Schottky-Diode - Eigenschaften, Parameter und Anwendungen

Diode ist eine der Grundkomponenten, die üblicherweise in elektronischen Schaltungsentwürfen verwendet werden. Sie kann häufig in Gleichrichtern, Clippern, Clampern und vielen anderen häufig verwendeten Schaltungen verwendet werden. Es handelt sich um ein Halbleiterbauelement mit zwei Anschlüssen, das den Stromfluss in nur einer Richtung von Anode zu Kathode (+ zu -) zulässt und den Stromfluss in umgekehrter Richtung blockiert, dh von Kathode zu Anode. Der Grund dafür, dass es rd. Null Widerstand in Vorwärtsrichtung, unendlicher Widerstand in Rückwärtsrichtung. Es gibt viele Arten von Dioden mit jeweils einzigartigen Eigenschaften und Anwendungen. Wir haben bereits etwas über Zenerdioden und ihre Funktionsweise gelernt. In diesem Artikel erfahren Sie mehr über einen anderen interessanten Diodentyp namens Schottky-Diode und wie er in unseren Schaltungsentwürfen verwendet werden kann.

Die Schottky-Diode (benannt nach dem deutschen Physiker Walter H. Schottky) ist eine andere Art von Halbleiterdiode. Statt eines PN-Übergangs verfügt die Schottky-Diode jedoch über einen Metall-Halbleiter-Übergang, der die Kapazität verringert und die Schaltgeschwindigkeit der Schottky-Diode erhöht unterscheidet es von anderen Dioden. Die Schottky-Diode hat auch andere Namen wie Oberflächenbarriere-Diode, Schottky-Barriere-Diode, Heißträger oder Heißelektronendiode.

Schottky-Dioden-Symbol

Das Symbol der Schottky-Diode basiert auf einem generischen Diodensymbol, hat jedoch anstelle einer geraden Linie eine S-ähnliche Struktur am negativen Ende der Diode, wie unten gezeigt. Dieses schematische Symbol kann leicht verwendet werden, um die Schottky-Diode beim Lesen eines Schaltplans von anderen Dioden zu unterscheiden. In diesem Artikel werden wir die Schottky-Diode zum besseren Verständnis mit der regulären Diode vergleichen.

Selbst durch das physikalische Erscheinungsbild der Komponente ähnelt eine Schottky-Diode einer generischen Diode, und manchmal ist es schwierig, den Unterschied zu erkennen, ohne die Teilenummer darauf zu lesen. Meistens erscheint eine Schottky-Diode jedoch etwas sperrig als normale Dioden, muss aber nicht immer der Fall sein. Ein Schottky-Dioden-Pinbelegungsbild ist unten gezeigt.

Was macht die Schottky-Diode so besonders?

Wie bereits erwähnt, sieht eine Schottky-Diode einer generischen Diode sehr ähnlich und arbeitet sehr ähnlich. Eine einzigartige Eigenschaft der Schottky-Diode ist jedoch ihr sehr geringer Spannungsabfall und ihre hohe Schaltgeschwindigkeit. Um dies besser zu verstehen, schließen Sie eine Schottky-Diode und eine generische Diode an eine identische Schaltung an und überprüfen Sie deren Leistung.

In den obigen Bildern haben wir zwei Schaltungen, eine für die Schottky-Diode und eine für eine typische PN-Sperrschichtdiode. Diese Schaltungen werden verwendet, um die Spannungsabfälle in beiden Dioden zu unterscheiden. Die linke Schaltung ist also für eine Schottky-Diode und die rechte für eine typische PN-Sperrschichtdiode. Beide Dioden werden mit 5V versorgt. Wenn Strom von beiden Dioden geleitet wird, hat die Schottky-Diode nur einen Spannungsabfall von 0,3 Volt und belässt 4,7 Volt für die Last. Andererseits hat eine typische PN-Sperrschichtdiode einen Spannungsabfall von 0,7 Volt und lässt 4,3 Volt für die Last übrig. Die Schottky-Diode hat also einen geringeren Spannungsabfall als eine herkömmliche PN-Sperrschichtdiode. Außer dem Spannungsabfall hat die Schottky-Diode auch einige andere Vorteile gegenüber einer typischen PN-Sperrschichtdiode wie der Schottky-Diodeschnellere Schaltgeschwindigkeit, weniger Rauschen und bessere Leistung als eine typische PN-Sperrschichtdiode.

Nachteile der Schottky-Diode

Wenn die Schottky-Diode einen sehr geringen Spannungsabfall und eine hohe Schaltgeschwindigkeit mit besserer Leistung aufweist, warum benötigen wir dann überhaupt generische PN-Sperrschichtdioden? Warum verwenden wir nicht einfach eine Schottky-Diode für alle Schaltungsentwürfe?

