דיודת שוטקי - מאפיינים, פרמטרים ויישומים

דיודה היא אחד המרכיבים הבסיסיים המשמשים לרוב בתכנון מעגלים אלקטרוניים, ניתן למצוא אותה בדרך כלל במיישרים, גוזזונים, מהדקים ומעגלים רבים אחרים הנפוצים. זהו מכשיר מוליך למחצה דו-טרמינלי המאפשר את זרימת הזרם בכיוון אחד בלבד שהוא טופס אנודה לקתודה (+ ל -) וחוסם את זרימת הזרם בכיוון ההפוך, כלומר, קתודה לאנודה. הסיבה מאחוריו שיש לה כ. אפס התנגדות בכיוון קדימה ואילו התנגדות אינסופית בכיוון ההפוך. ישנם סוגים רבים של דיודות שכל אחת מהן כוללת את המאפיין היישומי שלה ואת היישומים שלה. כבר למדנו על דיודות זנר ועבודתו, במאמר זה נלמד על סוג אחר של דיודות הנקראות דיודות שוטקי וכיצד ניתן להשתמש בה בעיצוב המעגלים שלנו.

דיודת שוטקי (נקראת על שם הפיזיקאי הגרמני וולטר ה. שוטקי) היא סוג אחר של דיודות מוליכים למחצה, אך במקום שיהיה לה צומת PN, לדיודת שוטקי יש צומת מוליכים למחצה מתכתית אשר מפחיתה את הקיבולת ומגדילה את מהירות המעבר של דיודת שוטקי, וזה עושה את זה שונה מדיודות אחרות. לדיודת שוטקי יש גם שמות אחרים כמו דיודת מחסום עילי, דיודת מחסום שוטקי, מנשא חם או דיודה אלקטרונית חמה.

סמל דיודות שוטקי

סמל דיודת שוטקי מבוסס על סמל דיודה כללי, אך במקום להיות בעל קו ישר יש לו מבנה דמוי S בקצה השלילי של הדיודה כמוצג להלן. ניתן להשתמש בסמל סכמטי זה בקלות כדי להבחין בין דיודות שוטקי לדיודות אחרות בעת קריאת תרשים מעגל. לאורך המאמר נשווה את דיודת שוטקי עם דיודה רגילה להבנה טובה יותר.

גם על פי המראה הפיזי של הרכיב, דיודת שוטקי נראית דומה לדיודה כללית ולעתים קרובות קשה להבחין בהבדל מבלי לקרוא את מספר החלק עליו. אך לרוב דיודת שוטקי תופיע מעט מגושמת מאשר דיודות רגילות, אך לא תמיד צריכה להיות המקרה. תמונה להצמדת דיודת שוטקי מוצגת למטה.

מה הופך את דיודת שוטקי למיוחדת?

כפי שנאמר קודם לכן נראית דיודה שוטקי ומבצעים דומה מאוד דיודה גנריות, אלא מאפיינים ייחודיים של דיודה שוטקי הוא שלה טיפת מתח נמוכה מאוד ואת מהירות מיתוג גבוהה. כדי להבין זאת טוב יותר, תן לחבר דיודת שוטקי ודיודה כללית למעגל זהה ולבדוק את הביצועים שלה.

בתמונות לעיל, יש לנו שני מעגלים אחד לדיודת שוטקי ואחר של דיודת צומת PN אופיינית. מעגלים אלה ישמשו להבדיל בין ירידות המתח בשתי הדיודות. אז המעגל השמאלי מיועד לדיודת שוטקי, והימין מיועד לדיודת צומת PN אופיינית. שתי הדיודות מופעלות באמצעות 5 וולט. כאשר מועבר הזרם משתי הדיודות, לדיודת שוטקי יש רק ירידת מתח של 0.3 וולט ומשאירה 4.7 וולט לעומס, לעומת זאת, דיודת צומת PN אופיינית כוללת ירידת מתח של 0.7 וולט ומשאירה 4.3 וולט לעומס. אז לדיודת שוטקי יש ירידת מתח נמוכה יותר מאשר דיודת צומת PN קונבנציונאלית. פרט לירידת המתח לדיודת שוטקי יש גם כמה יתרונות אחרים בדיודת צומת PN אופיינית כמו לדיודת שוטקי.קצב מיתוג מהיר יותר, פחות רעש וביצועים טובים יותר מאשר דיודת צומת PN אופיינית.

