Принцип работы диода Шоттки
Что такое диод Шоттки? Это полупроводниковый элемент, название которого соответствует фамилии знаменитого физика и изобретателя, работавшего в Германии. Специфика диода Шоттки заключается в минимальном снижении напряжения. Эта низкая динамика наблюдается при прямом введении компонента в цепь. На практике используется при обратном напряжении с небольшими значениями (в среднем 3-10В), при возможности применять в промышленности с гораздо большими величинами значение может достигать до 1200В.
Разновидности диодов Шоттки
Все полупроводниковые элементы, работающие по принципу барьера Шоттки, делятся по мощности на:
- высокой;
- средней;
- малой мощности.
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.
Особенности и принцип работы диода Шоттки
Как работает диод Шоттки? В чем принципиальные отличия его работы от аналогов с другим барьерным переходом?
Устройство диода Шоттки имеет отличие от других элементов того же назначения использованием барьером в виде перехода между металлом и полупроводником. У аналогов обычно работает с этой же целью p-n переход. Так в первом случае имеется односторонняя электропроводность. В зависимости от того, какой конкретно металл выбран для перехода в элементе, различаются и характеристики элемента. Чаще всего выбирается кремний, возможно применение арсенида галлия. Реже могут применяться сплавы вольфрама, платины и других материалов.
Кремний — самый распространенный и надежный элемент в диодах Шоттки, с ним конструкция надежно работает в условиях высокой мощности. Изделие стабильнее в работе, чем другие полупроводниковые аналоги, а простота изготовления и устройства диода Шоттки делают его очень доступным вариантом.
Металл-полупроводник: принцип работы перехода
Принцип работы диода Шоттки основан на особенностях барьера. Эффект Шоттки при контакте компонентов, из которых выполнен непосредственно полупроводник и металл заключается в образовании бедного электронами участка. Последний имеет вентильные характеристики, аналогичные p-n взаимодействию. Контактный слой останавливает носителей заряда. По сравнению с другими типами полупроводниковых вентилей такое решение обладает:
- минимальным обратным током;
- стремящейся к нулю собственной емкостью;
- обратным напряжением самой низкой допустимой величины;
- при прямом включении — меньшим снижением напряжения (до 0.5 В в сравнении с 2-3 В в случае аналога).
В переходной зоне нет лишних носителей заряда. Благодаря этому там не возникают диффузии и рекомбинации, что наблюдается в контактных слоях p-n перехода. Так обеспечивается минимальная собственная емкость диода Шоттки, что делает возможным с большей эффективностью использовать его в устройствах с высокими и сверхчастотами.
Преимущества и недостатки диода Шоттки
Несомненными преимуществами подобных полупроводниковых изделий являются:
- надежное удерживание электротока;
- минимальная емкость барьера обеспечивает длительную эксплуатацию;
- быстродействие.
Высокие показатели обратного тока — основной недостаток устройств с диодом Шоттки. Из-за этого при скачке обратного тока диод может выйти из строя.
Важно! При внедрении подобных диодов в цепи с высокой мощностью электротока создается риск теплового пробоя.
Маркировка и схема диода Шоттки
На схеме преподносится почти как стандартный полупроводниковый диод, но имеются и отличия.
В маркировке используется набор символов, они всегда обозначаются сбоку изделия. Используются международные стандарты, но в зависимости от производителя маркировка может отличаться.
Сочетание цифр и букв на корпусе не всегда понятно, но в радиотехнических справочниках всегда можно найти точную расшифровку.
Работа в ИБП
Подобные элементы очень широко используются в импульсных схемах, в приборах для стабилизации напряжения, а также в блоках питания. Преимущественно выбираются сдвоенные элементы, имеющие в одном корпусе общий катод.
Использование в ИБП сдвоенного диода Шоттки с общим катодом является признаком высокого качества и надежности блока питания.
При этом сгоревший элемент относится к частым и типовым неисправностям импульсного устройства. Нерабочее состояние возникает при:
- утечке на корпус;
- электроприборе.
Встроенная защита приводит к блокировке ИБП в обоих случаях. При утечке возможно присутствие незначительных нестабильных пульсаций напряжения на выходе, а также слабые «подергивания» вентилятора. В случае пробоя напряжения в блоке питания полностью исключены. Так можно определить вероятную причину нерабочего состояния диода Шоттки, но для окончательного решения понадобится диагностика.
