K početné rodině polovodičových diod pojmenovaných po vědcích, kteří neobvyklý efekt objevili, můžeme přidat ještě jednu. Toto je Schottkyho dioda.
Německý fyzik Walter Schottky objevil a studoval tzv. bariérový efekt, ke kterému dochází při určité technologii vytváření přechodu kov-polovodič.
Hlavní „vlastností“ Schottkyho diody je, že na rozdíl od běžných diod založených na pn přechodu využívá přechod kov-polovodič, kterému se také říká Schottkyho bariéra. Tato bariéra, stejně jako polovodičový pn přechod, má vlastnost jednostranné elektrické vodivosti a řadu charakteristických vlastností.
Materiály používané pro výrobu Schottkyho bariérových diod jsou převážně křemík (Si) a arsenid galia (GaAs), stejně jako kovy jako zlato, stříbro, platina, palladium a wolfram.
Ve schématech zapojení je Schottkyho dioda znázorněna takto.
Jak vidíme, její obraz se poněkud liší od označení běžné polovodičové diody.
Kromě tohoto označení můžete na schématech vidět i obrázek duální Schottkyho diody (sestavy).
Duální dioda jsou dvě diody namontované v jednom společném krytu. Vývody jejich katod nebo anod jsou kombinované. Proto má taková sestava zpravidla tři výstupy. Spínané zdroje obvykle používají společné katodové sestavy.
Vzhledem k tomu, že dvě diody jsou umístěny ve stejném pouzdře a vyrobeny v jediném technologickém procesu, jsou si svými parametry velmi blízké. Protože jsou umístěny v jediném krytu, jejich teplotní podmínky jsou stejné. Tím se zvyšuje spolehlivost a životnost prvku.
Schottkyho diody mají dvě pozitivní vlastnosti: velmi nízký úbytek napětí v propustném směru (0,2-0,4 voltu) na přechodu a velmi vysoký výkon.
Bohužel se takový malý pokles napětí objeví, když použité napětí není větší než 50-60 voltů. S dalším nárůstem se Schottkyho dioda chová jako běžná křemíková usměrňovací dioda. Maximální zpětné napětí pro Schottkyho obvykle není větší než 250 voltů, ačkoli vzorky navržené pro 1,2 kilovoltů (VS-10ETS12-M3) lze nalézt v prodeji.
Dvojitá Schottkyho dioda (Schottkyho usměrňovač) 60CPQ150 je tedy navržena pro maximální zpětné napětí 150 V a každá z diod v sestavě je schopna propustit 30 ampérů v přímém zapojení!
Můžete také najít vzorky, jejichž usměrněný proud v poloperiodě může dosáhnout maximálně 400 A! Příkladem je model VS-400CNQ045.
Velmi často je ve schématech zapojení složité grafické znázornění katody jednoduše vynecháno a Schottkyho dioda je znázorněna jako běžná dioda. A typ použitého prvku je uveden ve specifikaci.
Mezi nevýhody Schottkyho bariérových diod patří skutečnost, že i při krátkodobém přebytku zpětného napětí okamžitě a hlavně nevratně selžou. Zatímco křemíkové silové ventily se po odeznění přepětí dokonale samy zotaví a pokračují v provozu. Kromě toho je zpětný proud diod vysoce závislý na teplotě přechodu. Při vysokém zpětném proudu dochází k tepelnému průrazu.
Kromě vysoké rychlosti a následně krátké doby zotavení patří mezi pozitivní vlastnosti Schottkyho diod nízká přechodová (bariérová) kapacita, která umožňuje zvýšení pracovní frekvence. To umožňuje jejich použití v pulzních usměrňovačích při frekvencích stovek kilohertzů. Velké množství Schottkyho diod nachází uplatnění v integrované mikroelektronice. Schottkyho diody založené na nanotechnologii se používají v integrovaných obvodech, kde obcházejí tranzistorové přechody pro zlepšení výkonu.
V radioamatérské praxi se uchytily Schottkyho diody řady 1N581x (1N5817, 1N5818, 1N5819). Všechny jsou navrženy pro maximální propustný proud ( IF(AV) ) – 1 ampér a zpětné napětí ( VRRM ) od 20 do 40 voltů. Úbytek napětí ( VF ) při přechodu je z 0,45 na 0,55 voltu. Jak již bylo zmíněno, úbytek napětí v propustném směru (Forward voltage drop) Schottkyho bariérových diod je velmi malý.
