A engenharia elétrica e a radioeletrônica estão repletas de muitos conceitos, um dos quais é o diodo Schottky, usado em vários circuitos elétricos. Muitas pessoas fazem perguntas sobre o que é um diodo Schottky, como ele é indicado nos diagramas e também qual é o princípio de funcionamento de um diodo Schottky.
Um diodo Schottky é um produto semicondutor de diodo que, quando conectado diretamente a um circuito, produz uma pequena redução de tensão. Este elemento consiste em metal e semicondutor. O diodo recebeu o nome do famoso físico de testes alemão W. Schottky, que o inventou em 1938 do século XX.
Na indústria, esse diodo é usado com tensão reversa limitada - até 250 V, mas na prática, para fins domésticos, para evitar o fluxo de corrente na direção oposta, são usadas principalmente opções de baixa tensão - 3-10V.
Os diodos Schottky podem ser divididos em 3 classes de acordo com as características de potência:
Um diodo de barreira Schottky (nome mais preciso do produto) consiste em um condutor com metal utilizado para contato, um anel de proteção e passivação de vidro.
No momento em que a corrente flui pelo circuito elétrico, cargas negativas e positivas se acumulam em diferentes partes do corpo em toda a área da barreira semicondutora e no anel protetor, o que leva ao surgimento de um campo elétrico e à liberação de energia térmica - esta é uma grande vantagem do diodo para muitos experimentos físicos.
Conjuntos de diodos deste tipo podem ser produzidos em diversas variações:
Características técnicas de modificações populares de diodos Schottky
| Nome | Limite de tensão de pico reverso | Limitar corrente do retificador | Corrente elétrica direta de pico | Limitar corrente reversa | Limitar a tensão direta | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Unidade Medidas | EM | A | SO | A | μA | EM |
| 1N5817 | 20 | 1 | 90 | 25 | 1 | 0,45 |
| 1N5818 | 30 | 1 | 90 | 25 | 1 | 0,55 |
| 1N5819 | 40 | 1 | 90 | 25 | 1 | 0,6 |
| 1N5821 | 30 | 3 | 95 | 80 | 2 | 0,5 |
| 1N5822 | 40 | 3 | 95 | 80 | 2 | 0.525 |
Os diodos Schottky diferem de outros produtos de diodo porque possuem uma barreira na forma de uma transição - um metal semicondutor, caracterizado por condutividade elétrica unidirecional. O metal neles pode ser silício, arsenieto de gálio e, menos comumente, podem ser usados compostos de germânio, tungstênio, ouro, platina e outros.
O desempenho deste componente eletrônico dependerá inteiramente do metal escolhido. O silício é mais frequentemente encontrado nesses projetos, pois é mais confiável e possui excelente desempenho em altas potências. Compostos de gálio e arsênico e germânio também podem ser usados. A tecnologia de produção deste produto eletrônico é simples, o que resulta no seu baixo custo.
O produto Schottky é caracterizado por uma operação mais estável quando corrente elétrica é aplicada do que outros tipos de diodos semicondutores. Isto é conseguido devido ao fato de que formações cristalinas especiais são introduzidas em seu corpo.
Os diodos descritos acima apresentam algumas vantagens, que são as seguintes:
A desvantagem mais significativa do componente é a enorme corrente reversa, que mesmo que este indicador salte várias unidades leva à falha do diodo.
Observação! Ao operar um elemento elétrico Schottky em circuitos com corrente elétrica poderosa sob condições desfavoráveis de troca de calor, ocorre uma ruptura térmica.
Um diodo Schottky em circuitos elétricos é designado quase exatamente da mesma forma que os semicondutores convencionais, mas com alguns recursos.
É importante notar que versões duplas do diodo Schottky também podem ser encontradas nos diagramas. Este projeto consiste em dois diodos conectados em um invólucro comum, possuindo cátodos ou ânodos soldados, o que leva à formação de três terminais.
As marcações de tais elementos são afixadas lateralmente na forma de letras e símbolos. Cada fabricante rotula seus produtos à sua maneira, mas obedecendo a determinados padrões internacionais.
Importante! Se a designação alfanumérica no corpo do diodo não estiver clara, é recomendável consultar a explicação no livro de referência de engenharia de rádio.
O uso de estruturas de diodo com barreira Schottky pode ser encontrado em diversos dispositivos e estruturas elétricas. Eles são mais frequentemente usados em circuitos elétricos nas seguintes técnicas:
Uma gama tão ampla de aplicações se deve ao fato de que tal elemento elétrico aumenta muito a eficiência e o desempenho do produto final, restaura a resistência reversa da corrente elétrica, preserva-a na rede elétrica, reduz o número de perdas no dinâmica da tensão elétrica e também absorve muitos tipos diferentes de radiação.
Não é difícil verificar a operacionalidade do elemento elétrico Schottky, mas levará algum tempo. Para diagnosticar mau funcionamento, você deve fazer o seguinte:
Importante! Ao realizar testes com multímetro, deve-se levar em consideração a corrente elétrica, que geralmente está indicada na lateral do produto.
O resultado destes passos simples será estabelecer a condição técnica do semicondutor. O diodo pode apresentar defeito pelos seguintes motivos:
Vale ressaltar que em tais incidentes não será visível fumaça nem cheiro de queimado, portanto, todos os diodos deverão ser verificados, sendo melhor entrar em contato com oficinas especializadas.
O diodo Schottky é um elemento simples e despretensioso, mas ao mesmo tempo extremamente necessário na eletrônica moderna, pois é graças a ele que é possível garantir o funcionamento ininterrupto de muitos dispositivos e produtos técnicos.
O diodo semicondutor, que tem como princípio de funcionamento o efeito barreira, leva o nome do cientista alemão que o descreveu, Walter Schottky.
Importante! O efeito de barreira é uma influência séria da carga espacial total no desenvolvimento de uma descarga em uma lacuna com um campo acentuadamente irregular.
Informações adicionais. O que é um diodo - um elemento eletrônico que possui capacidade desigual de conduzir corrente elétrica, dependendo de sua direção.