Для диагностики следует выполнить шаги:
- Выпаять элемент и схемы.
- Осмотреть на предмет механических повреждений, присутствия следов разрушительных химических реакций.
- Выполнить проверку мультиметром.
Отличие процедуры от диагностики обычных диодов заключается в необходимости демонтажа сборки или элемента, иначе проверить его состояние будет очень сложно. Утечку диагностировать сложнее. При использовании типичного мультиметра может отображаться полная работоспособность элемента при работе прибора в режиме «диод». Потому лучше устанавливать режим «омметр» и заменить элемент при демонстрации сопротивления. Показатель 5 кОм не устанавливает точно неисправность диода, но лучше считать его подозрительным и выполнить замену. Доступная стоимость диодов Шоттки позволяет сделать это практически в любой момент без особых трат.
Важно! Если для проверки работоспособности диода Шоттки используется типовой мультиметр, нужно учитывать указанный сбоку показатель электротока.
Применение
Отличительные особенности и принцип работы диода Шоттки обусловливают его широкое применение в быту и в промышленности. Кроме блоков питания компьютера, его часто можно встретить в схемах:
- бытовых электроприборов;
- стабилизаторов напряжения;
- во всем спектре радио- и телеаппаратуры;
- в другой электронике.
Подобные элементы используются в современных батареях и транзисторах, работа которых обеспечивается сенечной энергией.
Такое универсальное использование элемента связано с способностью полупроводникового диода с эффектом Шоттки во много раз усиливать работоспособность любого прибора и увеличивать его эффективность. Обратное сопротивление электротока восстанавливается, за счет чего он сохраняется в электрической сети. Потери динамики напряжения минимизируются. Также диод Шоттки вбирает несколько видов излучений.
Диод с барьером Шоттки — неприхотливый и простой элемент, обеспечивающий бесперебойную работу множества современных приборов. Доступный, надежный, отличается широкой сферой применения благодаря особенностям в своей конструкции.
Диод с барьером Шоттки. Его характеристики и как проверить
В большом семействе полупроводников есть так называемый диод Шоттки. Он назван по фамилии учёного Shottky, открывшего этот эффект. В радиоэлектронике занимает свою нишу благодаря своим параметрам. Что это за прибор и чем он отличается от обычных обсуждаем ниже.
Диоды Шоттки (Shottky) могут выглядеть так
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.
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 отличается от обычного полупроводникового большей нелинейностью.
Что дает использование соединения металл-полупроводник? Два положительных момента:
-
- 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.
- 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 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.
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.
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.
Диод Шоттки на схеме: условное обозначение
Про характеристики уже говорили. Это три основных параметра:
- 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**
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).
Виды диодов Шоттки
В настоящее время в электронных устройствах обычно применяют именно этот тип диодов. Бывают следующих видов:
- Одинарные.
- Сдвоенные
- с общим анодом;
- с общим катодом;
Два варианта корпусов для сдвоенных диодов Шоттки
Сдвоенные диоды Шоттки (или диодные сборки) выполнены в одном корпусе, похожи на силовые ключи, имеют три вывода. Диоды в сборке имеют одинаковые или очень близкие параметры, так как выполняются в одном технологическом цикле.
Часто диоды Шоттки выглядят именно так, но есть еще и в виде обычных диодов и СМД варианты. Как видите, на пластиковых стоит обозначение связки двух диодов — с общим анодом
Деталь имеет обычный корпус в виде небольших цилиндров с двумя проволочными выводами. Катод помечен полосой.
Таблица названий и характеристик
Диоды Шоттки выпускаются определёнными сериями. Не так много производителей в мире, несколько десятков серий. В таблице собраны наиболее часто встречающиеся элементы отечественного и импортного производства (некитайского).