Zwar sind Schottky-Dioden besser als PN-Sperrschichtdioden, und sie werden langsam gegenüber PN-Sperrschichtdioden bevorzugt. Zwei Hauptnachteile für Schottky-Dioden sind die niedrige Durchbruchspannung und der hohe Leckstrom im Vergleich zur generischen Diode. Dies macht es nicht für Hochspannungsschaltanwendungen geeignet. Auch Schottky-Dioden sind vergleichsweise teurer als normale Gleichrichterdioden.

Schottky-Diode gegen Gleichrichterdiode

Ein kurzer Vergleich zwischen PN-Diode und Schottky-Diode ist in der folgenden Tabelle angegeben:

PN-Junction-Diode	Schottky Diode
Die PN-Sperrschichtdiode ist eine bipolare Vorrichtung, dh die Stromleitung erfolgt sowohl aufgrund von Minoritäts- als auch Majoritätsladungsträgern.	Im Gegensatz zur PN-Sperrschichtdiode ist die Schottky-Diode ein unipolares Gerät, dh die Stromleitung erfolgt nur aufgrund der meisten Ladungsträger.
Die PN-Junction-Diode hat einen Halbleiter-Halbleiter-Übergang.	Während Schottky-Diode Metall-Halbleiter-Übergang hat.
PN-Junction-Dioden haben einen großen Spannungsabfall.	Die Schottky-Diode hat einen kleinen Spannungsabfall.
Hoch auf Staatsverluste.	Niedrige Zustandsverluste.
Langsame Schaltgeschwindigkeit.	Schnelle Schaltgeschwindigkeit.
Hohe Einschaltspannung (0,7 Volt)	Niedrige Einschaltspannung (0,2 Volt)
Hohe Sperrspannung	Niedrige Sperrspannung
Niedriger Rückstrom	Hoher Rückstrom

Struktur der Schottky-Diode

Schottky-Dioden werden unter Verwendung eines Metall-Halbleiter-Übergangs konstruiert, wie in der folgenden Abbildung gezeigt. Schottky-Dioden haben eine Metallverbindung auf der einen Seite des Übergangs und dotiertes Silizium auf der anderen Seite, daher hat die Schottky-Diode keine Verarmungsschicht. Aufgrund dieser Eigenschaft sind Schottky-Dioden im Gegensatz zu typischen PN-Sperrschichtdioden, die bipolare Bauelemente sind, als unipolare Bauelemente bekannt.

Die Grundstruktur einer Schottky-Diode ist im obigen Bild dargestellt. Wie Sie im Bild sehen können, hat die Schottky-Diode auf einer Seite eine Metallverbindung, die von Platin bis Wolfram, Molybdän, Gold usw. reichen kann, und auf der anderen Seite einen Halbleiter vom N-Typ. Wenn die Metallverbindung und der Halbleiter vom N-Typ kombiniert werden, bilden sie einen Metall-Halbleiter-Übergang. Dieser Übergang ist als Schottky-Barriere bekannt. Die Breite der Schottky-Barriere hängt von der Art der Metall- und Halbleitermaterialien ab, die bei der Verbindungsbildung verwendet werden.

Die Schottky-Barriere arbeitet im unverzerrten, vorwärts vorgespannten oder rückwärts vorgespannten Zustand unterschiedlich. Im Vorwärtsvorspannungszustand ermöglicht die Schottky-Diode den Stromfluss, wenn der Pluspol der Batterie mit Metall und der Minuspol mit einem Halbleiter vom n-Typ verbunden ist. Im umgekehrten Vorspannungszustand blockiert die Schottky-Diode den Stromfluss, wenn der positive Anschluss der Batterie mit einem Halbleiter vom n-Typ und der negative Anschluss mit Metall verbunden ist. Wenn jedoch die in Sperrrichtung vorgespannte Spannung über einen bestimmten Wert ansteigt, wird die Barriere durchbrochen, und der Strom fließt in umgekehrter Richtung. Dies kann die an die Schottky-Diode angeschlossenen Komponenten beschädigen.