A válvula Schottky difere do tipo clássico porque a base de seu funcionamento é um par semicondutor-metal. Este par é frequentemente referido como barreira de Schottky. Essa barreira, além de sua capacidade de conduzir eletricidade em uma direção, semelhante a uma junção pn, possui vários recursos úteis.
O arsenieto de gálio e o silício são os principais fornecedores de materiais para a produção de elementos eletrônicos em condições industriais. Em casos mais raros, são utilizados elementos químicos preciosos: platina, paládio e similares.
Sua expressão condicional gráfica em circuitos elétricos não coincide com os diodos clássicos. As marcações dos componentes eletrônicos são semelhantes. Existem também diodos duplos em forma de conjunto.
Importante! Um diodo duplo é um par de diodos combinados em um volume comum.
Nas válvulas duplas, as saídas dos cátodos ou ânodos são combinadas. Segue-se que tal produto tem três fins. Conjuntos catódicos comuns, por exemplo, funcionam onde é necessária a comutação de fontes de alimentação. Diodos Schottky com ânodo comum são usados com muito menos frequência.
Os diodos estão localizados em uma única caixa e utilizam a mesma tecnologia de produção para sua fabricação, portanto, em termos de conjunto de parâmetros, são como irmãos gêmeos. Sua temperatura operacional também é a mesma, porque... estão em um espaço comum. Esta propriedade reduz significativamente a necessidade de substituí-los devido à perda de desempenho.
As propriedades distintivas mais importantes das válvulas em consideração são uma ligeira queda de tensão direta (até 0,4 V) no momento da transição e um alto tempo de resposta.
No entanto, a queda de tensão mencionada tem uma faixa estreita de tensão aplicada - não mais que 60 V. E esse valor em si é pequeno, o que define uma faixa bastante estreita de aplicação para esses diodos. Se a tensão ultrapassar o valor especificado, o efeito de barreira desaparece e o diodo passa a operar no modo de um diodo retificador convencional. A tensão reversa para a maioria deles não ultrapassa 250 V, porém, existem amostras com tensão reversa de 1,2 kV.
Ao projetar circuitos elétricos, os projetistas muitas vezes não destacam o diodo Schottky graficamente nos diagramas de circuitos, mas nas especificações da ordem indicam seu uso, especificando-o no tipo. Portanto, ao solicitar equipamentos, você precisa prestar muita atenção a isso.
Dentre os inconvenientes de se trabalhar com válvulas com barreira Schottky, é necessário destacar sua extrema “ternura” e intolerância ao menor, mesmo de muito curto prazo, excesso da tensão reversa nominal. Nesse caso, eles simplesmente falham e não são mais restaurados, o que, em comparação com os diodos de silício, não é benéfico para eles, porque estes últimos têm a propriedade de autocura, após o que podem continuar a funcionar normalmente sem necessidade de substituição. Também não devemos esquecer que a corrente reversa neles depende criticamente do grau de transição. Se aparecer uma corrente reversa significativa, a avaria não pode ser evitada.
O aumento da frequência de operação devido à baixa capacitância transitória e o curto período de recuperação devido ao alto desempenho são propriedades positivas que permitem que esses diodos sejam utilizados, por exemplo, por rádios amadores. Eles também são usados em frequências que chegam a várias centenas de kHz, por exemplo, em retificadores pulsados. Um grande número de diodos produzidos é usado em microeletrônica. O atual nível de desenvolvimento da ciência e da indústria permite a utilização da nanotecnologia no processo de fabricação de válvulas com barreira Schottky. As válvulas criadas desta forma são usadas para desviar transistores. Esta solução aumenta significativamente a resposta deste último.
As válvulas Schottky geralmente estão localizadas em fontes de alimentação de computadores. A tensão de cinco volts fornece uma corrente grave de dezenas de amperes, o que é um recorde para sistemas de energia de baixa tensão. Válvulas Schottky são usadas para essas fontes de alimentação. Basicamente, são usados diodos duplos com um único cátodo. Nem uma única fonte de alimentação de computador moderna de alta qualidade pode prescindir de tal montagem.
Diagnóstico. Uma fonte de alimentação “queimada” de um dispositivo eletrônico geralmente significa a necessidade de substituir o conjunto Schottky queimado. Existem apenas duas razões para o mau funcionamento: aumento da corrente de fuga e falha elétrica. Quando as condições descritas ocorrem, a energia elétrica para o computador deixa de ser fornecida. Os mecanismos de defesa funcionaram. Vejamos como isso acontece.
Não há tensão na entrada do computador de forma constante. A fonte de alimentação está completamente bloqueada pela proteção integrada no computador.
Surge uma situação “incompreensível”: a ventoinha de refrigeração começa a funcionar e novamente o ruído característico desaparece. Isso significa que a tensão na entrada do computador (saída da fonte de alimentação) aparece e desaparece. Aqueles. A proteção lida com erros periódicos, mas não tem pressa em bloquear completamente a fonte. Você sente um odor desagradável vindo de um bloco quente? O bloco de diodo definitivamente precisa ser substituído. Outro método de diagnóstico doméstico: quando a carga da CPU estava pesada, a fonte de alimentação desligava sozinha. Isso é um sinal de vazamento.
Após o reparo da fonte de alimentação associado à substituição dos diodos Schottky duplos, é necessário “tocar” os transistores. No procedimento inverso, os diodos também requerem verificação. Esta regra é especialmente relevante se a causa do reparo for um vazamento.
Um multímetro doméstico faz um bom trabalho ao testar qualquer tipo de diodo de barreira Schottky. O método de teste é muito semelhante à verificação de um diodo normal. No entanto, existem alguns segredos. Um componente eletrônico com vazamento é especialmente difícil de verificar corretamente. Primeiro, o conjunto do diodo deve ser removido do circuito. Para isso você precisará de um ferro de solda. Se o diodo estiver quebrado, uma resistência próxima de zero em todos os modos de operação possíveis indicará sua inoperabilidade. Em termos de processos físicos, isto se assemelha a um fechamento.
Um “vazamento” é mais difícil de diagnosticar. O multímetro mais comum para o público é o dt-830; na maioria dos casos, as medições na posição “diodo” não detectarão nenhum problema. Quando o regulador é movido para a posição “ohmímetro”, a resistência ôhmica irá para o infinito. Além disso, o dispositivo não deve indicar a presença de resistência ôhmica. Caso contrário, a substituição é necessária.
