприборе.
Диоды в солнечной энергетике. Надо ли их ставить?

Диод с очень низким падением.

Нужно запитать от usb выхода устройство, в целях безопасности нужен диод(шоттки), при расчете что напряжение будет падать в районе 0,1-0,15 вольт.

Любой германиевый диод?

• Показать ответ
• Ссылка

Вроде же для германиевых типовое Vf от 0.2 до 0.3 ?

ТС — ток то какой нужен? А так для токов районе 1А Шоттки можно найти 0.3V/1A, для маленьких токов лучше есть. Смотреть на digikey — выбрать диоды и потом в фильтрах нужный Vf

• Показать ответ
• Ссылка

1.5А максимум. При этом устройство питается от 5 вольт, как будет от 4.7 не знаю.

• Показать ответ
• Ссылка

Не реально такое падение на диоде. Ключ либо реле. Или 0.3v падение. Еще можно polyswitch на защиту, но токи ему слабоваты.

Меняй требования, урезай осетра.

Безопасности от чего? От переполюсовки? Бери MOSFET.

Падение очень маленькое.

• Показать ответы
• Ссылка

Главное MOSFET выбрать без внутреннего диода, который там часто образуется чисто технологически. Иначе на переполюсовке все через него потечет.

• Показать ответ
• Ссылка

Да диод по боку. Внутренний диод ориентирован в сторону течения тока. Открытый транзистор шунтирует этот диод, когда полярность правильная. А при неправильной полярности диод будет смещен в обратном направлении.

Вот так будет понятнее (стабилитрон тут для защиты)

• Показать ответ
• Ссылка

Получается такая цепь, в которой 5 вольт питают реле, и подаются на вкл состояние. Если же цепь разомкнуть, то реле начнет подпитываться от конденсатора, который установлен на выходе реле.
В итоге получается если разомкнуть цепь, то устройство выключится, если поставить диод, то напряжение упадет, а вот на сколько зависит от диода.

• Показать ответ
• Ссылка

Ты неправильно задаешь вопросы. Ты сначала напиши, для чего тебе надо, схему покажи. А то я уже предполагаю, что тебе совсем другая защита нужна — защита на обмотку реле, а не переполюсовка.

• Показать ответ
• Ссылка

смеха. На ней видно, что при отключении питания, реле берет напряжение с конденсатора. Если поставить диод, то всё нормально, но напряжение падает от диода.

• Показать ответ
• Ссылка

По Фрейду. Лол. 🙂 А зачем ты переключаешь релюхой напряжение с 5 В опять на 5 В. Тебе же, наверное, надо включить и выключить? Что делает твоя схема?

UPD. А вот первая кнопка — это просто кнопка или тоже к реле относится? Ты хочешь зарядить кондей, а потом отключить и чтобы лампочка продолжала гореть от кондея?

• Показать ответ
• Ссылка

я хочу чтобы нагрузка через реле во включенном состоянии питалось от нижнего источника питания, который и включает реле, а в выключенном от второго. Хотел/чу сделать резервное питание, верхнее питание уже сделано, там 18650 через dc-dc-stepup на 5 вольт, а нижнее(основное) от БП.
Первая кнопка просто для теста, она не нужна. её не будет.
Нелогично постоянно питаться через dc-dc-stepup от 18650, которые будут постоянно и заряжаться и разряжаться.

• Показать ответы
• Ссылка

Ок, понятно. А защищать что хотел? И от чего? 🙂

Надо поставить диод в обратном включении примерно на 1 А (1N4001-1N4007 сойдет) на концы обмотки реле. И еще: какое сопротивление у обмотки у тебя?

• Показать ответ
• Ссылка

сопротивление обмотки 69,2Ом

• Показать ответ
• Ссылка

То есть с порта у тебя в установившемся режиме будет выжирать 72 мА. Ну, потянет. Но про диод не забудь! Это очень важно. Иначе можешь пожечь порт.

• Показать ответ
• Ссылка

А может кренка + кондер побольше? Пока ты будешь переключать питашку — кондер сгладит скачок.

можешь привести пример, а то недопонимаю как подключить то.

• Показать ответ
• Ссылка

• Показать ответ
• Ссылка

Диод в таком положении ничего не дал, питание на реле всё равно от конденсатора идет через замкнутую цепь.

