Диод с обратным напряжением 20 вольт

Диод Шоттки

Диод Шоттки относится к семейству диодов. Выглядит он почти также, как и его собратья, но есть небольшие отличия.

Диод Шоттки

Простой диод выглядит на схемах вот так:

Стабилитрон уже обозначается, как диод с «кепочкой»

Диод Шоттки имеет две «кепочки»

Чтобы проще запомнить, можно добавить голову и ножки и представить себе человечка, танцующего ламбаду)

Диод Шоттки

Обратное напряжение диода Шоттки

Итак, как вы помните, диод пропускает электрический ток только в одном направлении, а в другом направлении блокирует прохождение электрического тока до какого-то критического значения, называемым обратным напряжением диода.

работа диода

Это значение можно найти в даташите

обратное напряжение диода

Для каждой марки диода оно разное

таблица обратных напряжений

Если превысить это значение, то произойдет пробой, и диод выйдет из строя.

Падение напряжения на диоде Шоттки

Если же подать прямой ток на диод, то на диоде будет «оседать» напряжение. Это падение напряжения называется прямым падением напряжения на диоде. В даташитах обозначается как Vf , то есть Voltage drop.

Если пропустить через такой диод прямой ток, то мощность, которая будет на нем рассеиваться, будет определяться формулой:

рассеиваемая мощность

Vf — прямое падение напряжение на диоде, В

диод рассеивает мощность

Поэтому, одним из главных преимуществ диода Шоттки является то, что его прямое падение напряжения намного меньше, чем у простого диода. Следовательно, он будет меньше рассеивать тепло, или простым языком, меньше нагреваться.

Давайте рассмотрим один из примеров. Возьмем диод 1N4007. Его прямое падение напряжения составляет 0,83 Вольт, что типично для простого полупроводникового диода.

падение напряжения на диоде

В настоящий момент через него проходит сила тока, равная 0,5 А. Давайте рассчитаем его рассеиваемую мощность в данный момент. P=0,83 x 0,5 = 0,415 Вт.

Если рассмотреть этот случай через тепловизор, то можно увидеть, что его температура корпуса составила 54,4 градуса по Цельсию.

Диод Шоттки

Теперь давайте проведем тот же самый эксперимент с диодом Шоттки 1N5817. Как вы видите, его прямое падение напряжения составило примерно 0,35 В.

шоттки падение напряжения

При прохождении силы тока через диод Шоттки в 0,5 А, мы получим рассеиваемую мощность P=0,5 x 0,35 = 0,175 Вт. При этом тепловизор нам покажет, что температура корпуса уже будет 38,2 градуса.

Диод Шоттки

Следовательно, Шоттки намного эффективнее, чем простой полупроводниковый диод в плане пропускания через себя прямого тока, так как он обладает меньшим падением напряжения, а следовательно, меньше рассеивает тепло в окружающее пространство и меньше нагревается.

Прямое падение напряжения можно также посмотреть и в даташитах. Например, прямое падение напряжения на диоде Шоттки 1N5817 можно найти из графика зависимости прямого тока от падения напряжения на диоде Шоттки

Диод Шоттки

В нашем случае если следовать графо-аналитическому способу, то мы как раз получаем значение 0,35 В

Диод Шоттки

Диод Шоттки в ВЧ цепях

Также диоды Шоттки обладают быстрой скоростью переключения. Это значит, что мы можем использовать их в высокочастотных (ВЧ) цепях.

Итак, возьмем генератор частоты и выставим синус частотой в 60 Гц

генератор частоты Agilent

Возьмем диод 1N4007 и диод Шоттки 1N5817. Подключим их по простой схеме однополупериодного выпрямителя

Диод ШотткиДиод Шоттки

и будем снимать с них показания

однополупериодный выпрямитель

Как вы видите, оба они прекрасно справляются со своей задачей по выпрямлению сигнала на частоте в 60 Гц.

Но что будет, если мы увеличим частоту до 300 кГц?

Диод Шоттки

Ого! Диод Шоттки более-менее справляется со своей задачей, что нельзя сказать о простом диоде 1N4007. Простой диод не может справиться со своей задачей не пропускать обратный ток, поэтому на осциллограмме мы видим отрицательный выброс

Диод Шоттки

Отсюда можно сделать вывод: диоды Шоттки рекомендуется использовать в ВЧ цепях.

Обратный ток утечки

Но раз уж диоды Шоттки такие крутые, то почему бы их не использовать везде? Почему мы до сих пор используем простые диоды?

Если мы подключим диод в обратном направлении, то он будет блокировать прохождение электрического тока. Это верно, но не совсем. Очень маленький ток все равно будет проходить через диод. В некоторых случаях это не принимают во внимание. Этот маленький ток называется обратным током утечки. На английский манер это звучит как reverse leakage current.

обратный ток утечки

Он очень мал, но имеет место быть.

Проведем простой опыт. Возьмем лабораторный блок питания, выставим на нем 19 В и подадим это напряжение на диод в обратном направлении

Диод Шоттки

Замеряем ток утечки

ток утечки

Как вы видите, его значение составляет 0,1 мкА.

Давайте теперь повторим этот же самый опыт с диодом Шоттки

Диод Шоттки

Диод Шоттки

Ого, уже почти 20 мкА! Ну да, в некоторых случаях это сущие копейки и ими можно пренебречь. Но есть схемы, где все-таки недопустим такой незначительный ток. Например, в схемах пикового детектора

пик детектор

В этом случае эти 20 мкА будут весьма значительны.

Но есть также еще один камень преткновения. С увеличением температуры обратный ток утечки возрастает в разы!

характеристики Шоттки

Поэтому, вы не можете использовать Шоттки везде в схемах.