Os diodos Schottky são comuns em eletrônica elétrica e de rádio. O escopo de seu uso é amplo, incluindo receptores de radiação alfa e diversas espaçonaves.
Os diodos Schottky, ou mais precisamente os diodos de barreira Schottky, são dispositivos semicondutores feitos com base em um contato metal-semicondutor, enquanto os diodos convencionais usam uma junção p-n semicondutora.
O diodo Schottky deve seu nome e aparecimento na eletrônica ao físico e inventor alemão Walter Schottky, que em 1938, ao estudar o recém-descoberto efeito barreira, confirmou a teoria anteriormente apresentada, segundo a qual embora a emissão de elétrons de um metal seja impedido por uma barreira de potencial, mas conforme o campo elétrico externo aplicado, esta barreira diminuirá. Walter Schottky descobriu esse efeito, que então foi chamado de efeito Schottky, em homenagem ao cientista.
Examinando o contato entre um metal e um semicondutor, pode-se ver que se próximo à superfície do semicondutor existe uma região desprovida de grandes portadores de carga, então na região de contato deste semicondutor com o metal na lateral do semicondutor, forma-se uma região de carga espacial de aceitadores e doadores ionizados, e realiza-se um contato bloqueador - a mesma barreira Schottky. Em que condições surge esta barreira? A corrente de emissão termiônica da superfície de um corpo sólido é determinada pela equação de Richardson:
Vamos criar condições em que, quando um semicondutor, por exemplo do tipo n, entre em contato com um metal, a função de trabalho termodinâmico dos elétrons do metal seja maior do que a função de trabalho termodinâmico dos elétrons do semicondutor. Sob tais condições, de acordo com a equação de Richardson, a corrente de emissão termiônica da superfície do semicondutor será maior que a corrente de emissão termiônica da superfície metálica:
No momento inicial, ao entrar em contato com os materiais citados, a corrente do semicondutor para o metal excederá a corrente reversa (do metal para o semicondutor), como resultado da qual cargas espaciais começarão a se acumular no próximo -regiões superficiais do semicondutor e do metal - positivas no semicondutor e negativas no metal semicondutor. Um campo elétrico formado por essas cargas surgirá na área de contato e as zonas de energia serão curvadas.
Sob a influência do campo, a função de trabalho termodinâmico para o semicondutor aumentará, e o aumento ocorrerá até que as funções de trabalho termodinâmico e as correspondentes correntes de emissão termiônica em relação à superfície sejam equalizadas na região de contato.
A imagem da transição para um estado de equilíbrio com a formação de uma barreira de potencial para um semicondutor tipo p e um metal é semelhante ao exemplo considerado com um semicondutor tipo n e um metal. O papel da tensão externa é regular a altura da barreira de potencial e a intensidade do campo elétrico na região de carga espacial do semicondutor.
A figura acima mostra diagramas de bandas de vários estágios da formação da barreira Schottky. Em condições de equilíbrio na área de contato, as correntes de emissão termiônicas se estabilizaram e, como resultado do efeito de campo, surgiu uma barreira de potencial, cuja altura é igual à diferença nas funções de trabalho termodinâmicas: φк = ФМе - Фп /п.
Durante a montagem de fontes de alimentação e conversores de tensão para amplificadores automotivos, muitas vezes surge um problema com a retificação da corrente do transformador. Conseguir diodos pulsados potentes é um problema bastante sério, então decidi publicar um artigo que fornece uma lista completa e parâmetros de diodos Schottky potentes. Há algum tempo, pessoalmente tive um problema com o conversor retificador de um amplificador de carro. O conversor é bastante potente (500-600 watts), a frequência da tensão de saída é de 60 kHz, qualquer diodo comum que possa ser encontrado no lixo velho queimará imediatamente como um fósforo. A única opção disponível naquela época era o KD213A doméstico. Os diodos são muito bons, suportam até 10 Amps, a frequência de operação está dentro de 100 kHz, mas também superaqueceram terrivelmente sob carga.
Na verdade, diodos poderosos podem ser encontrados em quase todas as pessoas. Uma fonte de alimentação de computador é aquela que alimenta um computador inteiro. Via de regra, são feitos com potência de 200 watts a 1 kW ou mais, e como o computador é alimentado por, isso significa que a fonte de alimentação deve ter um retificador. As fontes de alimentação modernas usam poderosos conjuntos de diodos Schottky para retificar a tensão - elas têm uma queda de tensão mínima na transição e a capacidade de operar em circuitos pulsados, onde a frequência de operação é muito maior que a da rede de 50 Hz. Recentemente trouxeram gratuitamente diversas fontes de alimentação, de onde foram retirados os diodos para este breve review. Nas fontes de alimentação de computadores você pode encontrar uma variedade de conjuntos de diodos; quase não há diodos únicos aqui - em um caso há dois diodos poderosos, muitas vezes (quase sempre) com um cátodo comum. Aqui estão alguns deles:
D83-004 (ESAD83-004)- Poderosa montagem de diodos Schottky, tensão reversa 40 Volts, corrente permitida 30A, em modo pulsado até 250A - talvez um dos diodos mais potentes que podem ser encontrados em fontes de alimentação de computadores.