• Показать ответ
• Ссылка

Диод в таком положении ничего не дал, питание на реле всё равно от конденсатора идет через замкнутую цепь.

А он ничего и не даст, кроме защиты порта от напряжения самоиндукции, возникающего на обмотке реле в момент отключения питания. 🙂

Ну иногда эту проблему решают так — берут зарядник на нужный ток схемы и подключают к нему параллельно аккумулятор и нагрузку. Если нагрузка не активна, то тупо заряжается аккумулятор до максимального уровня. Если аккумулятор заряжен, то он перестаёт жрать ток, зато если включена нагрузка, то жрёт она — зарядник питает схему, выдавая максимальное напряжение, которое должно быть на аккумуляторе — аккумулятор не заряжается уже. Если же нагрузка начнёт жрать больше, чем способен выдать источник питания, то аккумулятор будет подсаживаться, пока нагрузка не уменьшится. Ну и если и аккумулятор разряжен, и нагрузка включена, то он тупо будет заряжаться не максимальным током зарядника, потому что часть тока уйдёт на питание схемы.

И да, это штатная схема для многих микросхем зарядки LiPo. Например, вот официальная схема для MAX1555: http://www.maximintegrated.com/en/images/qv/4002.gif — там можно заметить, что после аккумулятора идёт External Load (в твоём случае там будет повышающий преобразователь). И не нужно никаких реле и хитрых схем. Всё решит простое правило — «ток течёт лишь если есть разность потенциалов» — если аккумулятор заряжен на какой-то уровень, а напряжение не поднимается и не опускается (ни одна нормальная микросхема зарядки LiPo не выдаст больше 4.2 вольт — максимальное напряжение для данного типа аккумуляторов), то он не будет ни заряжаться, ни разряжаться (если не учитывать саморазряд). Аккумулятор в некотором приближении можно считать конденсатором (только его нельзя разряжать в ноль, а из-за гигантской ёмкости по сравнению с нормальным конденсатором — нужно ограничивать ток заряда контроллером) и использовать соответственно.

• Показать ответ
• Ссылка

Получается тот модуль который у меня собран, Li-ion зарядное, 4.2 вольта 1А, для заряда 18650 —> dc-dc-stepup, через него просто напитывать устройство, рационально ли это? Насколько вредно будет для li-ion?

Домашние «бесперебоники» работают по той же схеме? заряжая 12v аккумулятор, и с него же опять преобразуют в 220?

• Показать ответ
• Ссылка

Для Li-Ion это не будет вредно никаким боком, потому что ток из/в него прекратится как только он зарядится. Главное, чтобы схема зарядки смогла нормально питать целевую схему. Если будет не хватать тока, то аккумулятор будет потихоньку разряжаться и если схему никто не отключит, то разрядится в ноль. Но тебе надо просто выбрать правильную микросхему зарядки, которая осилит питать твою схему через себя.

я хочу чтобы нагрузка через реле во включенном состоянии питалось от нижнего источника питания, который и включает реле, а в выключенном от второго.

Так тебя бесшовность интересует? Я правильно понимаю? То есть для твоей лампочки пропажа питания недопустима? Или лампочка тоже для примера?

• Показать ответ
• Ссылка

Может таки мосфет в режиме диода воткнуть, если на защиту от переполюсовки?

Если выбор питальника — смотри мультиплексоры питания. Я MAX1538 леплю на свои поделки, ибо вин.

• Показать ответ
• Ссылка

Не, там диод именно в обратной полярности (иначе толку от ключа мало). Он еще при коммутации индуктивной нагрузки защищает транзистор от пробоя обратным напряжением (правда, диод по характиристикам говеный, и на токах нагрузки > 20 ампер станет нехило греться).

Дык вот если я правильно понимаю, при переполюсовке он как раз начнет все пропускать.

Может я чего не понимаю или от жизни отстал, но когда регуляторы для моторчиков делал, мощные мосфеты типа IRL2203 были именно такие как описываю.

Диод шоттки с минимальным падением напряжения

Как показывает текущая статистика отказов современных системных блоков питания, наибольшее количество неисправностей возникает цепях источников питания. Отказы силовых транзисторных ключей (наиболее типовая неисправность блоков питания предыдущих поколений) время случаются крайне редко, что является показателем тех успехов, которые были достигнуты пятилетие производителями силовой полупроводниковой электроники. Одним проблематичных узлов современных блоков питания становятся вторичные выпрямители Шоттки, что обусловлено большими значениями выходных токов блока питания. Именно высокая частота отказов диодов Шоттки стала основанием для появления этой публикации нашего журнала.