Но и это еще не все. Обратное напряжение для диодов Шоттки в разы меньше, чем для простых выпрямительных диодов. Это можно также увидеть из даташита. Если для диода 1N4007 обратное напряжение составляет 1000 В

Диод Шоттки

То для диода Шоттки 1N5817 это обратное напряжение уже будет составлять всего-то 20 В

Диод Шоттки

Поэтому, если это напряжение превысит значение, которое описано в даташите, мы в итоге получим:

сгоревший диод Шоттки

Применение диодов Шоттки

Диоды Шоттки находят достаточно широкое применение. Их можно найти везде, где требуется минимальное прямое падение напряжения, а также в цепях ВЧ. Чаще всего их можно увидеть в компьютерных блоках питания, а также в импульсных стабилизаторах напряжения.

Также эти диоды нашли применение в солнечных панелях, так как солнечные панели генерируют электрический ток только в светлое время суток. Чтобы в темное время суток не было обратного процесса потребления тока от аккумуляторов, в панели монтируют диоды Шоттки

Шоттки в солнечных панелях

В компьютерной технике чаще всего можно увидеть два диода в одном корпусе

сдвоенный диод Шоттки

При написании данной статьи использовался материал с этого видео

Принцип работы диода Шоттки, что такое диод Шоттки

От обычного диодного элемента он отличается маленьким падением напряжения. Помимо полупроводника, в составе имеет металл. Название – в честь немецкого физика Вальтера Шоттки, открывшего так называемый эффект Шоттки.

Диод Шоттки

На заметку!

В качестве металла для стабилитрона Шоттки может быть карбид вольфрам, карбид кремния, палладий, платина, золото, арсенид галлия и другие.

Конструкция

Отличается диод Шоттки от обыкновенных диодов своей конструкцией, в которой используется металл-полупроводник, а не p-n переход. Понятно, что свойства здесь разные, а значит, и характеристики тоже должны отличаться.

Действительно, металл-полупроводник обладает такими параметрами:

  • Имеет большое значение тока утечки,
  • Невысокое падение напряжения на переходе при прямом включении,
  • Восстанавливает заряд очень быстро, так как имеет низкое его значение.

Диод Шоттки изготавливается из таких материалов, как арсенид галлия, кремний, намного реже, но также может использоваться – германий. Выбор материала зависит от свойств, которые нужно получить, однако в любом случае максимальное обратное напряжение, на которое могут изготавливаться данные полупроводники, не выше 1200 вольт – это самые высоковольтные выпрямители. На практике же намного чаще их используют при более низком напряжении – 3, 5, 10 вольт.

Это означает сдвоенный элемент: два диода в одном корпусе с общим анодом или катодом, поэтому элемент имеет три вывода. В блоках питания используют такие конструкции с общим катодом, их удобно использовать в схемах выпрямителей. Часто на схемах рисуется маркировка обычного диода, но в описании указывается, что это Шоттки, поэтому нужно быть внимательными.

Диодные сборки с барьером Шоттки выпускаются трех типов:

1 тип – с общим катодом,

2 тип – с общим анодом,

3 тип – по схеме удвоения.

Такое соединение помогает увеличить надежность элемента: ведь находясь в одном корпусе, они имеют одинаковый температурный режим, что важно, если нужны мощные выпрямители, например, на 10 ампер.

Но есть и минусы. Все дело в том, что малое падение напряжения (0,2–0,4 в) у таких диодов проявляется на небольших напряжениях, как правило – 50–60 вольт. При более высоком значении они ведут себя как обычные диоды. Зато по току эта схема показывает очень хорошие результаты, ведь часто бывает необходимо – особенно в силовых цепях, модулях питания – чтобы рабочий ток полупроводников был не ниже 10а.

Еще один главный недостаток: для этих приборов нельзя превышать обратный ток даже на мгновение. Они тут же выходят из строя, в то время как кремниевые диоды, если не была превышена их температура, восстанавливают свои свойства.

Но положительного все-таки больше. Кроме низкого падения напряжения, диод Шоттки имеет низкое значение емкости перехода. Как известно: ниже емкость – выше частота. Такой диод нашел применение в импульсных блоках питания, выпрямителях и других схемах, с частотами в несколько сотен килогерц.

Вольтамперная характеристика светодиода (ВАХ)

ВАХ такого диода имеет несимметричный вид. Когда приложено прямое напряжение, видно, что ток растет по экспоненте, а при обратном – ток от напряжения не зависит.

Все это объясняется, если знать, что принцип работы этого полупроводника основан на движении основных носителей – электронов. По этой же самой причине эти приборы и являются такими быстродействующими: у них отсутствуют рекомбинационные процессы, свойственные приборам с p-n переходами. Для всех приборов, имеющих барьерную структуру, свойственна несимметричность ВАХ, ведь именно количеством носителей электрического заряда обусловлена зависимость тока от напряжения.

Как устроен диод Шоттки

Структура элемента включает в себя несколько частей:

  • эпитаксиальный слой;
  • подложка;
  • охранное кольцо;
  • металлическая пленка;
  • барьер;
  • внешний контакт.

Структура диода Шоттки

Основа, как правило, изготавливается из кремния или арсенида галлия, но если требуется обеспечить схеме высокую устойчивость к изменению температурного режима, используется германий. В качестве материала для напыления применяется палладий, серебро, платина, вольфрам, алюминий или золото. Примечательно, что тыльная сторона полупроводника легируется сильнее. Уровень легирования и разновидность металла оказывают влияние на характеристики выпрямления.

Принцип работы основан на особенностях барьера. В полупроводнике, в контактной области, образуется слой, значительно обедненный электронами, но обладающий вентильными свойствами. Таким образом, появляется барьер для носителей заряда.