Отечественные диоды Шоттки Импортные диоды Шоттки U max, V Imax, А Тип 1N5817 20-25 1 Одинарный 1N5820 20-25 3 Одинарный КД269 А, АС 20-25 5 Одинарный/сдвоенный КД238АС 20-25 7,5 Сдвоенный КД270 А, АС 20-25 7,5 Одинарный/сдвоенный КД271 А, АС 20-25 10 Одинарный/сдвоенный КД272 А, АС SR1620 20-25 15 Одинарный/сдвоенный КД273 А, АС 20-25 20 Одинарный/сдвоенный 1N5818 30-35 1 Одинарный 1N5821 30-35 3 Одинарный КД638 А, АС 30-35 5 Сдвоенные КД238 А, АС 30-35 7,5 Сдвоенные 10TQ0.5 30-35 10 Одинарный 12TQ035 30-35 15 Одинарный 20TQ035 30-35 20 Одинарный SR5030 30-35 50 Сдвоенные 1N5819 40-45 1 Одинарный 1N5822 40-45 3 Одинарный КД638 АС SR540 40-45 5 Одинарный КД238 АС 6TQ045 40-45 7.5 Сдвоенные 10TQ045 40-45 10 Одинарный 12TQ045 40-45 15 Одинарный 20TQ045 40-45 20 Одинарный SR350 50 3 Одинарный КД269 Б, БС 50 5 Одинарный/сдвоенный КД270 Б, БС SR850 50 7.5 Одинарный/сдвоенный КД271 Б, БС 50 10 Одинарный/сдвоенный КД272 Б, БС 50 15 Одинарный/сдвоенный КД273 Б, БС 18TQ050 50 20 Одинарный/сдвоенный SR160 60 1 Одинарный SR360 60 3 Одинарный КД638 БС SR560 60 5 Сдвоенные КД636 АС SR1660 60 15 Сдвоенные КД637 АС 60 25 Сдвоенные КД269 В, ВС 50SQ080 75 5 Одинарный/сдвоенный КД270 В, ВС 8TQ060 75 7,5 Одинарный/сдвоенный КД271 В, ВС 75 10 Одинарный/сдвоенный КД272 В, ВС 75 15 Одинарный/сдвоенный КД273 В, ВС 75 20 Одинарный/сдвоенный 30CPQ80 75 30 Сдвоенные 11DQ09 90-100 1.1 Одинарный 31DQ10 90-100 3.3 Одинарный КД638 ВС 90-100 5 Сдвоенные КД269 Г, ГС 50SQ100 90-100 5 Одинарный/сдвоенный КД270 Г, ГС 8TQ100 90-100 7.5 Одинарный/сдвоенный КД271 Г, ГС 90-100 10 Одинарный/сдвоенный КД272 Г, ГС 90-100 15 Одинарный/сдвоенный КД273 Г, ГС 90-100 20 Одинарный/сдвоенный 30CPQ100 90-100 30 Сдвоенные КД638 ГС 150 5 Сдвоенные КД269 Д, ДС 150 5 Одинарный/сдвоенный КД638 ДС 150 5 Сдвоенные КД270 Д, ДС 150 7,5 Одинарный/сдвоенный КД271 Д, ДС 10CTQ150 150 10 Одинарный/сдвоенный КД636 БС 150 15 Сдвоенные КД272 Д, ДС 150 15 Одинарный/сдвоенный КД273 Д, ДС 150 20 Одинарный/сдвоенный КД637 БС 150 25 Одинарный/сдвоенный 30CPQ150, SF303 150 30 Сдвоенные UF4003, SF14 200 1 Одинарный SF24 200 2 Одинарный SF34, HER303 200 3 Одинарный КД369 Е, ЕС 200 5 Одинарный/сдвоенный КД638 ЕС 200 5 Сдвоенные КД270 Е, ЕС 200 7,5 Одинарный/сдвоенный КД271 Е, ЕС 200 10 Одинарный/сдвоенный КД272 Е, ЕС 200 15 Одинарный/сдвоенный КД638 ВС 200 15 Сдвоенные КД273 Е, ЕС 200 20 Одинарный/сдвоенный КД637 ВС 200 25 Сдвоенные SF304, 30EPF02 200 30 Одинарный UF4004. SF16 400 1 Одинарный SF26 400 2 Одинарный SF26, HER305 400 3 Одинарный КД640 А, АС 400 8 Одинарный/сдвоенный КД271 К, КС, К1 10ETF04 400 10 Одинарный/сдвоенный КД272 К, КС, К1 16CTU04 400 15 Одинарный/сдвоенный КД641 А, АС 400 15 Одинарный/сдвоенный КД636ГС 400 15 Сдвоенные КД273К, КС, К1 400 20 Одинарный/сдвоенный КД637ГС 30CPF04 400 25 (30) Сдвоенные КД640 Б, БС 500 8 Одинарный/сдвоенный КД640 Е, ЕС 500 8 Одинарный/сдвоенный КД271 Л, ЛС, Л1 500 10 Одинарный/сдвоенный КД272 Л, ЛС, Л1 500 15 Одинарный/сдвоенный КД640 Б, БС 500 15 Одинарный/сдвоенный КД640 Е, ЕС 500 15 Одинарный/сдвоенный КД273 Л, ЛС, Л1 500 20 Одинарный/сдвоенный UF4005, SF17 600 1 Одинарный SF27 600 2 Одинарный SF37, HER306 