Диод Шоттки (назван немецкого физика Baльтера Шоттки) – полупроводниковый диод падением напряжения при прямом включении. Диоды Шоттки используют переход металл-полупроводник барьера Шоттки (вместо перехода, как диодов). Допустимое обратное напряжение промышленно выпускаемых диодов Шоттки ограничено (MBR40250 большинство диодов Шоттки применяется цепях при обратном напряжении порядка единиц

Достоинства диодов Шоттки

время как обычные кремниевые диоды имеют прямое падение напряжения около 0.6 – 0.7 В, применение диодов Шоттки позволяет снизить это значение до 0.2 – 0.4 малое прямое падение напряжения присуще только диодам Шоттки обратным напряжением порядка десятков вольт. обратных напряжениях, прямое падение становится сравнимым параметром кремниевых диодов, что ограничивает применение диодов Шоттки низковольтными цепями. Например, для силового диода Шоттки 30Q150 возможным обратным напряжением (150 В) при прямом токе падение напряжение нормируется 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 диода. используется микросхемах, где диодами Шоттки шунтируются переходы транзисторов логических элементов. электронике малая ёмкость перехода короткое время восстановления) позволяет строить выпрямители, работающие кГц Например, диод MBR4015 (15 В, оптимизированный под высокочастотное выпрямление, нормирован для работы при dV/dt до

Благодаря лучшим временным характеристикам емкостям перехода, выпрямители Шоттки отличаются диодных выпрямителей пониженным уровнем помех, что делает предпочтительными для применения блоках питания аналоговой аппаратуры.

Недостатки диодов Шоттки

при кратковременном превышении максимального обратного напряжения, диод Шоттки необратимо выходит диодов, которые переходят обратного пробоя, условии непревышения рассеиваемой максимальной мощности, после падения напряжения диод полностью восстанавливает свои свойства.

диоды Шоттки характеризуются повышенными (относительно обычных кремниевых диодов) обратными токами, возрастающими температуры кристалла. 30Q150 обратный ток при максимальном обратном напряжении изменяется от 0.12 мА при +25°C до 6.0 мА при +125°C. диодов ТО-220 обратный ток может превышать величину миллиампер до при +125°C). условиях теплоотвода положительная обратная связь по теплу Шоттки приводит катастрофическому перегреву.

характеристика барьера Шоттки имеет ярко выраженный несимметричный вид. прямых смещений ток экспоненциально растёт приложенного напряжения. обратных смещений ток случаях, при прямом смещении, ток Шоттки обусловлен основными носителями электронами.

По этой причине диоды барьера Шоттки являются быстродействующими приборами, поскольку отсутствуют рекомбинационные процессы. Несимметричность характеристики барьера Шоттки является типичной для барьерных структур. Зависимость тока структурах обусловлена изменением числа носителей, принимающих участие зарядопереноса. напряжения заключается числа электронов, переходящих части барьерной структуры

Диоды Шоттки питания

В системных блоках питания, диоды Шоттки используются для выпрямления тока каналов +3.3В и +5В, а, как известно, величина выходных токов этих каналов составляет десятки ампер, что приводит очень серьезно относиться быстродействия выпрямителей потерь. Решение этих вопросов способно значительно увеличить КПД источников питания надежность работы силовых транзисторов первичной части блока питания.

Итак, для уменьшения динамических коммутационных потерь режима короткого замыкания при переключении, сильноточных каналах (+3.3В и +5В), где эти потери наиболее значительны, выпрямительных элементов используются диоды Шоттки. Применение диодов Шоттки каналах обусловлено следующими соображениями:

1) Диод Шоттки является практически безынерционным прибором малым временем восстановления обратного сопротивления, что приводит обратного вторичного тока и броска тока через коллекторы силовых транзисторов первичной части переключения диода. степени снижает нагрузку транзисторы, и, как результат, увеличивает надежность блока питания.