В зависимости от мощности существует несколько типов диодов Шоттки:

Исходя из конструктивных особенностей, различают виды для поверхностного или объемного монтажа, а также модули и выпрямительные аналоги. Выбирая выпрямительные компоненты, следует обращать внимание на показатели тока и напряжения, а также материал конструкции и способ монтирования. Также различают 3 вариации диодных сборок: модели с общим анодом, элементы с удвоением и тремя выводами, а также разновидности, которые имеют вывод с общего катода. Для всех типов действует ограничение допустимого обратного напряжения, величиной 1200 вольт.

Разновидности диодов Шоттки

Все полупроводниковые элементы, работающие по принципу барьера Шоттки, делятся по мощности на:

  • высокой;
  • средней;
  • малой мощности.

Сдвоенный диод

Сдвоенный диод

На рисунке показан сдвоенный элемент, являющий собой по сути два элемента. Они расположены в едином корпусе, в одно целое соединены катодом или анодом. В этом случае чаще всего имеется три вывода диода. При идентичных параметрах собранных таким образом элементов обеспечивается надежность работы всего устройства, в первую очередь, за счет единой температуры.

Условное обозначение и характеристики

На схеме диод Шоттки имеет особое обозначение. Отличие от обычного состоит в том, что перекладина у треугольника имеет загнутые края. Не один, как у стабилитрона, а оба. И края эти загнуты в разные стороны. На рисунке приведено обозначение по ГОСТу.

Как обозначается диод Шоттки на схеме

Диод Шоттки на схеме: условное обозначение

Про характеристики уже говорили. Это три основных параметра:

Пример технических характеристик диодов Шоттки

  • Падение напряжения при прямом переходе. Для диодов Шоттки оно ниже, чем у обычных кремневых. При мощности обратного пробоя до 100 В оно будет порядка 0,2-0,4 В (у кремниевых в среднем 0,6–07 В).
  • Напряжение пробоя. Обычное значение — до 200 В, но есть и изделия с напряжением более 1000 вольт.
  • Параметры популярной серии диодов Шоттки 1N58**
  • Обратный ток. В нормальных условиях (до 20 °C) он не слишком велик — порядка 0,05 мА, но при повышении температуры резко повышается.

Приведённые параметры — средние. Есть довольно серьёзный разбег и для каждого случая можно подобрать нужные характеристики по каждому из пунктов. Иногда ещё важен такой параметр, как скорость переключения (быстродействие).

Основные характеристики диодов

Для начала вспомним, что такое обычный диод и как он работает. Это полупроводниковый прибор, который стоит из двух зон. При определённых условиях через этот переход перемещаются электроны.

Как работает диод шоттки

Устройство и обозначение диода

Основное свойство элемента — он пропускает ток в одном направлении, и не пропускает в другом. Диоды Шоттки имеет такие же характеристики, как и обычные. На некоторых заострим внимание поподробнее. Это падение напряжения, обратный ток, обратное напряжение, частота.

Диод Шоттки отличается от обычных кремниевых диодов

Диод Шоттки делают из кремния (Si), арсенида галлия (GaAs) и редко — на основе германия (Ge). Металл в соединении с полупроводником определяет многие параметры диода. Этим металлом, может быть, золото (Au), ралладий (Pd), платина (Pt), вольфрам (W) которые наносятся на полупроводники.

А также как и обычный диод соединение полупроводник-металл обладает односторонней проводимостью с рядом положительных, а также отрицательных качеств.

вольт амперная характеристика диода шоттки

Вольт-амперная характеристика диода шоттки

Вольт-амперная характеристика диода Шоттки отличается от обычного полупроводникового большей нелинейностью.

Что дает использование соединения металл-полупроводник? Два положительных момента:

    1. Очень небольшое падение напряжения на прямом переходе — 0,2-0,4 В. Для кремниевого диода «среднее» значение этого параметра — 0,7 В. Правда, малое падение напряжения имеют только приборы с небольшим напряжением пробоя — до 100 В. Для более мощных это падение только чуть ниже, чем у кремниевых.
    2. Высокое быстродействие. То есть, он быстро меняет своё состояние. Переход из открытого состояния в закрытое и обратно происходит за очень короткий промежуток времени и определяется только барьерной ёмкостью. Их применяют в системах коммутации, где важна скорость реакции.

    Что такое диод Шоттки

    Что такое диод Шоттки и как он обозначается на схеме

    Есть у них и минусы. При повышении температуры у них значительно возрастает обратный ток.

    Второй недостаток — при превышении максимально допустимого обратного напряжения происходит необратимый пробой. То есть, прибор выходит из строя. Есть и ещё один минус — малое падение прямого напряжения только у диодов Шоттки с малым напряжением пробоя (до сотни вольт). У вариантов с более высоким напряжением потери сравнимы с кремниевыми.

    Применение в электронике

    Такие свойства, как быстродействие и малое падение напряжения позволяет использовать диоды Шоттки в высокочастотных схемах. Например, в силовых высокочастотных выпрямителях (до сотен килогерц), где они работают как высокочастотные выпрямители. Применяют их и в усилителях звука, так как по сравнению с обычными диодами они дают меньший уровень помех.

    ОБласто применения широкая, но заменять ими обычные стоит на всегда

    Если вы посмотрите на плату источника питания, точно увидите диод Шоттки

    Ещё одна область применения — составная часть более сложных полупроводниковых приборов. Например, МОП — транзисторы, диодные сборки и силовые диоды со встроенным диодом Шоттки имеют лучшие характеристики.

    Сфера применения изделий велика, но наиболее часто их применяют в блоках питания компьютеров. А также в схемах для модуляции света в приёмниках излучения, солнечных батареях.

    Отличия от обычного диода

    Данный компонент пропускает электрический ток в одном направлении и не пропускает его в другом, как и другие классические диоды, но обеспечивает высокое быстродействие и малое падение напряжения при переходе.

