Инфо-baza
182 0

Диод Шоттки: что это, маркировка, обозначение на схеме (УГО)

Диоды на основе перехода «металл-полупроводник», описанные теоретически Вальтером Шоттки в 1930-е годы, сегодня применяют там, где необходимы их эффективные электрические параметры, такие как малое падение напряжения на переходе (VF) и быстрое переключение (tRR).

Но за эти преимущества приходится платить. Основной недостаток диодов Шоттки связан с относительно высоким током утечки. Ток утечки, обозначаемый в иностранных источниках как ‘IR’ (ток в обратном направлении), обычно измеряется в микроамперах (10-6 А) для небольших диодов Шоттки и может достигать нескольких миллиампер (10-3 А) для более мощных диодов. По сравнению с диодами Шоттки у обладающих малой утечкой диодов с p-n переходом («полупроводник – полупроводник») этот параметр находится в диапазоне наноампер (10-9 А), а более мощные диоды имеют ток утечки в несколько микроампер.

В устройствах с батарейным питанием, таких как смартфоны, планшеты и смарт-часы, этот недостаток диодов Шоттки сокращает срок работы от аккумуляторной батареи. Для решения проблемы использовались транзисторы на основе эффекта Шоттки – с таким же низким прямым напряжением на переходе, но с меньшим током утечки. В отдельных случаях такой подход был успешным, но приходилось жертвовать другим важным параметром диодов Шоттки – быстрым временем переключения. Возникали дополнительные сложности и в процессе изготовления приборов, так как нужно было использовать более сложные технологии КМОП.

Что такое диод Шоттки

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

Читайте также: Степень (класс) защиты электрооборудования IP: что значат буквы и цифры

Стабилитрон уже обозначается, как диод с “кепочкой”

обозначение стабилитрона на схеме

Диод Шоттки имеет две “кепочки”

обозначение диода шоттки на схеме

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

Али-джинн-экспресс

Вбив в поиск на али «ideal diode», я получил пачку однотипных платок с ценовым разбросом от $2 до $10. Отзывы, как обычно — «Товар пришел, все ок, продавцу 5 звезд». Обзоров нигде тоже не нашел. Рискнул и купил 3 штуки, выбрав вариацию полуслепым рандомомИз заявлений продавца: Перепад напряжения общей диод составляет 0,2 V и 0,7 V. Можете ли вы представить, сколько энергии потребляется 10A? 10A * 0,2 V = 2W, 2W действует на диод, чтобы генерировать тепло достаточно, чтобы сделать диодный лом. Новая сила, идеальный диод с защитой от обратного заполнения, внутреннее сопротивление 8 миллиом, два параллельных, падение ультра низкого напряжения, вместо обычного диода, Модуль параметры: Название модуля: 15A идеальный диод с защитой от засыпки Рабочее напряжение: DC5-60V Рабочий ток: 15а (макс.) пик 18а (без теплоотвода 10а работает в течение длительного времени, может использоваться параллельно для увеличения рабочего тока) Статический рабочий ток: 0.2ма (12 в, будут ошибки, когда рабочее напряжение отличается) Рабочая температура: -40 ~ + 85 градусов Пришли мне вот такие модули:

(Линейку для масштаба не прикладывал, винты на клеммах М4)Под капотом у этой балалайки 2 мосфета STP75NF75. Причем схема включения не предполагает использования минусовой клеммы.

В перечерчивании схем с плат не особо силен, но выглядит так, что оба мосфета стоят параллельно своими стоками и истоками, а цепи затворов у каждого свои — там просто включен диод (или стабилитрон) вместе с конденсатором. Подобной схемы в интернетах не нашел.

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, называемымобратным напряжением диода.

Это значение можно найти в даташите

обратное напряжение диодаобратное 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 называетсяпрямым падением напряженияна диоде. В даташитах обозначается как Vf, то естьVoltage drop.

Читайте также: Волновой резонанс, необходимый для успешной профессиональной деятельности

прямое падение напряжения на диоде

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

где

P – мощность, Вт

Vf – прямое падение напряжение на диоде, В

I – сила тока через диод, А

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 диодепадение 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.

шоттки падение напряженияпадение 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.

Читайте также: Что такое модульный контактор и для чего он нужен?

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 Шотткиграфик зависимости прямого тока от напряжения

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

Особенности диодов Шотки

Диод Шотки отличается тем, что в нем переход образован контактом полупроводника и металла. Полупроводник — кремний или арсенид галия, а металлический электрод на эпитаксиальный слой полупроводника наносится методом вакуумного испарения.