2) Прямое падение напряжения Шоки также очень мало, что при величине тока обеспечивает значительный выигрыш

Так как блоках питания очень мощным становится напряжения +12В, то применение диодов Шоттки канале также значительный энергетический эффект, однако +12В нецелесообразно. что при обратном напряжении свыше 50В (а +12В обратное напряжение может достигать величины и 60В) диоды Шоттки начинают плохо переключаться (слишком долго этом возникают значительные обратные токи утечки), что приводит всех преимуществ Поэтому +12В используются быстродействующие кремниевые импульсные диоды. сейчас выпускаются диоды Шоттки и обратным напряжением, но питания считается нецелесообразным по разным причинам, числе плана. правилах имеются исключения, поэтому блоках питания можно встретить диодные сборки Шоттки и +12В.

В современных системных блоках питания компьютеров диоды Шоттки представляют собой, как правило, диодные сборки диодов (диодные полумосты), что однозначно повышает технологичность блоков питания, улучшает условия охлаждения диодов. Использование отдельных диодов а сборок, является сейчас показателем низкокачественного блока питания.

Диодные сборки выпускается, типах корпусов

— TO-220 (менее мощные сборки токами до иногда до 25-30А);

— TO-247 (более мощные сборки токами

— TO-3P (мощные сборки).

Электрическая схема диодной сборки Шоттки представлены на

Электрические характеристики диодных сборок, наиболее часто используемых системных блоках питания представлены

Взаимозаменяемость диодных сборок определяется, исходя из Естественно, что при невозможности использовать диодную сборку характеристиками, лучше проводить замену значениями тока случае гарантировать стабильную работу блока питания будет невозможно. Известны случаи, когда производители применяют блоках питания диодные сборки запасом по мощности (хотя чаще приходится наблюдать ситуацию, как раз, обратную), ремонте можно установить прибор значениями тока или напряжения. Однако при такой замене необходимо самым тщательным образом проанализировать характеристики блока питания нагрузки, ответственность такой доработки, естественно, ложится специалиста, производящего ремонт.

Проявление неисправностей диодов Шоттки

Как уже отмечалось, неисправность диодов Шоттки является одной проблем современных блоков питания. предварительным признакам можно предположительно определить Таких признаков несколько.

при пробоях вторичных выпрямительных диодов, как правило, срабатывает защита, питания проявляться

1) При включении блока питания вентилятор «дергается», совершает несколько оборотов после этого выходные напряжения полностью отсутствуют, источник питания блокируется.

2) После включения блока питания вентилятор «дергается» постоянно, блока питания можно наблюдать пульсации напряжения, защита срабатывает периодически, питания при этом полностью

3) Признаком неисправности диодов Шоттки является чрезвычайно сильный разогрев вторичного радиатора, они установлены.

4) Признаком утечки диодов Шоттки может являться самопроизвольное выключение блока питания, при увеличении нагрузки (например, при запуске программ, обеспечивающих 100% загрузку процессора), невозможность запустить компьютер после «апгрейда», хотя мощность блока питания является достаточной.

Кроме того, необходимо осознавать, что питания схемотехникой, утечки выпрямительных диодов приводят первичной цепи и тока через силовые транзисторы, что может стать причиной Таким образом, профессиональный подход блоков питания, диктует обязательную проверку вторичных выпрямительных диодов при каждой замене силовых транзисторов-ключей первичной части блока питания.

Диагностика диодов Шоттки

Проверка диагностика диодов Шоттки, является достаточно непростым делом, многое здесь определяется типом используемого измерительного прибора подобных измерений, хотя определить обычный пробой одного или двух диодов диодной сборки Шоттки особого труда. необходимо выпаять диодную сборку тестером оба диода согласно схеме диагностике тестер необходимо установить проверки диодов. Неисправный диод направлениях покажет одинаковое сопротивление (как правило, очень малое, покажет короткое замыкание), что непригодность для дальнейшего использования. Однако явные пробои диодных сборок встречаются очень

В приходится иметь дело (причем зачастую утечками) диодов Шоттки. утечки, выявить таким способом невозможно. «Утекающий» диод при проверках тестером «диод» является большинстве случаев полностью исправным. Гарантированную точность диагностики, взгляд, позволяет дать только такой метод, как замена диода исправный аналогичный прибор.

Но выявить «подозрительный» диод можно попытаться методики, заключающейся сопротивления его обратного перехода. будем пользоваться проверки диодов, омметром.