    Важнейшая особенность диода Шоттки – вместо привычного электронно-дырочного перехода применяется принцип контакта между металлическими и различными полупроводниковыми материалами, что положительно влияет на повышение рабочей частоты. Диффузная емкость и процесс рекомбинации не проявляются в области контакта, поскольку в так называемой переходной зоне отсутствуют неосновные носители заряда. Собственная емкость данного слоя при этом стремится к 0.

    Таким образом, данные изделия являются СВЧ-диодами различного назначения:

    • импульсными;
    • лавинно-пролетными;
    • смесительными;
    • детекторными;
    • умножительными;
    • параметрическими.

    Другая особенность заключается в том, что большая часть диодов Шоттки состоит из низковольтных и чувствительных к статическому напряжению моделей. Однако воспринимать это как категорический недостаток неверно, поскольку это дает возможность использовать данные средства для обработки радиосигналов малой мощности.

    Наконец, такие изделия отличаются большей стабильностью при подаче электрического тока, чем прочие аналоги, поскольку в их корпус внедрены кристаллические образования (кремниевая подложка).

    Обратное напряжение диода Шоттки

    Итак, как вы помните, диод пропускает электрический ток только в одном направлении, а в другом направлении блокирует прохождение электрического тока до какого-то критического значения, называемым обратным напряжением диода.

    работа диода

    Это значение можно найти в даташите

    обратное напряжение диода

    обратное напряжение диода

    Для каждой марки диода оно разное

    таблица обратных напряжений

    Если превысить это значение, то произойдет пробой, и диод выйдет из строя.

    Миниатюризация

    С развитием микроэлектроники стали широко применяться специальные микросхемы, однокристальные микропроцессоры. Все это не исключает использования навесных элементов. Однако если для этой цели использовать радиоэлементы обычных размеров, то это сведет на нет всю идею миниатюризации в целом. Поэтому были разработаны бескорпусные элементы – smd компоненты, которые в 10 и более раз меньше обычных деталей. ВАХ таких компонентов ничем не отличается от ВАХ обычных приборов, а их уменьшенные размеры позволяют использовать такие запчасти в различных микросборках.


    Компоненты smd имеют несколько типоразмеров. Для ручной пайки подходят smd размера 1206. Они имеют размер 3,2 на 1,6 мм, что позволяет их впаивать самостоятельно. Другие элементы smd более миниатюрные, собираются на заводе специальным оборудованием, и самому, в домашних условиях, их паять невозможно.

    Принцип работы smd компонента также не отличается от его большого аналога, и если, к примеру, рассматривать ВАХ диода, то она в одинаковой степени будет подходить для полупроводников любого размера. По току изготавливаются от 1 до 10 ампер. Маркировка на корпусе часто состоит из цифрового кода, расшифровка которого приводится в специальных таблицах. Протестировать на пригодность их можно тестером, как и большие аналоги.

    Металл и полупроводник: особенности контакта

    В контактной области полупроводниковых и металлических материалов эффект Шоттки приводит к образованию в полупроводнике слоя, сильно обеднённого электронами. Он обладает вентильными свойствами, присущими полупроводниковому p-n-переходу. Эта зона представляет собой преграду для носителей заряда, поэтому данные радиокомпоненты часто называют диодами с барьером Шоттки.

    Элементы отличаются от обычных полупроводниковых вентилей следующими качествами:

    1. пониженное падение напряжения при прямом смещении;
    2. незначительная собственная ёмкость;
    3. малый обратный ток;
    4. низкое допустимое обратное напряжение.

    Как работает диод с барьером Шоттки

    При прямом смещении разность потенциалов на диоде Шоттки не превышает 0,5 В, тогда как на обычном выпрямительном вентиле падение напряжения составляет около 2-3 В. Это объясняется небольшим сопротивлением переходного участка между полупроводником и металлом. В таблице ниже представлены характеристики диодов Шоттки.

    Как работает диод с барьером Шоттки

    Хорошие частотные характеристики диодов Шоттки обусловлены отсутствием в переходной зоне неосновных носителей заряда. Из-за этого в контактной области не протекают обычные для чисто полупроводникового p-n-перехода процессы диффузии и рекомбинации дырок и электронов.

    Следовательно, собственная ёмкость этого слоя стремится к нулю. Данное свойство делает диоды с барьером Шоттки предпочтительными для использования в высоко- и сверхвысокочастотных схемах, а также аппаратуре с импульсными режимами работы – всевозможных цифровых устройствах, системах управления электроникой и импульсных блоках питания.

    Падение напряжения на диоде Шоттки

    Если же подать прямой ток на диод, то на диоде будет “оседать” напряжение. Это падение напряжения называется прямым падением напряжения на диоде. В даташитах обозначается как Vf , то есть Voltage drop.

    падение напряжения на диоде

    прямое падение напряжения на диоде

    Если пропустить через такой диод прямой ток, то мощность, которая будет на нем рассеиваться, будет определяться формулой:

    рассеиваемая мощность

    Vf – прямое падение напряжение на диоде, В

    I – сила тока через диод, А

    диод рассеивает мощность

    Поэтому, одним из главных преимуществ диода Шоттки является то, что его прямое падение напряжения намного меньше, чем у простого диода. Следовательно, он будет меньше рассеивать тепло, или простым языком, меньше нагреваться.

    Давайте рассмотрим один из примеров. Возьмем диод 1N4007. Его прямое падение напряжения составляет 0,83 Вольт, что типично для простого полупроводникового диода.

    падение напряжения на диоде

    падение напряжение на диоде в прямом включении

    В настоящий момент через него проходит сила тока, равная 0,5 А. Давайте рассчитаем его рассеиваемую мощность в данный момент. P=0,83 x 0,5 = 0,415 Вт.

    Если рассмотреть этот случай через тепловизор, то можно увидеть, что его температура корпуса составила 54,4 градуса по Цельсию.

    Диод Шоттки

    Теперь давайте проведем тот же самый эксперимент с диодом Шоттки 1N5817. Как вы видите, его прямое падение напряжения составило примерно 0,35 В.