Диоды Шотки названы в честь немецкого физика В. Шотки, исследовавшего такие структуры в 30-х годах прошлого века.

Преимущества диодов Шотки перед диодами с р-п переходом:

  1. Лучшее выпрямление высокочастотного напряжения.
  2. Значительно меньшее прямое напряжение падения, вследствие чего, меньшая мощность теряется на диоде.
  3. Конструкция позволяет лучше обеспечить отвод тепла от полупроводникового кристалла.
  4. Допускают значительно большую плотность прямого тока.
  5. Практически идеальная прямая ветвь ВАХ, что позволяет использовать диоды Шотки в качестве быстродействующих логарифмических элементов.

Еще одно важное качество диодов Шотки — у них нет эффекта накопления избыточного заряда, нет необходимости и в его рассасывании.

В результате быстродействие диода Шотки значительно выше быстродействия диода на р-п переходе, отсутствует инверсный ток рассасывания. Соответственно снижаются шумы и увеличивается КПД.

Свойство низкого прямого напряжения падения наиболее выражено у относительно низковольтных диодов Шотки, с допустимым обратным напряжением до 40V, при работе на частоте до 500 кГц.

У диодов с большим допустимым обратным напряжением данный эффект выражен хуже, и у диодов с допустимым обратным напряжением более 100V он практически исчезает.

Отрицательной чертой диода Шотки является относительно большой обратный ток, а так же, высокая чувствительность к превышению допустимого обратного напряжения.

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?

Читайте также: Блуждающие токи: причины возникновения и способы защиты от них

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.

Справочники радиодеталей

Справочники радиодеталей: транзисторов, диодов, микросхем, резисторов, полупроводниковых SMD компонентов. Справочные пособия по радиоэлектронным компонентам отечественного и импортного производства.

Справочник зарубежные транзисторы и их аналоги.В справочнике представлены зарубежные маломощные биполярные транзисторы с указанием характерристик. Формат HTML (djvu). Размер файла — 19Mb.

Справочник по SMD и обычным диодам шоттки.В справочнике приводится описание характерристик, маркировка, технические параметры, цоколевка для диодов шоттки. Формат справочника PDF. Размер файла — 3.9Mb.

Справочник отечественные полупроводниковые приборы и их зарубежные аналоги.В книге приводится описание параметров, цоколевки, маркировки, обозначение на схемах отечественных и импортных полупроводниковых приборов. Формат справочника djvu. Размер файла — 3Mb.

Справочник по маркировке резисторов.В книге рассматривается цветовая, буквенно-цифровая маркировка резисторов постоянных и переменных. Маркировка терморезисторов, варисторов, ограничителей токовой перегрузки. Описаны параметры и информация по применению. Формат книги djvu. Размер файла — 7.6Mb.

Справочник зарубежные транзисторы, микросхемы, диоды.В книге представлены около 80 тысяч полупроводниковых компонентов, включая ТТЛ, логику на МОП структуре и стабилизаторы напряжения в интегральном исполнении. Приведены основные технические параметры, особенности, области применения а так же аналоги. Формат книги djvu. Размер файла — 21Mb.

Справочник популярные микросхемы КМОП серии к176, к561, 564, кр1561, 1564.В справочнике приводится 95 типов импортных и отечественных КМОП микросхем. Рассматриваются логические элементы, триггеры, счетчики, регистры и более сложные микросхемы средней степени интеграции. Приводятся структурные схемы, параметры, цоколевка и рекомендации по применению. Формат книги djvu. Размер файла — 1Mb.

Справочник популярные микросхемы ТТЛ.В книге представлены популярные микросхемы ТТЛ импортного и отечественного производства. Приводится схемотехника микросхем, параметры и цоколевка. Формат книги djvu. Размер файла — 2.2Mb.

Справочник активных SMD компонентов.В книге представлено более 120 тысяч кодов для SMD транзисторов, диодов, тиристоров и микросхем. Приводится описание параметров, цоколевка выводов, маркировка. Формат книги PDF. Размер файла — 14.7Mb.

Справочник по отечественным диодам, стабилитронам, тиристорам, оптопарам.В книге приводятся характеристики и параметры выпрямительных, импульсных, варикапов, туннельных и сверхвысокочастотных диодов, стабилитронов общего назначения, прецизионных, импульсных, двуханодных и стабисторов. Формат книги djvu. Размер файла — 8.6Mb.