600 3 Одинарный HFA04TB60 600 4 Одинарный КД640 В, ВС HFA08TB60, HFA08pB60 600 8 Одинарный/сдвоенный КД271, М, МС, М1 10ETF06 600 10 Одинарный/сдвоенный КД636 ДС 600 12 Сдвоенные КД272, М, МС, М1 600 15 Одинарный/сдвоенный КД641В, ВС 600 15 Одинарный/сдвоенный КД273, М, МС, М1 600 20 Одинарный/сдвоенный КД637 ДС 600 25 Сдвоенные 30СPF06 600 30 Одинарный/сдвоенный 40EPF06 600 40 Одинарный 60EPF06 600 60 Одинарный КД640 Г, ГС 700 8 Одинарный/сдвоенный КД640 Г, ГС 700 15 Одинарный/сдвоенный UF4006, SF18 800 1 Одинарный SF28 800 2 Одинарный SF38, HER307 800 3 Одинарный КД636 ЕС 800 12 Сдвоенные КД637 ЕС 20ETF08 800 25 Сдвоенные UF4007, SF19 1000-1200 1 Одинарный SF29 1000-1200 2 Одинарный SF39, HER308 1000-1200 3 Одинарный HFA06TB120 1000-1200 6 Одинарный HFA08TB120, HFA06PB120 1000-1200 8 Одинарный 20ETF12 1000-1200 20 Одинарный 30ETF12 1000-1200 30 Одинарный/сдвоенный 60ETF12 1000-1200 60 Одинарный Для удобства они отсортированы по напряжению пробоя. Внутри группы прямой ток идет по возрастающей. Так удобнее ориентироваться.
Отличия в графическом изображении диода Шоттки и обычного
Некоторые из перечисленных супербыстрые: SF 17/18/19 в группе с высоким обратным напряжением (от 600 В). В группе с напряжением пробоя 400 В их несколько — всё по списку начиная от тока 8А. Такая же картина наблюдается с пробоем на 300 В. В этой группе почти все отличатся высоким быстродействием. Только три позиции (UF4003 и SF 24 и 34) имеют «нормальную» для диодов Шоттки скорость срабатывания. Она всё равно намного выше, чем у обычных кремниевых деталей.
Если проанализировать таблицу, можно заметить, что диоды с малым обратным током почти без исключений импортного производства.
Как проверить
Вообще, он проверяется как обычный диод. Проверка основана на том, что они в одном направлении пропускают ток и имеют малое сопротивление, во втором ток не пропускают и сопротивление имеют высокое — почти обрыв.
Чтобы проверить диод Шоттки мультиметром, переводим его в режим прозвонки. Прикладываем щупы к выводам проверяемой детали. В одном положении должно «звониться», поменяв щупы, должна получить обрыв. Если «звонится» и в любом положении щупов — переход пробит и диод неисправен. Но никакие другие характеристики мультиметром вы не проверите. Можно только сказать работает он или пробит, а также где анод и катод.
Можно проверить диод Шоттки имея обычный мультиметр. В обратном положении должен показывать «обрыв».
Где анод, а где катод? Анод там где положительный щуп, катод — где земляной при таком положении когда диод ток пропускает. В обычном исполнении (КД) катод там, где корпус имеет расширение.
Проверить исправность диода Шоттки вообще не проблема, если имеете универсальный тестер. В слоты вставляем ножки детали и нажимаем на кнопку тестирования. На экране должен высветиться символ диода и характеристики, которыми он обладает. Перечень характеристик зависит от модели измерителя, но падение напряжения на прямом переходе, напряжение пробоя и обратный ток должны быть обязательно. А ещё вам распишут, к какому слоту подключён анод, а к какому катод. Если он сдвоенный, то и общий коллектор/база будут прописаны.