    шоттки падение напряжения

    падение напряжения на диоде Шоттки при прямом включении

    При прохождении силы тока через диод Шоттки в 0,5 А, мы получим рассеиваемую мощность P=0,5 x 0,35 = 0,175 Вт. При этом тепловизор нам покажет, что температура корпуса уже будет 38,2 градуса.

    Диод Шоттки

    Следовательно, Шоттки намного эффективнее, чем простой полупроводниковый диод в плане пропускания через себя прямого тока, так как он обладает меньшим падением напряжения, а следовательно, меньше рассеивает тепло в окружающее пространство и меньше нагревается.

    Прямое падение напряжения можно также посмотреть и в даташитах. Например, прямое падение напряжения на диоде Шоттки 1N5817 можно найти из графика зависимости прямого тока от падения напряжения на диоде Шоттки

    Диод Шоттки

    график зависимости прямого тока от напряжения

    В нашем случае если следовать графо-аналитическому способу, то мы как раз получаем значение 0,35 В

    Диод Шоттки

    Диод Шоттки в ВЧ цепях

    Также диоды Шоттки обладают быстрой скоростью переключения. Это значит, что мы можем использовать их в высокочастотных (ВЧ) цепях.

    Итак, возьмем генератор частоты и выставим синус частотой в 60 Гц

    генератор частоты Agilent

    Возьмем диод 1N4007 и диод Шоттки 1N5817. Подключим их по простой схеме однополупериодного выпрямителя

    Диод Шоттки

    и будем снимать с них показания

    однополупериодный выпрямитель

    Как вы видите, оба они прекрасно справляются со своей задачей по выпрямлению сигнала на частоте в 60 Гц.

    Но что будет, если мы увеличим частоту до 300 кГц?

    Диод Шоттки

    Ого! Диод Шоттки более-менее справляется со своей задачей, что нельзя сказать о простом диоде 1N4007. Простой диод не может справиться со своей задачей не пропускать обратный ток, поэтому на осциллограмме мы видим отрицательный выброс

    Диод Шоттки

    Отсюда можно сделать вывод: диоды Шоттки рекомендуется использовать в ВЧ цепях.

    Обратный ток утечки

    Но раз уж диоды Шоттки такие крутые, то почему бы их не использовать везде? Почему мы до сих пор используем простые диоды?

    Если мы подключим диод в обратном направлении, то он будет блокировать прохождение электрического тока. Это верно, но не совсем. Очень маленький ток все равно будет проходить через диод. В некоторых случаях это не принимают во внимание. Этот маленький ток называется обратным током утечки. На английский манер это звучит как reverse leakage current.

    обратный ток утечки

    Он очень мал, но имеет место быть.

    Проведем простой опыт. Возьмем лабораторный блок питания, выставим на нем 19 В и подадим это напряжение на диод в обратном направлении

    Диод Шоттки

    Замеряем ток утечки

    ток утечки

    обратный ток утечки диода

    Как вы видите, его значение составляет 0,1 мкА.

    Давайте теперь повторим этот же самый опыт с диодом Шоттки

    Диод Шоттки

    Диод Шоттки

    обратный ток утечки диода Шоттки

    Ого, уже почти 20 мкА! Ну да, в некоторых случаях это сущие копейки и ими можно пренебречь. Но есть схемы, где все-таки недопустим такой незначительный ток. Например, в схемах пикового детектора

    пик детектор

    схема пик детектора

    В этом случае эти 20 мкА будут весьма значительны.

    Но есть также еще один камень преткновения. С увеличением температуры обратный ток утечки возрастает в разы!

    характеристики Шоттки

    зависимость обратного тока утечки от температуры корпуса диода Шоттки

    Поэтому, вы не можете использовать Шоттки везде в схемах.

    Но и это еще не все. Обратное напряжение для диодов Шоттки в разы меньше, чем для простых выпрямительных диодов. Это можно также увидеть из даташита. Если для диода 1N4007 обратное напряжение составляет 1000 В

    Диод Шоттки

    То для диода Шоттки 1N5817 это обратное напряжение уже будет составлять всего-то 20 В

    Диод Шоттки

    Поэтому, если это напряжение превысит значение, которое описано в даташите, мы в итоге получим:

    сгоревший диод Шоттки

    Низковольтные диоды

    Особенность диодов Шоттки состоит в том, что они являются низковольтными. Если приложенная разность потенциалов превышает некоторый допустимый уровень, то в соответствии с квантовыми законами происходит пробой, который в обычном полупроводниковом радиокомпоненте может быть туннельным, лавинным или тепловым. После первых двух диод восстанавливается и продолжает исправно работать. Тепловой пробой означает фатальную поломку.

    Мост из диодов Шоттки

    Мост из диодов Шоттки

    Однако чувствительность этих радиокомпонентов не всегда является их недостатком. Например, благодаря этой характеристике диоды с барьером Шоттки используются в особо чувствительных гетеродинах, которые получают способность обрабатывать радиосигналы очень малой мощности.

    1. Максимальное постоянное обратное напряжение;
    2. Максимальное импульсное обратное напряжение;
    3. Максимальный (средний) прямой ток;
    4. Максимальный импульсный прямой ток;
    5. Постоянное прямое напряжение на диоде при заданном прямом токе через него;
    6. Обратный ток диода при предельном обратном напряжении;
    7. Максимальная рабочая частота диода;
    8. Время обратного восстановления;
    9. Общая емкость диода.

    В диодах с барьером Шоттки пробой всегда бывает только тепловым. Такова особенность металло-полупроводникового перехода. При большом обратном смещении элемент выходит из строя и нуждается в замене. Этим, кстати, объясняется сильная чувствительность диодов Шоттки к статическому электричеству – при их монтаже и обслуживании радиоаппаратуры с этими элементами необходимо заземлять спецодежду и инструменты.