Schottky TO-220 SBL2040CT 10A x 2 =20A 40V Vf=0,6V a 10A
Schottky TO-247 S30D40 15A x 2 =30A 40V Vf=0,55V a 15A
Ultrarrápido TO-220 SF1004G 5A x 2 =10A 200V Vf=0,97V a 5A
Ultrarrápido TO-220 F16C20C 8A x 2 =16A 200V Vf=1,3V a 8A
Ultrarrápido SR504 5A 40V Vf=0,57
Schottky TO-247 40CPQ060 20A x 2 =40A 60V Vf=0,49V a 20A
Schottky TO-247 STPS40L45C 20A x 2 =40A 45V Vf=0,49V
Ultrarrápido TO-247 SBL4040PT 20A x 2 =40A 45V Vf=0,58V a 20A
Schottky TO-220 63CTQ100 30A x 2 =60A 100 Vf=0,69V a 30A
Schottky TO-220 MBR2545CT 15A x 2 =30A 45V Vf=0,65V a 15A
Schottky TO-247 S60D40 30A x 2 =60A 40-60V Vf=0,65V a 30A
Schottky TO-247 30CPQ150 15A x 2 =30A 150V Vf=1V a 15A
Schottky TO-220 MBRP3045N 15A x 2 =30A 45V Vf=0,65V a 15A
Schottky TO-220 S20C60 10A x 2 =20A 30-60V Vf=0,55V a 10A
Schottky TO-247 SBL3040PT 15A x 2 =30A 30-40V Vf=0,55V a 15A
Schottky TO-247 SBL4040PT 20A x 2 =40A 30-40V Vf=0,58V a 20A
Ultrarrápido TO-220 U20C20C 10A x 2 =20A 50-200V Vf=0,97V a 10A
Existem também modernos conjuntos de diodos domésticos para alta corrente. Aqui estão suas marcações e diagrama interno:
Diodos de potência Schottky de alta tensão com tensões de até 1200 V
Embora seja mais preferível usar diodos Schottky em retificadores potentes de baixa tensão com tensões de saída de algumas dezenas de volts em altas frequências de comutação.
O diodo Schottky é outro tipo de diodo semicondutor típico, sua característica distintiva é a baixa queda de tensão quando conectado diretamente. Recebeu esse nome em homenagem ao físico e inventor alemão Walter Schottky. Esses diodos usam uma junção metal-semicondutor como barreira de potencial, em vez de uma junção pn. A tensão reversa permitida dos diodos Schottky é geralmente de cerca de 1200 volts, por exemplo, CSD05120 e seus análogos, na prática, eles são usados em circuitos de baixa tensão com tensões reversas de até várias dezenas de volts;
Nos diagramas de circuitos eles são designados quase como um diodo, veja a figura acima, mas com pequenas diferenças gráficas, os diodos Schottky duplos são bastante comuns;
Um diodo Schottky duplo consiste em dois elementos separados montados em um invólucro comum e os terminais dos cátodos ou ânodos desses componentes são combinados. Portanto, um diodo duplo, geralmente de três terminais. Em fontes de alimentação de comutação e computadores, muitas vezes você pode ver diodos Schottky duplos com um cátodo comum.
Como ambos os diodos são colocados em uma única caixa e montados pelo mesmo processo tecnológico, seus parâmetros técnicos são quase idênticos. Com tal colocação em um caso, durante a operação eles estarão no mesmo regime de temperatura, e este é um dos principais fatores para aumentar a confiabilidade do dispositivo como um todo.
Vantagens
Desvantagens
Os diodos Schottky, como observei acima, são usados ativamente em fontes de alimentação de computadores e reguladores de tensão de comutação. Eles são usados nas partes de baixa tensão e alta corrente do circuito UPS do computador em + 3,3 volts e + 5,0 volts. Os mais comumente usados são diodos duplos com um cátodo comum. É o uso de diodos duplos que é considerado um sinal de alta qualidade.
Um diodo Schottky queimado é uma das falhas mais comuns. Um diodo pode ter dois estados de inatividade: falha elétrica e vazamento para o corpo. Em qualquer uma destas condições, o UPS fica bloqueado devido ao circuito de proteção integrado.
No caso de uma avaria eléctrica, todas as tensões secundárias na fonte de alimentação estão ausentes. No caso de um vazamento, o ventilador da fonte de alimentação do computador pode “se contorcer” e ondulações na tensão de saída podem aparecer na saída e desaparecer periodicamente. Ou seja, o módulo de proteção dispara periodicamente, mas não ocorre o bloqueio completo. Os diodos Schottky queimam 100% se o radiador ao qual estão fixados estiver muito quente ou tiver um forte cheiro de queimado.
Deve-se dizer algumas palavras que ao reparar um UPS após a substituição de diodos, especialmente com suspeita de vazamento no gabinete, você deve ligar todos os transistores de potência operando em modo de comutação. E também no caso de substituição de transistores de chave, a verificação dos diodos é obrigatória e estritamente necessária.
A técnica para testar um diodo Schottky é a mesma de um diodo padrão. Mas também aqui existem pequenas diferenças. É muito difícil testar um diodo deste tipo já soldado no circuito. Portanto, o conjunto ou elemento individual deve primeiro ser removido do circuito para inspeção. É muito fácil determinar um elemento completamente perfurado. Em todos os limites de medição de resistência, o multímetro exibirá uma resistência infinitamente baixa ou curto-circuito em ambas as direções.
É mais difícil verificar com uma suspeita de vazamento. Se verificarmos com um multímetro típico, por exemplo DT-830 no modo “diodo”, veremos um componente utilizável. No entanto, se você fizer uma medição no modo ohmímetro, a resistência reversa no limite de “20 kOhm” será determinada como infinitamente grande (1). Se o elemento apresentar alguma resistência, por exemplo 5 kOhm, então é melhor considerar este diodo suspeito e substituí-lo por um que esteja definitivamente operacional. Às vezes é melhor substituir imediatamente os diodos Schottky nos barramentos de +3,3V e +5,0V em um UPS de computador.
Às vezes, eles são usados em receptores de radiação alfa e beta (dosímetros), pinças de radiação de nêutrons e, além disso, painéis solares são montados nas transições da barreira Schottky, que fornecem eletricidade para naves espaciais que exploram as extensões de nosso vasto universo.
O desenvolvimento da eletrônica exige padrões cada vez mais elevados de componentes de rádio. Para operar em altas frequências, é utilizado um diodo Schottky, que é superior em seus parâmetros aos análogos de silício. Às vezes você pode encontrar o nome diodo de barreira Schottky, que basicamente significa a mesma coisa.
O diodo Schottky difere dos diodos comuns em seu design, que usa um semicondutor metálico em vez de uma junção pn. É claro que as propriedades aqui são diferentes, o que significa que as características também deveriam ser diferentes.