Чем заменить
Заменить диод диодом Шоттки вполне возможно, лишь бы подходил по основным характеристикам, напряжение и ток. А вот обратная замена нежелательна. Дело в том, что Шоттки в силу своих характеристик, меньше греются. При такой замене он быстро выйдет из строя. Конечно если проанализировать схему, то можно подобрать аналог с запасом по мощности.
Что такое диод Шоттки и принцип его работы
Большинство современных радиосхем использует диод Шоттки. Его действие основано на физическом эффекте, который открыл немецкий ученый Вальтер Шоттки, поэтому он и носит его имя. Этот элемент имеет много таких же параметров, как и обычные диоды, но есть у него и существенные отличия.
Принцип действия и обозначение
Если обычный полупроводниковый диод основан на свойствах p-n перехода, то принцип работы диода Шоттки основан на свойствах перехода при контакте металла и полупроводника. Такой контакт получил в физике получил название «барьер Шоттки». В качестве полупроводника чаще всего используется арсенид галлия (GaAs), а из металлов применяют в основном следующие:
- вольфрам;
- платину;
- серебро;
- золото;
- палладий.
На радиотехнических схемах обозначение диода Шоттки похоже на обозначение обычного полупроводникового элемента, но есть заметное различие: со стороны катода, где есть небольшая перпендикулярная к основной линии черта, у нее дополнительно загибаются края в разные стороны под прямым углом или с плавным изгибом.
Иногда на принципиальных схемах затруднительно графически обозначить этот элемент, его рисуют, как обычный диод, а в спецификации дополнительно указывают тип.
Положительные и отрицательные качества
Полупроводниковый элемент Шоттки широко применяется в различных электронных и радиотехнических устройствах из-за своих положительных свойств. К ним относят следующие:
- очень низкое падение напряжения на переходе, максимальное значение которого составляет всего 0,55 В;
- большая скорость срабатывания;
- малая емкость барьера (перехода), что дает возможность применять диод Шоттки в схемах с высокой частотой тока.
Но есть и несколько отрицательных свойств, которые необходимо учитывать при использовании этого радиотехнического элемента. А именно:
- мгновенный необратимый выход из строя даже при кратковременном повышении обратного напряжения выше предельного значения;
- возникновение теплового пробоя на обратном токе из-за выделения тепла;
- часто встречаются утечки диодов, которые определить затруднительно.
Сфера применения и популярные модели
Полупроводниковый радиотехнический элемент Шоттки характеризуется отсутствием диффузной емкости из-за отсутствия неосновных носителей. Поэтому этот элемент в первую очередь — это СВЧ-диод широкого спектра применения. Его используют в роли следующих элементов:
- тензодатчик;
- приемник излучения;
- модулятор света;
- детектор ядерного излучения;
- выпрямитель тока высокой частоты.
Малое падение напряжения, к сожалению, наблюдается у большинства этих элементов при рабочем напряжении в пределах 55−60 В. Если напряжение выше этого значения, то диод Шоттки имеет такие же качества, как и обычный полупроводниковый элемент на кремниевой основе. Максимум обратного напряжения обычно составляет порядка 250 В, но есть особые модели, которые выдерживают и 1200 В (например, VS-10ETS12-M3).
Из сдвоенных моделей популярной среди радиолюбителей является 60CPQ150. Этот радиоэлемент имеет максимум обратного напряжения 150 В, а каждый отдельный диод из сборки рассчитан на пропускание тока в прямом включении силой 30 А. В мощных импульсных источниках питания иногда можно встретить модель VS-400CNQ045, у которой сила тока на выходе после выпрямления достигает 400 А.
У радиолюбителей пользуются популярностью диоды Шоттки серии 1N581x. Такие образцы, как 1N5817, 1N5818, 1N5819 имеют максимальный номинальный прямой ток 1 А, а обратное напряжение у них составляет 20−40 В. Падение напряжения на барьере (переходе) в диапазоне от 0.45 до 0.55 В. Также в радиолюбительской практике встречается элемент 1N5822 с прямым током до 3 А.