    Диод Шоттки на электросхеме

    Диод Шоттки на электросхеме

    Производство диодов Шоттки

    В качестве полупроводниковой составляющей используются стандартные материалы – кремний, германий и арсенид галлия. На них в процессе изготовления радиокомпонентов напыляются такие металлы, как золото, серебро, палладий, вольфрам. Именно эти элементы таблицы Менделеева обеспечивают достаточно высокий потенциальный барьер, определяющий функциональность диодов Шоттки. Германиевые радиокомпоненты показывают высокую устойчивость к изменению температурного режима, поэтому данный материал чаще кремния и арсенида галлия используется при производстве диодов для мощных схем питания. Зато кремниевые и галлиевые элементы демонстрируют лучшие частотные параметры.

    Плюсы и минусы

    При работе с устройствами, включающими в себя диод Шоттки, следует учитывать их положительные и отрицательные стороны. Если подключить его в качестве элемента электрической цепи, он будет прекрасно удерживать ток, не допуская его больших потерь.

    К тому же, металлический барьер обладает минимальной емкостью. Это значительно увеличивает износостойкость и срок службы самого диода. Падение напряжения при его использовании минимально, а действие происходит очень быстро — стоит только провести подключение.

    Однако большой процент обратного тока является очевидным недостатком. Поскольку многие электроприборы обладают высокой чувствительностью, нередки случаи, когда небольшое превышение показателя, всего лишь на пару А, способно надолго вывести прибор из строя. Также, при небрежной проверке напряжения полупроводника, может произойти утечка самого диода.

    Отличие от других полупроводников

    Достоинство такого стабилитрона в том, что потери напряжения на нем ниже – всего 0,2 – 0, 4 вольта, тогда как, например, у обычных полупроводниковых элементов с кремнием – 0,6–0,7 вольта.

    Кроме этого они отличаются более стабильной работой при подаче тока. Внутрь корпуса помещаются специальные кристаллы. Это очень тонкая работа, которую выполняют только запрограммированные роботы.

    Наглядно, как отличить стабилитрон Шоттки от остальных с помощью мультиметра:

    • https://LampaSveta.com/svetodiody/diod-shottki
    • https://electricvdele.ru/elektrooborudovanie/komponenty/diod-shottki.html
    • https://www.RadioElementy.ru/articles/diody-shottki-chto-eto-takoe-chem-otlichaetsya-kak-rabotaet/
    • https://principraboty.ru/princip-raboty-dioda-shottki-chto-tako-diod-shottki/
    • https://elektroznatok.ru/info/elektronika/diod-s-barerom-shottki
    • https://www.RusElectronic.com/schottky-diode/
    • https://ElectroInfo.net/poluprovodniki/kak-rabotaet-diod-s-barerom-shottki.html
    • https://batteryk.com/diod-shottki-printsip-raboty

    Диоды с обратным напряжением 200 вольт

    Диод Шоттки относится к семейству диодов. Выглядит он почти также, как и его собратья, но есть небольшие отличия.

    Простой диод выглядит на схемах вот так:

    обозначение диода на схеме

    Стабилитрон уже обозначается, как диод с «кепочкой»

    Диод Шоттки имеет две «кепочки»

    обозначение диода шоттки на схеме

    Чтобы проще запомнить, можно добавить голову и ножки и представить себе человечка, танцующего ламбаду)

    Обратное напряжение диода Шоттки

    Итак, как вы помните, диод пропускает электрический ток только в одном направлении, а в другом направлении блокирует прохождение электрического тока до какого-то критического значения, называемым обратным напряжением диода.

    Это значение можно найти в даташите

    обратное напряжение диода

    Для каждой марки диода оно разное

    Если превысить это значение, то произойдет пробой, и диод выйдет из строя.

    Падение напряжения на диоде Шоттки

    Если же подать прямой ток на диод, то на диоде будет «оседать» напряжение. Это падение напряжения называется прямым падением напряжения на диоде. В даташитах обозначается как Vf , то есть Voltage drop.

    Если пропустить через такой диод прямой ток, то мощность, которая будет на нем рассеиваться, будет определяться формулой:

    Vf — прямое падение напряжение на диоде, В

    Поэтому, одним из главных преимуществ диода Шоттки является то, что его прямое падение напряжения намного меньше, чем у простого диода. Следовательно, он будет меньше рассеивать тепло, или простым языком, меньше нагреваться.

    Давайте рассмотрим один из примеров. Возьмем диод 1N4007. Его прямое падение напряжения составляет 0,83 Вольт, что типично для простого полупроводникового диода.

    падение напряжение на диоде в прямом включении

    В настоящий момент через него проходит сила тока, равная 0,5 А. Давайте рассчитаем его рассеиваемую мощность в данный момент. P=0,83 x 0,5 = 0,415 Вт.

    Если рассмотреть этот случай через тепловизор, то можно увидеть, что его температура корпуса составила 54,4 градуса по Цельсию.

    Теперь давайте проведем тот же самый эксперимент с диодом Шоттки 1N5817. Как вы видите, его прямое падение напряжения составило примерно 0,35 В.

    падение напряжения на диоде Шоттки при прямом включении

    При прохождении силы тока через диод Шоттки в 0,5 А, мы получим рассеиваемую мощность P=0,5 x 0,35 = 0,175 Вт. При этом тепловизор нам покажет, что температура корпуса уже будет 38,2 градуса.

    Следовательно, Шоттки намного эффективнее, чем простой полупроводниковый диод в плане пропускания через себя прямого тока, так как он обладает меньшим падением напряжения, а следовательно, меньше рассеивает тепло в окружающее пространство и меньше нагревается.