Na verdade, um metal semicondutor possui os seguintes parâmetros:
O diodo Schottky é feito de materiais como arsenieto de gálio, silício; muito menos comumente, mas também pode ser usado, é o germânio. A escolha do material depende das propriedades que precisam ser obtidas, porém, em qualquer caso, a tensão reversa máxima para a qual esses semicondutores podem ser fabricados não é superior a 1200 volts - estes são os retificadores de maior tensão. Na prática, eles são usados com muito mais frequência em tensões mais baixas - 3, 5, 10 volts.
No diagrama de circuito, o diodo Schottky é designado da seguinte forma:
Mas às vezes você pode ver esta designação:
Isso significa um elemento duplo: dois diodos em um invólucro com um ânodo ou cátodo comum, portanto o elemento possui três terminais. As fontes de alimentação usam esses designs com um cátodo comum; são convenientes para uso em circuitos retificadores. Freqüentemente, os diagramas mostram a marcação de um diodo normal, mas a descrição indica que este é um diodo Schottky, então você precisa ter cuidado.
Conjuntos de diodo com barreira Schottky estão disponíveis em três tipos:
Tipo 1 – com cátodo comum;
Tipo 2 – com ânodo comum;
Tipo 3 – conforme esquema de duplicação.
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Essa conexão ajuda a aumentar a confiabilidade do elemento: afinal, estando no mesmo invólucro, eles possuem o mesmo regime de temperatura, o que é importante caso sejam necessários retificadores potentes, por exemplo, 10 amperes.
Mas também existem desvantagens. O fato é que a baixa queda de tensão (0,2–0,4 V) desses diodos se manifesta em baixas tensões, geralmente 50–60 volts. Em valores mais altos eles se comportam como diodos normais. Mas em termos de corrente, este circuito apresenta resultados muito bons, pois muitas vezes é necessário - especialmente em circuitos de potência e módulos de potência - que a corrente de operação dos semicondutores seja de pelo menos 10A.
Outra grande desvantagem: para estes dispositivos, a corrente reversa não pode ser excedida nem por um instante. Eles falham imediatamente, enquanto os diodos de silício, se sua temperatura não for excedida, restauram suas propriedades.
Mas ainda há coisas mais positivas. Além da baixa queda de tensão, o diodo Schottky possui um baixo valor de capacitância de junção. Como você sabe: menor capacidade - maior frequência. Esse diodo encontrou aplicação na comutação de fontes de alimentação, retificadores e outros circuitos com frequências de várias centenas de quilohertz.
A característica corrente-tensão de tal diodo tem uma aparência assimétrica. Quando uma tensão direta é aplicada, fica claro que a corrente aumenta exponencialmente, e quando uma tensão reversa é aplicada, a corrente não depende da tensão.
Tudo isso pode ser explicado se você souber que o princípio de funcionamento deste semicondutor é baseado no movimento dos principais portadores - os elétrons. Pela mesma razão, esses dispositivos são tão rápidos: eles não possuem processos de recombinação característicos de dispositivos com junções p-n. Todos os dispositivos com estrutura de barreira são caracterizados pela assimetria das características corrente-tensão, pois é o número de portadores de carga elétrica que determina a dependência da corrente em relação à tensão.
Com o desenvolvimento da microeletrônica, microcircuitos especiais e microprocessadores de chip único começaram a ser amplamente utilizados. Tudo isto não exclui a utilização de elementos suspensos. Porém, se radioelementos de tamanhos convencionais forem utilizados para esse fim, isso anulará toda a ideia de miniaturização como um todo. Portanto, foram desenvolvidos elementos de estrutura aberta - componentes SMD, que são 10 ou mais vezes menores que as peças convencionais. As características de corrente-tensão de tais componentes não diferem das características de corrente-tensão de dispositivos convencionais, e suas dimensões reduzidas possibilitam o uso de tais peças sobressalentes em vários microconjuntos.
Os componentes SMD vêm em vários tamanhos. O tamanho SMD 1206 é adequado para soldagem manual. Eles têm um tamanho de 3,2 por 1,6 mm, o que permite soldá-los você mesmo. Outros elementos SMD são mais miniatura, montados na fábrica com equipamentos especiais, sendo impossível soldá-los sozinho em casa.
O princípio de operação de um componente smd também não difere de seu equivalente grande e, se, por exemplo, considerarmos a característica corrente-tensão de um diodo, ele será igualmente adequado para semicondutores de qualquer tamanho. A faixa atual é de 1 a 10 amperes. A marcação na caixa geralmente consiste em um código digital, cuja decodificação é fornecida em tabelas especiais. Eles podem ser testados quanto à adequação usando um testador, assim como seus equivalentes maiores.
Os retificadores Schottky são usados na comutação de fontes de alimentação, estabilizadores de tensão e retificadores de comutação. As correntes mais exigentes – 10A ou mais – são tensões de 3,3 e 5 volts. É nesses circuitos de potência secundários que os dispositivos Schottky são usados com mais frequência. Para amplificar os valores atuais, eles são conectados em um circuito com um ânodo ou cátodo comum. Se cada um dos diodos duplos for avaliado em 10 amperes, você obterá uma margem de segurança significativa.
Um dos problemas de funcionamento mais comuns na comutação de módulos de potência é a falha desses mesmos diodos. Via de regra, eles rompem completamente ou vazam. Em ambos os casos, o diodo defeituoso deve ser substituído, depois os transistores de potência devem ser verificados com um multímetro e a tensão de alimentação deve ser medida.
Os retificadores Schottky podem ser testados da mesma forma que os semicondutores convencionais, pois possuem características semelhantes. Você precisa tocá-lo em ambas as direções com um multímetro - ele deve aparecer da mesma forma que um diodo normal: ânodo-cátodo, e não deve haver vazamentos. Se mostrar pelo menos uma leve resistência - 2 a 10 quilo-ohms, isso já é motivo de suspeita.
Um diodo com ânodo ou cátodo comum pode ser testado como dois semicondutores comuns conectados entre si. Por exemplo, se o ânodo for comum, será uma perna em três. Colocamos uma ponta de prova do testador no ânodo, as outras pernas são diodos diferentes e outra ponta de prova é colocada sobre elas.
