Diodo Schottky: característiques, paràmetres i aplicacions

El díode és un dels components bàsics que s’utilitzen habitualment en dissenys de circuits electrònics, es poden trobar habitualment en rectificadors, talls, clampers i molts altres circuits d’ús habitual. Es tracta d'un dispositiu semiconductor de dos terminals que permet el flux de corrent en una sola direcció que forma Anode a Càtode (+ a -) i bloqueja el flux de corrent en sentit invers, és a dir, Càtode a Ànode. La raó darrere que té aprox. Resistència zero en sentit avançat, mentre que resistència infinita en sentit invers. Hi ha molts tipus de díodes cadascun amb la seva propietat i aplicacions exclusives. Ja hem après sobre els díodes Zener i el seu funcionament; en aquest article coneixerem un altre tipus de díode interessant anomenat díode Schottky i com es pot utilitzar en els nostres dissenys de circuits.

El díode Schottky (anomenat així pel físic alemany Walter H. Schottky) és un altre tipus de díode semiconductor, però en lloc de tenir una unió PN, el díode Schottky té una unió metall-semiconductor i redueix la capacitat i augmenta la velocitat de commutació del díode Schottky, i això el fa diferent dels altres díodes. El díode Schottky també té altres noms com el díode de barrera superficial, el díode de barrera de Schottky, el portador en calent o el díode d’electrons en calent.

Símbol del díode Schottky

El símbol del díode Schottky es basa en el símbol genèric del díode, però en lloc de tenir una línia recta té una estructura semblant a la S a l'extrem negatiu del díode, tal com es mostra a continuació. Aquest símbol esquemàtic es pot utilitzar fàcilment per distingir el díode Schottky d'altres díodes quan es llegeix un diagrama de circuits. Al llarg de l'article compararem el díode Schottky amb el díode regular per a una millor comprensió.

Fins i tot per l’aspecte físic del component, un díode Schottky té un aspecte similar a un díode genèric i, de vegades, és difícil diferenciar-lo sense llegir-ne el número de peça. Però la majoria de vegades un díode Schottky apareixerà una mica voluminós que els díodes normals, però no sempre ha de ser així. A continuació es mostra una imatge pin-out del díode Schottky.

Què fa que el diode Schottky sigui especial?

Com es va comentar anteriorment, un díode Schottky té un aspecte i un rendiment molt similars a un díode genèric, però les característiques úniques del díode Schottky són la seva caiguda de tensió molt baixa i la seva alta velocitat de commutació. Per entendre-ho millor, connecteu un díode Schottky i un díode genèric a un circuit idèntic i comproveu-ne el rendiment.

A les imatges anteriors, tenim dos circuits, un per al díode de Schottky i un altre per al díode d'unió PN típic. Aquests circuits s’utilitzaran per diferenciar les caigudes de tensió dels dos díodes. Per tant, el circuit esquerre és per al díode Schottky, i el dret és per a un díode típic d’unió PN. Els dos díodes s’alimenten amb 5V. Quan es passa corrent dels dos díodes, el díode Schottky només té una caiguda de tensió de 0,3 volts i deixa 4,7 volts per a la càrrega; Per tant, el díode Schottky té una caiguda de tensió inferior a un díode convencional d’unió PN. Excepte la caiguda de tensió, el díode Schottky també té alguns altres avantatges en un díode típic d'unió PN com el diode Schottky.velocitat de commutació més ràpida, menys soroll i un millor rendiment que un díode de connexió PN típic.

Inconvenients del díode Schottky

Si el díode Schottky té una caiguda de tensió molt baixa i una velocitat de commutació elevada que ofereix un millor rendiment, per què fins i tot necessitem díodes de connexió PN genèrics? Per què no fem servir simplement el díode Schottky per a tots els dissenys de circuits?

Si bé és cert que, els díodes de Schottky són millors que els díodes d’unió PN i, lentament, són més preferits que els díodes d’unió PN. Dos grans inconvenients per al díode Schottky són la seva baixa tensió de ruptura inversa i el corrent de fuita alta inversa en comparació amb el díode genèric. Això fa que no sigui adequat per a aplicacions de commutació d’alta tensió. També els díodes Schottky són comparativament més cars que els díodes rectificadors normals.

Diodo Schottky vs Diodo rectificador

A la taula següent es presenta una breu comparació entre el díode PN i el díode Schottky:

PN- Diodo de unió	Diodo de Schottky
El díode d'unió PN és un dispositiu bipolar que significa que la conducció actual es produeix a causa de portadors de càrrega minoritaris i majoritaris.	A diferència del díode d'unió PN, el díode Schottky és un dispositiu unipolar que significa que la conducció actual es produeix a causa només dels portadors de càrrega majoritaris.
El díode PN-Junction té una unió Semiconductor-Semiconductor.	Mentre que el díode Schottky té unió metall-semiconductor.
PN- Els díodes de connexió tenen una gran caiguda de tensió.	El díode Schottky presenta una petita caiguda de tensió.
High On pèrdues estatals.	Baixa en pèrdues estatals.
Velocitat de commutació lenta.	Velocitat de commutació ràpida.
Tensió d'encesa alta (0,7 volts)	Tensió d'engegada baixa (0,2 volts)
Alt voltatge de bloqueig invers	Baix voltatge de bloqueig invers
Corrent invers baix	Corrent invers alt

Estructura del díode de Schottky

Els díodes Schottky es construeixen mitjançant una unió metall-semiconductor com es mostra a la imatge següent. Els díodes Schottky tenen un compost metàl·lic a un costat de la unió i el silici dopat a l’altre costat, per tant, el díode Schottky no té cap capa d’esgotament. A causa d'aquesta propietat, els díodes Schottky es coneixen com a dispositius unipolars, a diferència dels típics díodes d'unió PN que són dispositius bipolars.