Dalším známým prvkem je 1N5822. Je určen pro stejnosměrný proud 3 ampéry a je umístěn v pouzdře DO-201AD.
Také na deskách plošných spojů se nacházejí diody řady SK12–SK16 pro povrchovou montáž. Mají poměrně malé rozměry. Navzdory tomu SK12-SK16 odolávají propustnému proudu až 1 ampéru při zpětném napětí 20–60 voltů. Úbytek napětí v propustném směru je 0,55 voltu (pro SK12, SK13, SK14) a 0,7 voltu (pro SK15, SK16). V praxi se lze setkat i s diodami řady SK32–SK310, například SK36, která je navržena pro propustný proud 3 ampéry.
Použití Schottkyho diod v napájecích zdrojích
Schottkyho diody jsou široce používány v počítačových napájecích zdrojích a pulzních stabilizátorech napětí. Mezi nízkonapěťovými napájecími napětími mají největší proud (desítky ampér) napětí +3,3 voltu a +5,0 voltu. Právě v těchto sekundárních zdrojích jsou použity Schottkyho bariérové diody. Nejčastěji se používají třísvorkové sestavy se společnou katodou. Právě použití sestav lze považovat za známku kvalitního a technologicky vyspělého zdroje.
Selhání Schottkyho diod je jednou z nejčastějších závad spínaných zdrojů. Může mít dva „mrtvé“ stavy: čistě elektrický průraz a únik. Pokud je přítomna jedna z těchto podmínek, je napájení počítače zablokováno, protože je spuštěna ochrana. To se ale může stát různými způsoby.
V prvním případě chybí všechna sekundární napětí. Ochrana zablokovala napájení. Ve druhém případě se ventilátor „škube“ a periodicky se objevují a poté mizí na výstupu napájecích zdrojů pulzace napětí.
To znamená, že ochranný obvod se periodicky spouští, ale zdroj energie není zcela blokován. Schottkyho diody zaručeně selžou, pokud je radiátor, na kterém jsou instalovány, velmi zahřátý až do té míry, že vytváří nepříjemný zápach. A poslední možnost diagnostiky související s únikem: při zvýšení zátěže centrálního procesoru v multiprogramovém režimu se napájení samovolně vypne.
Je třeba mít na paměti, že při odborné opravě zdroje po výměně sekundárních diod, zejména při podezření na netěsnost, je nutné zkontrolovat všechny výkonové tranzistory, které plní funkci kláves a naopak: po výměně klíčových tranzistorů je kontrola sekundárních diod povinným postupem. Vždy je třeba se řídit zásadou: potíže nikdy nepřijdou samy.
Kontrola Schottkyho diod multimetrem
Schottkyho diodu můžete zkontrolovat pomocí komerčního multimetru. Technika je stejná jako při kontrole běžné polovodičové diody s pn přechodem. Ale i zde jsou úskalí. Netěsná dioda se testuje obzvláště obtížně. Nejprve je nutné vyjmout prvek z obvodu pro přesnější kontrolu. Je docela snadné určit zcela rozbitou diodu. Při všech mezích měření odporu bude mít vadný prvek nekonečně malý odpor, a to jak v přímém, tak v opačném zapojení. To je ekvivalentní zkratu.
Obtížnější je kontrola diody s podezřením na „netěsnost“. Pokud otestujeme multimetr DT-830 v režimu „dioda“, uvidíme zcela provozuschopný prvek. Můžete zkusit změřit jeho zpětný odpor v režimu ohmmetru. Na hranici “20 kOhm” je zpětný odpor definován jako nekonečně velký. Pokud zařízení vykazuje nějaký odpor, řekněme 3 kOhm, pak by tato dioda měla být považována za podezřelou a měla by být nahrazena známou dobrou. Kompletní výměna Schottkyho diod na napájecích sběrnicích +3,3V a +5,0V může poskytnout XNUMX% záruku.
Kde jinde se v elektronice používají Schottkyho diody? Lze je nalézt v poněkud exotických zařízeních, jako jsou přijímače záření alfa a beta, detektory neutronového záření a v poslední době se na spojích Schottkyho bariéry montují solární panely. Dodávají tedy elektřinu i kosmickým lodím.