Pode ser substituído por outro tipo? Em alguns casos, os diodos Schottky são substituídos por diodos de germânio comuns. Por exemplo, o D305 com uma corrente de 10 amperes deu uma queda de apenas 0,3 volts e, com correntes de 2–3 amperes, geralmente pode ser instalado sem radiadores. Mas o objetivo principal da instalação do Schottky não é uma pequena queda, mas sim uma baixa capacidade, portanto a substituição nem sempre será possível.
Como vemos, a eletrônica não fica parada e as novas aplicações de dispositivos de alta velocidade só aumentarão, possibilitando o desenvolvimento de sistemas novos e mais complexos.
À grande família de diodos semicondutores que leva os nomes dos cientistas que descobriram o efeito incomum, podemos acrescentar mais um. Este é um diodo Schottky.
O físico alemão Walter Schottka descobriu e estudou o chamado efeito de barreira que ocorre com uma determinada tecnologia para criar uma transição metal-semicondutor.
A principal característica de um diodo Schottky é que, diferentemente dos diodos convencionais baseados em uma junção pn, ele utiliza uma junção metal-semicondutora, também chamada de barreira Schottky. Esta barreira, assim como a junção pn do semicondutor, tem a propriedade de condutividade elétrica unidirecional e uma série de propriedades distintas.
Os materiais usados para fabricar os diodos de barreira Schottky são predominantemente silício (Si) e arsenieto de gálio (GaAs), além de metais como ouro, prata, platina, paládio e tungstênio.
Nos diagramas de circuitos, um diodo Schottky é representado assim.
Como você pode ver, sua imagem é um pouco diferente da designação de um diodo semicondutor convencional.
Além desta designação, nos diagramas você também pode encontrar a imagem de um diodo Schottky duplo (montagem).
Um diodo duplo são dois diodos montados em um invólucro comum. Os terminais dos seus cátodos ou ânodos são combinados. Portanto, tal montagem, via de regra, possui três saídas. As fontes de alimentação chaveadas geralmente usam conjuntos de cátodos comuns.
Como dois diodos são colocados no mesmo invólucro e fabricados em um único processo tecnológico, seus parâmetros são muito próximos. Por serem colocados em um único invólucro, suas condições de temperatura são as mesmas. Isso aumenta a confiabilidade e a vida útil do elemento.
Os diodos Schottky têm duas qualidades positivas: uma queda de tensão direta muito baixa (0,2-0,4 volts) na junção e um desempenho muito alto.
Infelizmente, uma queda de tensão tão pequena ocorre quando a tensão aplicada não é superior a 50-60 volts. À medida que aumenta ainda mais, o diodo Schottky se comporta como um diodo retificador de silício normal. A tensão reversa máxima para Schottky geralmente não excede 250 volts, embora amostras avaliadas em 1,2 quilovolts (VS-10ETS12-M3) possam ser encontradas à venda.
Então, diodo Schottky duplo (retificador Schottky) 60CPQ150 projetado para uma tensão reversa máxima de 150V, e cada um dos diodos do conjunto é capaz de passar 30 amperes em conexão direta!
Você também pode encontrar amostras cuja corrente retificada de meio ciclo pode atingir no máximo 400A! Um exemplo é o modelo VS-400CNQ045.
Muitas vezes, em diagramas de circuitos, a representação gráfica complexa do cátodo é simplesmente omitida e o diodo Schottky é representado como um diodo regular. E o tipo de elemento utilizado está indicado na especificação.
As desvantagens dos diodos com barreira Schottky incluem o fato de que, mesmo que a tensão reversa seja excedida brevemente, eles falham instantaneamente e, o mais importante, irreversivelmente. Enquanto as válvulas de potência de silício, após a interrupção do excesso de tensão, são perfeitamente auto-reparáveis e continuam a funcionar. Além disso, a corrente reversa dos diodos depende muito da temperatura da junção. Em uma grande corrente reversa, ocorre ruptura térmica.
Além da alta velocidade e, portanto, do curto tempo de recuperação, as qualidades positivas dos diodos Schottky incluem uma pequena capacitância de junção (barreira), que permite aumentar a frequência de operação. Isso permite que sejam usados em retificadores de pulso em frequências de centenas de quilohertz. Muitos diodos Schottky encontram sua aplicação em microeletrônica integrada. Os diodos Schottky fabricados com nanotecnologia são incluídos em circuitos integrados, onde contornam as junções do transistor para melhorar o desempenho.
Os diodos Schottky da série 1N581x (1N5817, 1N5818, 1N5819) criaram raízes na prática do rádio amador. Todos eles são projetados para corrente direta máxima ( Eu F (AV)) – 1 ampere e tensão reversa ( V RRM) de 20 a 40 volts. Queda de voltagem ( VF) na junção é de 0,45 a 0,55 volts. Como já mencionado, a queda de tensão direta ( Queda de tensão direta) para diodos com barreira Schottky é muito pequeno.
Outro elemento bastante conhecido é o 1N5822. Ele foi projetado para uma corrente direta de 3 amperes e está alojado em um invólucro DO-201AD.
Também em placas de circuito impresso você encontra diodos das séries SK12 - SK16 para montagem em superfície. Eles são bem pequenos em tamanho. Apesar disso, o SK12-SK16 pode suportar corrente direta de até 1 ampere em uma tensão reversa de 20 a 60 volts. A queda de tensão direta é de 0,55 volts (para SK12, SK13, SK14) e 0,7 volts (para SK15, SK16). Também na prática você pode encontrar diodos das séries SK32 - SK310, por exemplo, SK36, que é projetado para uma corrente contínua de 3 amperes.
Os diodos Schottky são usados ativamente em fontes de alimentação de computadores e estabilizadores de tensão de comutação. Entre as tensões de alimentação de baixa tensão, as correntes mais altas (dezenas de amperes) são +3,3 volts e +5,0 volts. É nessas fontes de alimentação secundárias que os diodos de barreira Schottky são usados. Na maioria das vezes, são usados conjuntos de três terminais com um cátodo comum. É a utilização de montagens que pode ser considerada um sinal de uma fonte de alimentação de alta qualidade e tecnologicamente avançada.