Внимание! этой методики следует помнить, что разные тестеры могут давать отличающиеся показания, что объясняется различием самих тестеров.

Итак, устанавливаем предел измерений [20К] обратное сопротивление диода практика, исправные диоды пределе измерений должны показывать бесконечно большое сопротивление.

при измерении выявляется некоторое, как правило, небольшое сопротивление то такой диод можно считать «очень подозрительным» лучше заменить, или проверить методом замены. проводить проверку измерений [200К], то даже исправные диоды могут показывать направлении очень небольшое сопротивление (единицы кОм), поэтому использовать предел [20К]. Естественно, что пределах измерений (2 Мом, даже абсолютно исправный диод оказывается полностью открытым, его переходу прикладывается слишком высокое (для диодов Шоттки) обратное напряжение. [200К] можно проводить проверку сравнительным методом, брать гарантированно-исправный диод, измерять его обратное сопротивление проверяемого диода. Значительные отличия измерениях будут указывать замены диодной сборки.

Иногда встречаются ситуации, когда выходит только один сборки. случае неисправность также легко выявляется методом сравнения обратного сопротивления двух диодов одной сборки. Диоды одной сборки должны иметь одинаковое сопротивление.

Предложенную методику можно дополнить еще устойчивость. проверки заключается момент времени, когда проверяется сопротивление обратного перехода измерений [20K] абзац), необходимо коснуться разогретым паяльником контактов диодной сборки, обеспечивая тем самым прогрев Неисправная диодная сборка практически мгновенно начинает «плыть», сопротивление начинает очень быстро уменьшаться, время как исправная диодная сборка достаточно долго удерживает обратное сопротивление большом значении. очень важна, при работе диодная сборка сильно нагревается нагрева изменяет свои характеристики. Рассмотренная методика обеспечивает проверку устойчивости характеристик диодов Шоттки колебаниям, ведь увеличение температуры корпуса до 125°C увеличивает значение обратного тока утечки раз

Вот так можно попытаться проверить диод Шоттки, однако предложенными методиками злоупотреблять, проводить проверки большом пределе измерений сопротивления сильно разогревать диод, теоретически, все это может привести

Кроме того, отказа диодов Шоттки под действием температуры, необходимо строго соблюдать все рекомендуемые условия пайки (температурный режим пайки). отдать должное производителям диодов, так как многие добились того, что монтаж сборок можно осуществлять при высокой температуре 250 °C

Диод Шоттки. Устройство, принцип работы и основные характеристики.

Приветствую всех на сайте MicroTechnics снова! Сегодня мы продолжим курс “Основы электроники“, и героем статьи станет еще один электронный компонент, а именно диод Шоттки. В недавних статьях мы рассматривали принцип работы и применение обычных диодов и стабилитронов:

И вот настало время диода Шоттки!

Основной отличительной особенностью этого элемента является малое падение напряжения при прямом включении (относительно обычного выпрямительного диода). Давайте разберемся, с чем же в данном случае связано это пониженное падение.

“Сердцем” диода Шоттки является не p-n переход, который образуется при соприкосновении двух полупроводников с разными типами проводимости, а так называемый барьер Шоттки. И элемент, и барьер названы так в честь немецкого физика Вальтера Шоттки, который занимался исследованием этих процессов и явлений в 1930-х годах.

Так вот барьер Шоттки – это переход между металлом и полупроводником. В обычном диоде у нас используется переход между полупроводниками p-типа и n-типа, а здесь уже совсем другая история – металл + полупроводник.

Для работы барьера Шоттки необходимо, чтобы работы выхода использующихся металла и полупроводника были различными. А работа выхода, в свою очередь, это энергия, которую необходимо сообщить электрону для его удаления из твердого тела. Рассмотрим случай, когда барьер образуется при контакте металла и полупроводника n-типа. Причем работа выхода электронов из полупроводника меньше, чем работа выхода из металла:

Здесь нам важно заметить, что поскольку phi_ <М>> phi_ <П>, то, напротив, j_ <М>. В результате этого при контакте металла и полупроводника в пограничной области буду скапливаться заряды:

Иными словами, из-за того, что работа выхода из полупроводника меньше, то электронам проще перейти из него в металл, чем наоборот, в обратном направлении. Но как и для p-n перехода этот процесс не будет протекать бесконечно. Эти заряды создадут дополнительное электрическое поле в граничной области, и, в результате, под действием этого поля токи термоэлектронной эмиссии выравняются.