Eigenschaften der Schottky-Diode VI

Ein wichtiges Merkmal, das bei der Auswahl Ihrer Diode berücksichtigt werden muss, ist das Diagramm Vorwärtsspannung (V) gegen Durchlassstrom (I). Das VI-Diagramm der beliebtesten Schottky-Dioden 1N5817, 1N5818 und 1N5819 ist unten dargestellt

Die VI-Eigenschaften der Schottky-Diode sind den typischen PN-Sperrschichtdioden sehr ähnlich. Ein geringer Spannungsabfall als eine typische PN-Sperrschichtdiode ermöglicht es der Schottky-Diode, weniger Spannung als eine typische Diode zu verbrauchen. Aus dem obigen Diagramm können Sie ersehen, dass 1N517 im Vergleich zu den beiden anderen den geringsten Durchlassspannungsabfall aufweist. Es ist auch zu erkennen, dass der Spannungsabfall mit zunehmendem Strom durch die Diode zunimmt. Selbst für 1N517 bei einem maximalen Strom von 30 A kann der Spannungsabfall bis zu 2 V erreichen. Daher werden diese Dioden normalerweise in Anwendungen mit geringem Stromverbrauch verwendet.

Bei der Auswahl Ihrer Schottky-Diode zu berücksichtigende Parameter

Jeder Konstrukteur muss die richtige Schottky-Diode entsprechend den Anforderungen seiner Anwendung auswählen. Für Gleichrichterkonstruktionen sind Dioden mit hoher Spannung, niedrigem / mittlerem Strom und niedriger Frequenz erforderlich. Bei Schaltkonstruktionen sollte die Frequenz der Diode hoch sein.

Einige allgemeine und wichtige Parameter für eine Diode, die Sie berücksichtigen sollten, sind nachstehend aufgeführt:

Durchlassspannungsabfall: Die zum Einschalten einer in Vorwärtsrichtung vorgespannten Diode abfallende Spannung ist ein Durchlassspannungsabfall. Sie variiert je nach Diode. Für eine Schottky-Diode wird typischerweise eine Einschaltspannung von etwa 0,2 V angenommen.

Sperrspannung : Der bestimmte Betrag der Sperrspannung, nach dem die Diode ausfällt und in Sperrrichtung zu leiten beginnt, wird als Sperrspannung bezeichnet. Die Sperrdurchbruchspannung für eine Schottky-Diode beträgt etwa 50 Volt.

Rückwärtswiederherstellungszeit: Dies ist die Zeit, die benötigt wird, um die Diode von ihrem vorwärtsleitenden oder EIN-Zustand in den Rückwärts-AUS-Zustand umzuschalten. Der wichtigste Unterschied zwischen der typischen PN-Sperrschichtdiode und der Schottky-Diode ist die Rückwärtswiederherstellungszeit. In einer typischen PN-Sperrschichtdiode kann die Rücklaufzeit von mehreren Mikrosekunden bis 100 Nanosekunden variieren. Schottky-Dioden haben keine Erholungszeit, da Schottky-Dioden am Übergang keinen Verarmungsbereich haben.

Sperrstrom : Der von einem Halbleiterbauelement in Sperrvorspannung geleitete Strom ist der Sperrstrom. In der Schottky-Diode erhöht eine Erhöhung der Temperatur den Rückstrom erheblich.

Anwendungen der Schottky-Diode

Schottky-Dioden finden aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften viele Anwendungen in der Elektronikindustrie. Einige der Anwendungen sind wie folgt:

1. Spannungsklemm- / Clipping-Schaltkreise

Clipper-Schaltungen und Clamper-Schaltungen werden üblicherweise in Wellenformungsanwendungen verwendet. Durch die Eigenschaft eines geringen Spannungsabfalls ist die Schottky-Diode als Klemmdiode nützlich.

2. Rückstrom- und Entladungsschutz

Wie wir wissen, wird die Schottky-Diode auch als Sperrdiode bezeichnet, da sie den Stromfluss in umgekehrter Richtung blockiert. Es kann als Entladungsschutz verwendet werden. Beispielsweise wird in Notblitzlicht eine Schottky-Diode zwischen einem Superkondensator und einem Gleichstrommotor verwendet, um zu verhindern, dass der Superkondensator über den Gleichstrommotor entladen wird.

3. Sample-and-Hold-Schaltkreise

In Vorwärtsrichtung vorgespannte Schottky-Dioden haben keine Minoritätsladungsträger und können daher schneller schalten als die typischen PN-Sperrschichtdioden. Daher werden Schottky-Dioden verwendet, weil sie eine geringere Übergangszeit von der Probe zum Halteschritt haben und dies zu einer genaueren Probe am Ausgang führt.

4. Gleichrichter

Schottky-Dioden haben eine hohe Stromdichte und ein geringer Durchlassspannungsabfall bedeutet, dass weniger Energie verschwendet wird als bei einer typischen PN-Sperrschichtdiode. Dies macht Schottky-Dioden für Leistungsgleichrichter besser geeignet.

Weiter können Sie die praktische Implementierung von Diode in vielen Schaltungen finden, indem Sie dem Link folgen.