A falha dos diodos Schottky é uma das falhas mais comuns na comutação de fontes de alimentação. Pode ter dois estados “mortos”: pura falha elétrica e vazamento. Se uma destas condições estiver presente, a fonte de alimentação do computador será bloqueada quando a proteção for acionada. Mas isso pode acontecer de diferentes maneiras. 
No primeiro caso, todas as tensões secundárias estão ausentes. A proteção bloqueou a fonte de alimentação. No segundo caso, a ventoinha “contrai” e oscilações de tensão aparecem periodicamente e depois desaparecem na saída das fontes de alimentação.
Ou seja, o circuito de proteção é acionado periodicamente, mas a fonte de alimentação não é totalmente bloqueada. É garantido que os diodos Schottky falharão se o radiador no qual estão instalados estiver muito quente até que apareça um odor desagradável. E a última opção de diagnóstico está relacionada a um vazamento: quando a carga do processador central aumenta no modo multiprograma, a fonte de alimentação desliga espontaneamente.
Deve-se ter em mente que no reparo profissional de uma fonte de alimentação, após a substituição dos diodos secundários, principalmente com suspeita de vazamento, deve-se verificar todos os transistores de potência que desempenham a função de chaves e vice-versa: após a substituição dos transistores das chaves, verificar os diodos secundários é um procedimento obrigatório. É sempre necessário guiar-se pelo princípio: os problemas não vêm sozinhos.
Você pode verificar o diodo Schottky usando um multímetro comercial. A técnica é a mesma da verificação de um diodo semicondutor convencional com junção p-n. Mas também há armadilhas aqui. Um diodo com vazamento é especialmente difícil de testar. Em primeiro lugar, o elemento deve ser retirado do circuito para uma verificação mais precisa. É muito fácil determinar um diodo completamente quebrado. Em todos os limites de medição de resistência, o elemento defeituoso terá resistência infinitesimal, tanto na conexão direta quanto na reversa. Isto é equivalente a um curto-circuito.
É mais difícil verificar um diodo com suspeita de “vazamento”. Se verificarmos com um multímetro DT-830 no modo “diodo”, veremos um elemento totalmente utilizável. Você pode tentar medir sua resistência reversa usando um ohmímetro. No limite de “20 kOhm”, a resistência reversa é definida como infinitamente grande. Se o dispositivo mostrar pelo menos alguma resistência, digamos 3 kOhm, então este diodo deve ser considerado suspeito e substituído por um em bom estado. Uma substituição completa dos diodos Schottky nos barramentos de potência de +3,3V e +5,0V pode fornecer 100% de garantia.
Onde mais os diodos Schottky são usados na eletrônica? Eles podem ser encontrados em dispositivos bastante exóticos, como receptores de radiação alfa e beta, detectores de radiação de nêutrons e, recentemente, painéis solares foram montados em junções de barreira Schottky. Então, eles também fornecem eletricidade para naves espaciais.
O diodo Schottky, cujo princípio de funcionamento descreveremos hoje, é uma invenção de muito sucesso do cientista alemão Walter Schottky. O dispositivo foi nomeado em sua homenagem e você pode encontrá-lo ao estudar uma variedade de circuitos elétricos. Para quem está começando a se familiarizar com a eletrônica, será útil saber por que ela é usada e onde é usada com mais frequência.
Este é um diodo semicondutor com queda de tensão mínima durante a comutação direta. Possui dois componentes principais: o próprio semicondutor e o metal.
Como se sabe, o nível permitido de tensão reversa em qualquer dispositivo eletrônico industrial é de 250 V. Este U encontra aplicação prática em qualquer circuito de baixa tensão, evitando o fluxo reverso de corrente.
A estrutura do dispositivo em si é simples e se parece com isto:
Quando a corrente elétrica passa por um circuito, cargas positivas e negativas se acumulam em todo o perímetro do dispositivo, incluindo o anel protetor. O acúmulo de partículas ocorre em vários elementos do diodo. Isso garante o surgimento de um campo elétrico com a posterior liberação de uma certa quantidade de calor.
Sua principal diferença em relação a outros semicondutores é que a barreira é um elemento metálico com condutividade unidirecional.
Esses elementos são feitos de vários metais valiosos:
As características do indicador de tensão desejado e a qualidade de operação do dispositivo eletrônico como um todo dependem do metal escolhido como material. O silício é mais frequentemente usado devido à sua confiabilidade, durabilidade e capacidade de operar sob condições de alta potência. Arsenieto de gálio combinado com arsênico ou germânio também é usado.
Ao trabalhar com dispositivos que incluem um diodo Schottky, você deve considerar seus aspectos positivos e negativos. Se você conectá-lo como elemento de um circuito elétrico, ele reterá perfeitamente a corrente, evitando grandes perdas.
Além disso, a barreira metálica tem capacidade mínima. Isto aumenta significativamente a resistência ao desgaste e a vida útil do próprio diodo. A queda de tensão ao usá-lo é mínima e a ação ocorre muito rapidamente - basta fazer uma conexão.
No entanto, a grande percentagem de corrente inversa é uma desvantagem óbvia. Como muitos aparelhos elétricos são altamente sensíveis, muitas vezes há casos em que um ligeiro excesso do indicador, apenas alguns A, pode danificar o dispositivo por um longo tempo. Além disso, se você verificar descuidadamente a tensão do semicondutor, o próprio diodo poderá vazar.
O diodo Schottky pode ser incluído em qualquer bateria.
Está incluído no dispositivo de bateria solar. Os painéis solares, que operam com sucesso no espaço sideral há muito tempo, são montados precisamente com base nas junções de barreira Schottky. Esses sistemas solares são instalados em naves espaciais (satélites e telescópios que operam em condições adversas de espaço sem ar).
O dispositivo é indispensável ao operar computadores, eletrodomésticos, rádios e fontes de alimentação. Quando usado corretamente, um diodo Schottky aumenta o desempenho de qualquer dispositivo e evita perdas de corrente. É capaz de receber radiação alfa, beta e gama. É por isso que é indispensável nas condições espaciais.
Utilizando tal dispositivo, é possível conectar diodos em paralelo, utilizando-os como retificadores duplos. Desta forma, você pode combinar duas fontes de alimentação paralelas. Um pacote inclui dois semicondutores e as extremidades das cargas positivas e negativas são conectadas entre si. Existem também circuitos mais simples onde os diodos Schottky são muito pequenos. Isso é típico de peças muito pequenas em eletrônicos.