חסרונות דיודת שוטקי

אם לדיודת שוטקי ירידת מתח נמוכה מאוד ומהירות מיתוג גבוהה המציעה ביצועים טובים יותר, מדוע בכלל נצטרך דיודות צומת PN כלליות? מדוע איננו פשוט משתמשים בדיודת שוטקי לכל עיצובי המעגלים?

אמנם נכון שדיודות שוטקי טובות יותר מדיודות צומת PN ולאט לאט מועדפות יותר על פני דיודות צומת PN. שני כישלונות מרכזיים דיודה שוטקי הוא שלה מתח פירוט הפוך הנמוך ואת זרם זליגה גבוהה הפוך לעומת דיודה גנריות. זה עושה את זה לא מתאים ליישומי מיתוג מתח גבוה. כמו כן דיודות שוטקי יקרות יחסית לדיודות מיישר רגילות.

דיודת שוטקי לעומת דיודת מיישר

השוואה קצרה בין דיודת PN לדיודת שוטקי ניתנת בטבלה שלהלן:

דיודת צומת PN	דיודת שוטקי
דיודת צומת PN היא מכשיר דו - קוטבי פירושו הולכה נוכחית להתרחש עקב נושאי מטען של מיעוט ורוב.	בניגוד לדיודת צומת PN, דיודת שוטקי היא מכשיר חד קוטבי פירושו הולכה נוכחית מתרחשת רק בגלל נושאי טעינה ברובם.
לדיודת צומת PN יש צומת מוליכים למחצה - מוליכים למחצה.	בעוד שלדיודת שוטקי יש צומת מוליכים למחצה מתכתית.
לדיודת צומת PN יש נפילת מתח גדולה.	לדיודת שוטקי ירידת מתח קטנה.
הפסדים ממלכתיים גבוהים.	הפסדי מדינה נמוכים.
מהירות החלפה איטית.	מהירות מיתוג מהירה.
מתח גבוה להפעלה (0.7 וולט)	מתח הפעלה נמוך (0.2 וולט)
מתח חסימה הפוך גבוה	מתח חסימה הפוך נמוך
זרם הפוך נמוך	זרם הפוך גבוה

מבנה דיודת שוטקי

דיודות שוטקי בנויות באמצעות צומת מוליכים למחצה מתכתיים כמוצג בתמונה למטה. לדיודות שוטקי יש תרכובת מתכת בצד אחד של הצומת וסיליקון מסומם בצד השני, ולכן אין לדיודת שוטקי שכבת דלדול. בשל מאפיין זה, דיודות שוטקי ידועות כמכשירים חד קוטביים, בניגוד לדיודות צומת PN אופייניות שהן התקנים דו קוטביים.

המבנה הבסיסי של דיודת שוטקי מוצג בתמונה לעיל. כפי שניתן לראות בתמונה יש לדיודת שוטקי תרכובת מתכת בצד אחד שיכולה לנוע בין פלטינה לטונגסטן, מוליבדן, זהב וכו 'ומוליכים למחצה מסוג N בצד השני. כאשר משלבים את תרכובת המתכת ומוליכים למחצה מסוג N, הם יוצרים צומת מוליכים למחצה מתכתית. צומת זה מכונה מחסום שוטקי. רוחב מחסום שוטקי תלוי בסוג חומרי המתכת והמוליכים למחצה המשמשים ליצירת צומת.

מחסום שוטקי עובד בצורה שונה במצב משוחד, מוטה קדימה או מוטה לאחור. במצב הטיה קדימה כאשר המסוף החיובי של הסוללה מחובר למתכת ומסוף שלילי מחובר למוליכים למחצה מסוג n, דיודת שוטקי מאפשרת את הזרימה הנוכחית. אך במצב הטיה הפוכה כאשר המסוף החיובי של הסוללה מחובר למוליכים למחצה מסוג n ומסוף שלילי מחובר במתכת, דיודת שוטקי תחסום את הזרימה הנוכחית. עם זאת, אם המתח המוטה לאחור יעלה מעל רמה מסוימת, הוא ישבור את המחסום, והזרם יתחיל לזרום בכיוון ההפוך, וזה עלול לפגוע ברכיבים המחוברים לדיודת שוטקי.