    Читайте также: Каково устройство трансформатора напряжения

    Прямое падение напряжения можно также посмотреть и в даташитах. Например, прямое падение напряжения на диоде Шоттки 1N5817 можно найти из графика зависимости прямого тока от падения напряжения на диоде Шоттки

    график зависимости прямого тока от напряжения

    В нашем случае если следовать графо-аналитическому способу, то мы как раз получаем значение 0,35 В

    Диод Шоттки в ВЧ цепях

    Также диоды Шоттки обладают быстрой скоростью переключения. Это значит, что мы можем использовать их в высокочастотных (ВЧ) цепях.

    Итак, возьмем генератор частоты и выставим синус частотой в 60 Гц

    Возьмем диод 1N4007 и диод Шоттки 1N5817. Подключим их по простой схеме однополупериодного выпрямителя

    и будем снимать с них показания

    Как вы видите, оба они прекрасно справляются со своей задачей по выпрямлению сигнала на частоте в 60 Гц.

    Но что будет, если мы увеличим частоту до 300 кГц?

    Ого! Диод Шоттки более-менее справляется со своей задачей, что нельзя сказать о простом диоде 1N4007. Простой диод не может справиться со своей задачей не пропускать обратный ток, поэтому на осциллограмме мы видим отрицательный выброс

    Отсюда можно сделать вывод: диоды Шоттки рекомендуется использовать в ВЧ цепях.

    Обратный ток утечки

    Но раз уж диоды Шоттки такие крутые, то почему бы их не использовать везде? Почему мы до сих пор используем простые диоды?

    Если мы подключим диод в обратном направлении, то он будет блокировать прохождение электрического тока. Это верно, но не совсем. Очень маленький ток все равно будет проходить через диод. В некоторых случаях это не принимают во внимание. Этот маленький ток называется обратным током утечки. На английский манер это звучит как reverse leakage current.

    Он очень мал, но имеет место быть.

    Проведем простой опыт. Возьмем лабораторный блок питания, выставим на нем 19 В и подадим это напряжение на диод в обратном направлении

    обратный ток утечки диода

    Как вы видите, его значение составляет 0,1 мкА.

    Давайте теперь повторим этот же самый опыт с диодом Шоттки

    обратный ток утечки диода Шоттки

    Ого, уже почти 20 мкА! Ну да, в некоторых случаях это сущие копейки и ими можно пренебречь. Но есть схемы, где все-таки недопустим такой незначительный ток. Например, в схемах пикового детектора

    Читайте также: Советские стабилизаторы напряжения 12 вольт

    В этом случае эти 20 мкА будут весьма значительны.

    Но есть также еще один камень преткновения. С увеличением температуры обратный ток утечки возрастает в разы!

    зависимость обратного тока утечки от температуры корпуса диода Шоттки

    Поэтому, вы не можете использовать Шоттки везде в схемах.

    Но и это еще не все. Обратное напряжение для диодов Шоттки в разы меньше, чем для простых выпрямительных диодов. Это можно также увидеть из даташита. Если для диода 1N4007 обратное напряжение составляет 1000 В

    То для диода Шоттки 1N5817 это обратное напряжение уже будет составлять всего-то 20 В

    Поэтому, если это напряжение превысит значение, которое описано в даташите, мы в итоге получим:

    Применение диодов Шоттки

    Диоды Шоттки находят достаточно широкое применение. Их можно найти везде, где требуется минимальное прямое падение напряжения, а также в цепях ВЧ. Чаще всего их можно увидеть в компьютерных блоках питания, а также в импульсных стабилизаторах напряжения.

    Также эти диоды нашли применение в солнечных панелях, так как солнечные панели генерируют электрический ток только в светлое время суток. Чтобы в темное время суток не было обратного процесса потребления тока от аккумуляторов, в панели монтируют диоды Шоттки

    В компьютерной технике чаще всего можно увидеть два диода в одном корпусе

    При написании данной статьи использовался материал с этого видео

    СПРАВОЧНИК ПО ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫМ ДИОДАМ

    СПРАВОЧНИК ПО ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫМ ДИОДАМ

    Тип Uоб/Uимп
    В/В
    Iпр/Iимп
    А/А
    Uпр/Iпр
    В/А
    Cд/Uд
    пф/В
    Io(25)Ioм
    мкА/мкА
    Fmax
    кГц
    P
    Вт
    2Д101А
    КД102А
    КД102Б
    КД103А
    КД103Б
    КД104А
    КД105А
    КД105Б
    КД105В
    КД105Г
    КД106А
    ГД107А
    ГД107Б
    2Д108А
    2Д108Б
    КД109А
    КД109Б
    КД109В
    АД110А
    КДС111А
    КДС111Б
    КДС111В
    АД112А
    ГД113А
    2Д114А5
    2Д114Б5
    2Д114В5
    2Д115А1
    КД116А1
    КД116Б1
    2Д118А1
    2Д120А1
    2Д121А
    2Д122АС
    2Д122БС
    2Д123А91
    КД126А
    КД127А
    КД128А
    КД128Б
    КД128В