На печатных платах используют миниатюрные диоды серий SK12 — SK16. Несмотря на очень небольшие размеры, они выдерживают прямой ток до 1 А, а напряжение «обратки» составляет от 20 до 60 В. Есть и более мощные диоды, например, SK36. У него прямой ток доходит до 3 А.
Диагностика возможных неисправностей
Существует всего три вида возможных неисправностей. Это пробой, обрыв и утечка. Если первые два вида можно диагностировать самостоятельно в домашних условиях с помощью обычного мультиметра, то третья неисправность в домашних условиях практически не поддается диагностике.
Для надежного определения выхода из строя диода его необходимо выпаять из схемы, иначе шунтирование через другие элементы схемы будет искажать полученные показания. При пробое элемент ведет себя как обычный проводник. При замере его сопротивления в обоих направлениях измерительный прибор будет составлять «0». При обрыве деталь вообще не пропускает электрический ток в любом направлении. Его сопротивление равно бесконечности в каждом направлении.
Косвенным признаком утечки в элементе является его нестабильная работа. Иногда может срабатывать встроенная защита в блоке питания компьютера, монитора и т. д.
Мультиметром определить утечку невозможно, так как она возникает при работе элемента, а замеры необходимо производить при его отключении от схемы.
Диоды Шоттки: что это такое, чем отличается, как работает
Устройство получило свое название в честь Вальтера Шоттки, немецкого изобретателя и физика, открывшего квантовую зависимость, согласно которой внешнее электрическое поле принуждает покидать зону проводимости все свободные электроны. Впоследствии ученый был награжден медалью Хьюза за свою деятельность. Примечательно, что имея отношение к теоретической физике, данное открытие находит активное практическое применение.
Содержание статьи
Диод Шоттки является представителем полупроводниковых элементов, обладающих барьером и отличающихся малым падением напряжения при прямом введении компонента в электрическую цепь (от 0,2 до 0,4 вольт). Благодаря простоте конструкции, оперативной возобновляемости заряда, неприхотливости и большому значению тока утечки, барьерный диод активно используется в современной радиоэлектронике.
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).
Как устроен диод Шоттки
Структура элемента включает в себя несколько частей:
- эпитаксиальный слой;
- подложка;
- охранное кольцо;
- металлическая пленка;
- барьер;
- внешний контакт.
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:
- малый;
- средний;
- высокий.
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.
Применение диодов Шоттки
Компоненты активно эксплуатируются в составе разных приборов и оборудования:
- компьютерная техника и бытовая электроника;
- силовые высокочастотные выпрямители;
- солнечные батареи и приемники излучения;
- радиоаппаратура и телевизионное оборудование;
- усилители звука и МОП-транзисторы;
- стабилизаторы и БП.
Изделия эксплуатируются везде, где требуется минимальное прямое падение напряжения. Популярность обусловлена преимуществами диодов Шоттки, которые позволяют восстанавливать обратное сопротивление электрического тока, стабилизировать напряжение, принимать на себя излучения, а также увеличить эффективность конечных приборов.
Несмотря на преимущества, такие приборы обладают недостатками. Но их всего два:
- в случае повышения температуры фиксируется значительное возрастание обратного тока;
- пробой необратим в случаях кратковременного превышения критического напряжения.
Существует три основные неисправности, которые могут произойти с диодами данного типа: обрыв, пробой и утечка (выявить сложнее всего). Диагностика осуществляется при помощи универсального тестера (мультиметр). Для получения точных результатов проверка потребует пайки и измерения обратного сопротивления. В случае использования типового тестера следует учитывать указанный показатель электрического тока.
Как маркируется диод Шоттки и обозначается на схемах
Зачастую диод Шоттки на схеме обозначается как обычный диод, а дополнительная информация о типе компонента указывается в спецификации.
Как правило, маркировка диодов Шоттки представляет собой набор символов, нанесенных на корпус изделия согласно международным стандартам. В зависимости от страны производителя маркировки могут различаться. В любом случае расшифровать код можно при помощи радиотехнических справочников.
В случае необходимости можно заменить стандартный диод можно аналогичным устройством с барьером – главное, чтобы совпадали параметры тока и напряжения. Но монтировать классическое изделие вместо барьерного аналога категорически не рекомендуется, поскольку из-за перегрева оно быстро выйдет из строя. Опытные радиотехники могут подобрать элемент с запасом по мощности, проанализировав всю схему.