O diodo Schottky é um elemento indispensável em muitos dispositivos eletrônicos. O principal é entender as especificidades do seu trabalho e utilizá-lo corretamente.
Em primeiro lugar, se a tensão reversa máxima for brevemente excedida, o diodo Schottky falha irreversivelmente, ao contrário dos diodos de silício, que entram no modo de ruptura reversa, e desde que a potência máxima dissipada no diodo não seja excedida, após uma queda de tensão o diodo restaura completamente. suas propriedades.
Em segundo lugar, os diodos Schottky são caracterizados por correntes reversas aumentadas (em relação aos diodos de silício convencionais), que aumentam com o aumento da temperatura do cristal. Para o 30Q150 acima, a corrente reversa na tensão reversa máxima varia de 0,12 mA a +25°C a 6,0 mA a +125°C. Para diodos de baixa tensão em pacotes TO-220, a corrente reversa pode exceder centenas de miliamperes (MBR4015 - até 600 mA a +125°C). Sob condições insatisfatórias de dissipação de calor, o feedback positivo de calor no diodo Schottky leva ao seu superaquecimento catastrófico.
A característica corrente-tensão da barreira Schottky tem uma aparência assimétrica pronunciada. Na região de polarização direta, a corrente aumenta exponencialmente com o aumento da tensão aplicada. Na região de polarização reversa, a corrente não depende da tensão. Em ambos os casos, com polarização direta e reversa, a corrente na barreira Schottky é devida aos portadores de carga majoritários - os elétrons. Por esse motivo, os diodos baseados na barreira Schottky são dispositivos de ação rápida, pois carecem de processos de recombinação e difusão. A assimetria da característica corrente-tensão da barreira Schottky é típica para estruturas de barreira. A dependência da corrente em relação à tensão em tais estruturas se deve a uma mudança no número de portadoras que participam dos processos de transferência de carga. O papel da tensão externa é alterar o número de elétrons que passam de uma parte da estrutura da barreira para outra.
Diodos Schottky em fontes de alimentação
Nas fontes de alimentação do sistema, os diodos Schottky são usados para retificar a corrente dos canais +3,3V e +5V e, como se sabe, as correntes de saída desses canais chegam a dezenas de amperes, o que leva à necessidade de levar muito a sério as questões de desempenho do retificador e redução de suas perdas de energia. A solução desses problemas pode aumentar significativamente a eficiência das fontes de alimentação e aumentar a confiabilidade dos transistores de potência na parte primária da fonte de alimentação.
Assim, para reduzir as perdas de comutação dinâmica e eliminar o modo de curto-circuito durante a comutação, nos canais de maior corrente (+3,3V e +5V), onde essas perdas são mais significativas, os diodos Schottky são utilizados como elementos retificadores. A utilização de diodos Schottky nestes canais se deve às seguintes considerações:
· O diodo Schottky é um dispositivo quase livre de inércia com um tempo de recuperação muito curto da resistência reversa, o que leva a uma diminuição da corrente secundária reversa e a uma diminuição da corrente de surto através dos coletores dos transistores de potência da parte primária no momento o diodo muda. Isso reduz significativamente a carga nos transistores de potência e, como resultado, aumenta a confiabilidade da fonte de alimentação.
· A queda de tensão direta no diodo Shoki também é muito pequena, o que em um valor de corrente de 15 a 30 A proporciona um ganho significativo em eficiência.
Como nas fontes de alimentação modernas o canal de tensão de +12V também se torna muito potente, o uso de diodos Schottky neste canal também daria um efeito energético significativo, mas seu uso no canal de +12V é impraticável. Isso se deve ao fato de que quando a tensão reversa excede 50 V (e no canal de +12 V a tensão reversa pode chegar a 60 V), os diodos Schottky começam a chavear mal (surgem correntes de fuga reversa muito longas e ao mesmo tempo significativas), o que leva à perda de todas as vantagens de suas aplicações. Portanto, diodos de pulso de silício de alta velocidade são usados no canal de +12V. Embora a indústria atualmente produza diodos Schottky com alta tensão reversa, seu uso em fontes de alimentação é considerado inadequado por diversas razões, inclusive econômicas. Mas há exceções a qualquer regra, portanto, em fontes de alimentação individuais você pode encontrar conjuntos de diodos Schottky em canais de +12V.
Em sistema moderno fontes de alimentação para computadores, os diodos Schottky são, via de regra, conjuntos de diodos de dois diodos (meias-pontes de diodo), o que aumenta claramente a capacidade de fabricação e compactação das fontes de alimentação, e também melhora as condições de resfriamento dos diodos. O uso de diodos individuais em vez de conjuntos de diodos é agora um indicador de uma fonte de alimentação de baixa qualidade.
Os conjuntos de diodos são produzidos principalmente em três tipos de embalagens:
· TO-220 (conjuntos menos potentes com correntes de operação de até 20 A, às vezes até 25-30 A);
· TO-247 (conjuntos mais potentes com correntes de operação de 30 - 40 A);
· TO-3P (montagens poderosas).
As características elétricas dos conjuntos de diodos mais comumente utilizados em fontes de alimentação de sistemas modernos são apresentadas na Tabela 1.
A intercambialidade dos conjuntos de diodos é determinada com base em suas características. Naturalmente, caso não seja possível utilizar um conjunto de diodos com exatamente as mesmas características, é melhor substituí-lo por um dispositivo com valores de corrente e tensão maiores. Caso contrário, será impossível garantir o funcionamento estável da fonte de alimentação. Há casos em que os fabricantes utilizam conjuntos de diodos em suas fontes de alimentação com uma reserva de energia significativa (embora mais frequentemente observemos a situação oposta), e durante os reparos é possível instalar um dispositivo com valores de corrente ou tensão mais baixos. Porém, com tal substituição, é necessário analisar cuidadosamente as características da fonte de alimentação e sua carga, e toda a responsabilidade pelas consequências de tal modificação, naturalmente, recai sobre os ombros do especialista que realiza o reparo.