L'estructura bàsica d'un díode Schottky es mostra a la imatge anterior. Com podeu veure a la imatge, el díode Schottky té un compost metàl·lic en un costat que pot anar des del platí fins al tungstè, el molibdè, l’or, etc. i un semiconductor de tipus N a l’altra banda. Quan es combinen el compost metàl·lic i el semiconductor de tipus N, creen una unió metall-semiconductor. Aquesta cruïlla es coneix com a barrera de Schottky. L'amplada de la barrera de Schottky depèn del tipus de materials metàl·lics i semiconductors que s'utilitzen en la formació d'unions.

La barrera de Schottky funciona de manera diferent en estat imparcial, avançat o inversament. En estat de biaix cap endavant quan el terminal positiu de la bateria està connectat a metall i el terminal negatiu a un semiconductor de tipus n, el díode Schottky permet el flux de corrent. Però en estat de polarització inversa quan el terminal positiu de la bateria està connectat amb un semiconductor de tipus n i el terminal negatiu està connectat amb metall, el díode Schottky bloquejarà el flux de corrent. No obstant això, si la tensió esbiaixada inversament augmenta per sobre d’un nivell concret, trencarà la barrera i el corrent començarà a fluir en sentit invers, cosa que pot danyar els components connectats al díode Schottky.

Característiques del díode Schottky VI

Una característica important que s’ha de tenir en compte a l’hora de seleccionar el díode és el gràfic de tensió directa (V) versus corrent directe (I). A continuació es mostra el gràfic VI dels díodes Schottky més populars 1N5817, 1N5818 i 1N5819

Les característiques VI del díode Schottky són molt similars al díode d'unió PN típic. Tenir una caiguda de baixa tensió que un díode típic d’unió PN permet al díode Schottky consumir menys voltatge que un díode típic. A la gràfica anterior, podeu veure que l’1N517 té la menor caiguda de tensió directa en comparació amb els altres dos, també es pot observar que la caiguda de tensió augmenta a mesura que augmenta el corrent a través del díode. Fins i tot per a 1N517 amb un corrent màxim de 30A, la caiguda de tensió a través d’ell pot arribar a ser de fins a 2V. Per tant, aquests díodes s’utilitzen normalment en aplicacions de baixa intensitat.

Paràmetres a tenir en compte en seleccionar el díode Schottky

Tots els enginyers de disseny han de seleccionar el díode Schottky adequat segons la necessitat de la seva aplicació. Per als dissenys de rectificació, caldrà un díode nominal d'alta tensió, baix / mitjà i baixa freqüència. Per als dissenys de commutació, la freqüència nominal del díode ha de ser alta.

A continuació s’enumeren alguns paràmetres comuns i importants per a un díode que heu de tenir en compte:

Caiguda de tensió directa: la tensió caiguda per activar un díode esbiaixat cap endavant és caiguda de tensió directa. Varia segons els diferents díodes. Normalment, per al díode Schottky, el voltatge d’encès se situa al voltant de 0,2 V.

Voltatge de ruptura inversa: la quantitat particular de tensió de polarització inversa després de la qual el díode es trenca i comença a dirigir-se en la direcció inversa s’anomena Voltatge de ruptura inversa. La tensió de ruptura inversa d’un díode Schottky és d’uns 50 volts.

Temps de recuperació inversa: és el temps que es triga a canviar el díode des del seu estat de conducció cap endavant o "ON" a l'estat invers "OFF". La diferència més important entre el típic díode d’unió PN i el díode Schottky és el temps de recuperació inversa. En un díode d'unió PN típic, el temps de recuperació inversa pot variar de diversos microsegons a 100 nanosegons. Els díodes Schottky no tenen un temps de recuperació, perquè el díode Schottky no té una regió d’esgotament a la unió.

Corrent de fuita inversa: el corrent conduït des d’un dispositiu semiconductor en polarització inversa és el corrent de fuita inversa. Al díode Schottky, augmentar la temperatura augmentarà significativament el corrent invers de fuita.

Aplicacions del díode de Schottky

Els díodes Schottky tenen moltes aplicacions en la indústria electrònica per les seves propietats úniques. Algunes de les aplicacions són les següents:

1. Circuits de subjecció / retall de tensió

Els circuits clipper i els circuits clamper s’utilitzen habitualment en aplicacions de conformació d’ones. Tenir una propietat de baixa tensió fa que el díode Schottky sigui útil com a díode de subjecció.

2. Protecció contra corrent invers i descàrrega

Com sabem, el díode Schottky també s’anomena diode de bloqueig perquè bloqueja el flux de corrent en sentit invers; es pot utilitzar com a protecció contra descàrregues. Per exemple, a Emergency Flash Light, s’utilitza un díode Schottky entre un supercondensador i un motor de corrent continu per evitar la descàrrega del supercondensador a través del motor de corrent continu.

3. Circuits de mostra i retenció

El díode Schottky esbiaixat cap endavant no té portadors de càrrega minoritaris i, per això, poden canviar més ràpidament que els típics díodes d’unió PN. Per tant, s’utilitzen díodes Schottky perquè tenen un temps de transició més baix de la mostra al pas de retenció i això resulta en una mostra més precisa a la sortida.

4. Rectificador de potència

Els díodes Schottky tenen una alta densitat de corrent i la baixa caiguda de tensió cap endavant fa que es perdi menys energia que un díode típic d’unió PN i això fa que els díodes Schottky siguin més adequats per als rectificadors de potència.

A més, podeu trobar la implementació pràctica del diode en molts circuits seguint l'enllaç.