Как видите, в целом, процессы, протекающие в барьере Шоттки, по своей сути очень похожи на то, что происходит в p-n переходе при контакте двух полупроводников. При подключении внешнего напряжения возникает дополнительное поле, которое смещает баланс токов в пограничной области.

Несмотря на некую схожесть процессов ключевым отличием является то, что в диоде Шоттки протекание тока как при прямом смещении, так и при обратном, связано исключительно с перемещением основных носителей заряда. То есть по сравнению с p-n переходом отсутствует диффузионная составляющая тока, которая связана с инжекцией неосновных носителей. А это, в свою очередь, приводит ко второй важнейшей отличительной особенности диодов Шоттки – повышенному быстродействию (поскольку отсутствуют рекомбинационные и диффузионные процессы).

Как вы помните, при прямом смещении в обычном диоде в полупроводниковых областях накапливаются неосновные носители заряда – дырки в n-области и электроны в p-области:

Так вот в момент перехода диода в закрытое состояние (при подаче обратного смещения) неосновные носители начинают перемещаться навстречу друг другу, что приводит к возникновению кратковременного импульса обратного тока. Для диодов Шоттки же этот негативный и нежелательный эффект фактически сводится на нет!

Итак, суммируем все, что мы рассмотрели, и построим вольт-амперную характеристику диода Шоттки и обычного выпрямительного диода:

А теперь резюмируем плюсы и минусы этих элементов:

• Первое преимущество – меньшее падение напряжения при прямом включении. Для диодов Шоттки оно может составлять 0.2-0.4 В, тогда как для обычных кремниевых диодов величина равна 0.6-0.7 В. А меньшее напряжение при одинаковом токе – это меньшая рассеиваемая мощность, то есть диод Шоттки будет нагреваться гораздо меньше.
• Быстродействие – бесспорный плюс, который позволяет использовать диоды Шоттки на более высоких частотах.
• Из сравнения вольт-амперных характеристик мы можем заметить, что обратный ток обычного диода имеет меньшую величину. Это уже относится к недостаткам диодов Шоттки. Причем с повышением температуры обратный ток будет увеличиваться еще больше.
• И еще один недостаток – при превышении максимально допустимого значения обратного напряжения диод Шоттки выходит из строй с вероятностью равной 100%. В то же время обычный диод может перейти в режим обратимого пробоя (лавинного или туннельного) в том случае, если для него не произошел тепловой пробой (также необратимый). И при этом максимально допустимые значения обратного напряжения для диодов Шоттки почти всегда значительно меньше, чем для обычных диодов!

А теперь давайте проведем несколько практических экспериментов. Протестируем две аналогичные схемы на работу с сигналами высокой частоты. Только в одной схеме задействуем диод Шоттки, а в другой обычный выпрямительный диод и сравним осциллограммы сигналов на выходе.

На принципиальных схемах диод Шоттки обозначается так:

Тесты будем проводить на простой схеме однополупериодного выпрямителя:

Для эксперимента я взял диод Шоттки 10BQ015 и выпрямительный диод 1N4001. Попробуем подать на вход синусоиду с частотой 1 КГц:

Первый канал (желтый) – сигнал на входе
Второй канал (красный) – сигнал на выходе цепи с диодом Шоттки
Третий канал (синий) – сигнал на выходе цепи с обычным диодом

Результат вполне ожидаем. Диоды пропускают ток только в одном направлении, поэтому нижний полупериод входного сигнала срезается. Пока разницы, честно говоря, никакой не наблюдается. Увеличиваем частоту входного сигнала до 100 КГц:

Первый канал (желтый) – сигнал на входе
Второй канал (красный) – сигнал на выходе цепи с диодом Шоттки
Третий канал (синий) – сигнал на выходе цепи с обычным диодом

И здесь уже видим, что обычный диод с таким сигналом попросту перестает справляться. При переключении диода (из открытого состояния в закрытое) возникает нежелательный импульс обратного тока (в точности так, как мы и обсудили чуть ранее).

Итак, мы рассмотрели устройство, основные характеристики и принцип работы диода Шоттки. Давайте на этом и завершим сегодняшнюю статью, всем большое спасибо за уделенное время и до встречи в новых статьях!