Справочник большие интегральные схемы.В книге представлены импортные микросхемы синтезаторы, процессоры, контроллеры, АЦП, детекторы, АЦП, память, ПЛИС, DSP, кодеки. Описаны типовые схемы включения, назначение выводов, характеристики и классификация. Формат книги djvu. Размер файла — 4.8Mb.

Справочник маркировка электронных компонентов.В книге приводится цветовая и кодовая маркировка пассивных компонентов: резисторов, конденсаторов, катушек индуктивности а так же активных компонентов в SMD корпусах DO и SOT. Формат книги djvu. Размер файла — 4.2Mb.

Справочник по интегральным микросхемам серии STK фирмы SANYO и STR, SAI, SI фирмы Sanken.В книге приведены сведения о микросхемах серии STK фирмы SANYO и STR, SAI, SI фирмы Sanken широко применяемых в различных бытовых аудио комплексах, телевизорах и другой бытовой и профессиональной электронной технике. Для большинства из них даны схемы включения, основные электрические параметры, типы корпусов. Микросхемы, имеющие одинаковую электрическую схему включения, сведены в одном месте, т.е. фактически являются аналогами. Формат книги djvu. Размер архива – 3,10Mb.

Справочник по отечественным микросхемам.В книге представлены все произведенные на территории СНГ микросхемы – около 8000 тысяч типов. Даны справочные данные по ним и приведены их зарубежные аналоги. Формат книги djvu. Размер архива — 7,35Mb.

Справочное приложение по ШИМ-контролерам. Приложение выполнено в виде документа для интернет-браузеров и открывается в стандартном браузере (опере, хроме, фоксе и т.п.). В нем представлены ШИМ-контролеры для импульсных блоков питания. Приведены справочные данные, габаритные размеры, цоколевка и структурные схемы этих приборов.

Справочник по отечественным (СНГ) интегральным микросхемам и их зарубежным аналогам. В справочнике дана информация только по аналогичности приборов – НАШ – ИМПОРТНЫЙ АНАЛОГ. В справочнике приведены более 3000 приборов.

Формат справочника PDF. Оба справочника в одном архиве, размер которого 1,21Mb

Рекомендуем посмотреть программы для радиолюбителей

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 называетсяобратным током утечки. На английский манер это звучит какreverse 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

Замеряем ток утечки

ток утечкиобратный ток утечки диода

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

Давайте теперь повторим этот же самый опыт с диодом Шоттки

Диод Шотткиобратный 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

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 Шотткизависимость 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:

Читайте также: Какую зависимость сопротивления проводника от его размеров и свойств

Предисловие

Я живу в сельской местности, и у нас тут бывают периодические блэкауты, особенно в летний период. Минимальное время восстановления подачи — от 1 часа, среднее — 3-4 часа, если аварийная бригада ничем не занята. Поэтому когда делал ремонт несколько лет назад, сделал в квартире дополнительную разводку линий 12В для дежурного и аварийного освещения, а также питания USB зарядок, встроенных в розетки. Изначально в качестве резервируемого блока питания использовал БИРП на 6А, доставшийся за недорого, и две АКБ по 7а/ч в нем. Этого, в принципе, хватало на ожидание восстановления подачи электроснабжения. Но аппетиты пришли во время еды, добавилось светодиодное освещение, видеорегистратор, роутеры-шмоутеры… И это все уже пошло мимо БИРПа, что было неудобно. Да и к тому же AGM батареи очень неохотно отдавали большой ток, и хватать их стало чуть больше чем на год. А с учетом роста их стоимости становилось вообще грустно.

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 панеляхШоттки в солнечных панелях

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

При написании данной статьи использовался материал с этого видео

Поиски решения

Решил я запилить резервирование от автомобильной АКБ — 60А/ч за 3000руб это неплохо, на мой взгляд. Длительное ковыряние типовых схем UPSов, а также предлагаемых решений привело к одному — АКБ и БП изолируются друг от друга диодными вентилями:

В типовых схемах использовались диоды Шоттки. Из тех, что я нашел (и поставил) — падение напряжения при токе в 15А было 0,6В. И грелся он неплохо так. Также нашел я несколько схем реализации «Идеальных диодов» на мосфетах. «Идеальным» он назван потому, что падение прямого напряжения на нем минимально, вследствие чего нет паразитного нагрева атмосферы и просадки напряжения при питании от АКБ. Но реальных отзывов об их эксплуатации на форумах не нашел, собирать из дерьма и палок на макетке мне не очень хотелось, ваять свою платку я уже и забыл как.

Добавить комментарий