מאפייני דיודה שוטקי VI

מאפיין חשוב אחד שיש לקחת בחשבון בבחירת הדיודה שלך הוא הגרף מתח קדימה (V) לעומת זרם קדימה (I). גרף VI של דיודות שוטקי הפופולריות ביותר 1N5817, 1N5818 ו- 1N5819 מוצג להלן

מאפייני VI של דיודת שוטקי דומים מאוד לדיודת צומת PN טיפוסית. ירידה במתח נמוך יותר מאשר דיודת צומת PN אופיינית מאפשרת לדיודת שוטקי לצרוך פחות מתח מאשר דיודה טיפוסית. מהגרף שלעיל ניתן לראות כי ל- 1N517 יש ירידת המתח הנמוכה ביותר בהשוואה לשני האחרים, ניתן גם לציין כי ירידת המתח עולה ככל שהזרם דרך הדיודה גדל. גם עבור 1N517 בזרם מקסימלי של 30A ירידת המתח לאורכו יכולה להגיע עד ל -2 V. מכאן שדיודות אלה משמשות בדרך כלל ביישומים בעלי זרם נמוך.

פרמטרים שיש לקחת בחשבון בעת ​​בחירת דיודת שוטקי

כל מהנדס תכנון צריך לבחור את דיודת שוטקי הנכונה בהתאם לצורך היישום שלו. עבור עיצובי תיקון, מתח גבוה, נמוך / בינוני נוכחי, ואת דיודות נמוכה מדורג תדירות יידרש. עבור החלפת עיצובים, דירוג התדרים של הדיודה צריך להיות גבוה.

להלן כמה פרמטרים נפוצים וחשובים לדיודה שכדאי לזכור:

ירידה במתח קדימה: המתח שנפל להפעלת דיודה מוטה קדימה הוא ירידת מתח קדימה. זה משתנה בהתאם לדיודות שונות. עבור דיודות שוטקי, בדרך כלל מתח ההפעלה מוערך סביב 0.2 וולט.

מתח התמוטטות לאחור: הכמות המסוימת של מתח הטיה לאחור שאחריו הדיודה מתקלקלת ומתחילה להתנהל בכיוון ההפוך נקראת מתח התמוטטות לאחור. מתח התמוטטות הפוך לדיודת שוטקי הוא סביב 50 וולט.

זמן התאוששות הפוך: זה הזמן שנדרש להחליף את הדיודה ממצב ההולכה שלה או 'ON' למצב 'OFF' הפוך. ההבדל החשוב ביותר בין דיודת הצומת PN האופיינית לדיודת שוטקי הוא זמן ההחלמה ההפוך. בדיודה צומת PN טיפוסית זמן התאוששות הפוכה יכול להשתנות ממספר מיקרו-שניות ל -100 ננו-שניות. לדיודות שוטקי אין זמן התאוששות מכיוון שלדיודת שוטקי אין אזור דלדול בצומת.

זרם דליפה הפוך: זרם המתנהל ממכשיר מוליך למחצה בהטיה הפוכה הוא זרם דליפה הפוך. בדיודת שוטקי, הגדלת הטמפרטורה תגדיל משמעותית את זרם הדליפה ההפוך.

יישומים של דיודת שוטקי

לדיודות שוטקי יש יישומים רבים בתעשיית האלקטרוניקה בגלל המאפיינים הייחודיים שלהם. חלק מהיישומים הם כדלקמן:

1. מעגלי הידוק / ​​גזירה מתח

מעגלי קליפר ומעגלי מהדק משמשים בדרך כלל ביישומי עיצוב גל. בעל מאפיין של ירידה במתח נמוך הופך את דיודת שוטקי לשימושית כדיודת הידוק.

2. זרם הפוך והגנה על פריקה

כידוע דיודת שוטקי נקראת גם דיודה חוסמת מכיוון שהיא חוסמת את הזרימה הנוכחית בכיוון ההפוך; זה יכול לשמש כהגנה על פריקה. לדוגמא, באור פלאש חירום משתמשים בדיודת שוטקי בין מולי-על למנוע DC כדי למנוע פריקה של קבלים-על דרך מנוע DC.

3. מעגלים לדוגמא והחזקה

לדיודת שוטקי מוטה קדימה אין נשאי מטען מיעוטים, ובשל כך הם יכולים לעבור מהר יותר מאשר דיודות הצומת PN האופייניות. אז דיודות שוטקי משמשות מכיוון שיש להן זמן מעבר נמוך יותר מהמדגם לשלב ההמתנה וזה גורם לדגימה מדויקת יותר בפלט.

4. מיישר כוח

לדיודות שוטקי יש צפיפות זרם גבוהה, וירידה במתח קדימה נמוך פירושה שפחות חשמל מבוזבז מאשר דיודת צומת PN אופיינית וזה הופך את דיודות שוטקי למתאימות יותר למיישרים חשמליים.

בהמשך תוכלו למצוא יישום מעשי של דיודה במעגלים רבים על ידי לחיצה על הקישור.