    КД201А
    КД201Б
    КД201В
    КД201Г
    КД202А
    КД202Б
    КД202В
    КД202Г
    КД202Д
    КД202Е
    КД202Ж
    КД202И
    КД202К
    КД202Л
    КД202М
    КД202Н
    КД202Р
    КД202С
    2Д202Т
    КД203А
    КД203Б
    КД203В
    КД203Г
    КД203Д
    КД203Е
    КД203Ж
    КД203И
    КД203К
    КД203Л
    КД203М
    КД204А
    КД204Б
    КД204В
    КД205А
    КД205Б
    КД205В
    КД205Г
    КД205Д
    КД205Е
    КД205Ж
    КД205И
    КД205К
    КД205Л
    КД206А
    КД206Б
    КД206В
    2Д207А
    КД208А
    КД209А
    КД209Б
    КД209В
    КД209Г
    КД210А
    КД210Б
    КД210В
    КД210Г
    КД212А
    КД212Б
    КД212В
    КД212Г
    КД213А
    КД213Б
    КД213В
    КД213Г
    2Д215А
    2Д215Б
    2Д215В
    2Д216А
    2Д216Б
    2Д217А
    2Д217Б
    2Д218А
    2Д219А
    2Д219Б
    2Д220А
    2Д220Б
    2Д220В
    2Д220Г
    2Д220Д
    2Д220Е
    2Д220Ж
    2Д220И
    КД221А
    КД221Б
    КД221В
    КД221Г
    2Д222АС
    2Д222БС
    2Д222ВС
    2Д222ГС
    2Д222ДС
    2Д222ЕС
    КД223А
    2Д225АС
    2Д225БС
    2Д225ВС
    КД226А
    КД226Б
    КД226В
    КД226Г
    КД226Д
    КД226Е
    КД227А
    КД227Б
    КД227В
    КД227Г
    КД227Д
    КД227Е
    КД227Ж
    2Д228А
    2Д229АС
    2Д229БС
    2Д229ВС
    2Д230А
    2Д230Б
    2Д230В
    2Д230Г
    2Д230Д
    2Д230Е
    2Д230Ж
    2Д230И
    2Д231А
    2Д231Б
    2Д231В
    2Д231Г
    2Д232А
    2Д232Б
    2Д232В
    2Д234А
    2Д234Б
    2Д234В
    2Д235А
    2Д235Б
    2Д236А
    2Д236Б
    2Д237А
    2Д237Б
    2Д238АС
    2Д238БС
    2Д238ВС
    2Д239А
    2Д239Б
    2Д239В
    КД241А
    КД243А
    КД243Б
    КД243В
    КД243Г
    КД243Д
    КД243Е
    КД243Ж
    КД244А
    КД244Б
    КД244В
    КД244Г
    2Д245А
    2Д245Б
    2Д245В
    КД247А
    КД247Б
    КД247В
    КД247Г
    КД247Д
    КД247Е
    КД248А
    КД248Б
    КД248В
    КД248Г
    КД248Д
    КД248Е
    КД248Ж
    КД248И
    КД248К
    2Д249А
    2Д249Б
    2Д249В
    2Д250А

    2Д251А
    2Д251Б
    2Д251В
    2Д251Г
    2Д251Д
    2Д251Е
    2Д252А
    2Д252Б
    2Д252В
    2Д253А
    2Д253Б
    2Д253В
    2Д253Г
    2Д253Д
    2Д253Е
    2Д254А
    2Д254Б
    2Д254В
    2Д254Г
    2Д255А5
    2Д255Б5
    2Д255Б5
    КД257А
    КД257Б
    КД257В
    КД257Г
    КД257Д
    КД258А
    КД258Б
    КД258В
    КД258Г
    КД258Д
    КД259А
    КД259Б
    КД259В
    2Д260А5
    2Д260Б5
    КД275А
    КД275Б
    КД275В
    КД275Г
    КД275Д
    КД275Е
    КД282А
    2Д2990А
    2Д2990Б
    2Д2990В
    КД2991А
    2Д2992А
    2Д2992Б
    2Д2992В
    2Д2993А
    2Д2993Б
    2Д2993В
    КД2994А
    2Д2995А
    2Д2995Б
    2Д2995В
    2Д2995Г
    2Д2995Д
    2Д2995Е
    2Д2995Ж
    2Д2995И
    2Д2997А
    2Д2997Б
    2Д2997В
    КД2998А
    КД2998Б
    КД2998В
    КД2998Г
    КД2998Д
    2Д2999А
    2Д2999Б
    2Д2999В

    100/
    100/
    200/
    200/
    35/50
    35/50
    70/100
    70/100
    140/200
    140/200
    210/300
    210/300
    280/400
    280/400
    350/500
    350/500
    420/600
    420/600
    560/800
    420/600
    560/800
    560/800
    700/1000
    700/1000
    560/800
    560/800
    700/1000
    700/1000
    280/400
    420/600
    400/400
    200/200
    50/ 50
    /500
    /400
    /300
    /200
    /100
    /500
    /600
    /700
    /100
    /200
    400/
    500/
    600/
    600/
    100/100
    400/400
    600/600
    800/800
    1000/1000
    800/
    800/
    1000/
    1000/
    200/
    200/
    100/
    100/
    200/200
    200/200
    200/200
    100/100
    400/400
    600/600
    200/200
    100/100
    200/200
    100/100
    100/100
    100/135
    /15
    /20
    400/400
    600/600
    800/800
    1000/1000
    400/400
    600/600
    800/800
    1000/1000
    /100
    /200
    /400
    /600
    /20
    /30
    /40
    /20
    /30
    /40
    200/230
    /15
    /25
    /35
    100/100
    200/200
    400/400
    600/600
    800/800
    600/600
    100/150
    200/250
    300/450
    400/600
    500/700
    600/850
    800/1200
    100/100
    /15
    /25
    /35
    400/400
    600/600
    800/800
    1000/1000
    400/400
    600/600
    800/800
    1000/1000
    /150
    /200
    /150
    /200
    15/15
    25/25
    35/35
    100/100
    200/200
    400/400
    40/40
    30/30
    600/600
    800/800
    100/100
    200/200
    25/25
    35/35
    45/45
    100/100
    150/150
    200/200
    1500/1500
    50/ 50
    100/100
    200/200
    400/400
    600/600
    800/800
    1000/1000
    100/100
    100/100
    200/200
    200/200
    400/450
    200/250
    100/150
    100/100
    200/200
    400/400
    600/600
    800/800
    50/50
    1000/1000
    1000/1000
    800/800
    800/800
    600/600
    600/600
    400/400
    400/400
    1000/1200
    40/40
    30/30
    20/20
    125/140