Schottky-Diode: wie es funktioniert, positive und negative Eigenschaften

Die meisten modernen Funkschaltungen verwenden eine Schottky-Diode. Seine Wirkung beruht auf einem physikalischen Effekt, den der deutsche Wissenschaftler Walter Schottky entdeckt hat, weshalb er seinen Namen trägt. Dieses Element weist viele der gleichen Parameter wie herkömmliche Dioden auf, weist jedoch auch erhebliche Unterschiede auf.

Funktionsprinzip und Bezeichnung

Basiert eine herkömmliche Halbleiterdiode auf den Eigenschaften eines p-n-Übergangs, so basiert das Funktionsprinzip einer Schottky-Diode auf den Eigenschaften eines Übergangs, wenn sich ein Metall und ein Halbleiter berühren. Ein solcher Kontakt wurde in der Physik "Schottky-Barriere" genannt. Der am häufigsten verwendete Halbleiter ist Galliumarsenid (GaAs) und von Metallen werden hauptsächlich verwendet:

• Wolfram;
• Platin;
• Silber;
• Gold;
• Palladium.

Auf Funkschaltungen ähnelt die Bezeichnung der Schottky-Diode der Bezeichnung eines herkömmlichen Halbleiterelements, es gibt jedoch einen spürbaren Unterschied: von der Seite Kathode, bei der eine kleine Linie senkrecht zur Hauptlinie verläuft, sind ihre Kanten zusätzlich rechtwinklig oder mit einem glatten. in verschiedene Richtungen gebogen Biege.

Manchmal ist es schwierig, dieses Element in Schaltplänen grafisch zu bezeichnen, es wird wie eine normale Diode gezeichnet und der Typ wird zusätzlich in der Spezifikation angegeben.

Positive und negative Eigenschaften

Das Schottky-Halbleiterelement wird aufgrund seiner positiven Eigenschaften häufig in verschiedenen elektronischen und funktechnischen Geräten verwendet. Dazu gehören die folgenden:

• sehr geringer Spannungsabfall an der Verbindungsstelle, dessen Maximalwert nur 0,55 V beträgt;
• hohe Reaktionsgeschwindigkeit;
• niedrige Sperrschichtkapazität (Übergangskapazität), die es ermöglicht, eine Schottky-Diode in Schaltungen mit hoher Stromfrequenz zu verwenden.

Es gibt aber auch einige negative Eigenschaften, die bei der Verwendung dieses funktechnischen Elements berücksichtigt werden müssen. Nämlich:

• sofortiger irreversibler Ausfall auch bei kurzzeitigem Anstieg der Sperrspannung über den Grenzwert;
• das Auftreten eines thermischen Zusammenbruchs bei Rückstrom aufgrund von Wärmefreisetzung;
• Diodenlecks sind weit verbreitet und schwer zu identifizieren.

Anwendungsbereich und beliebte Modelle

Das Schottky-Halbleiter-Funkelement ist durch das Fehlen einer diffusen Kapazität aufgrund des Fehlens von Minoritätsträgern gekennzeichnet. Daher ist dieses Element in erster Linie eine Mikrowellendiode mit einem breiten Anwendungsbereich. Es wird in der Rolle der folgenden Elemente verwendet:

• Dehnungsmessstreifen;
• Strahlungsempfänger;
• Lichtmodulator;
• Detektor für nukleare Strahlung;
• Hochfrequenz-Stromgleichrichter.

Leider wird bei den meisten dieser Elemente bei einer Betriebsspannung im Bereich von 55-60 V ein kleiner Spannungsabfall beobachtet. Ist die Spannung höher als dieser Wert, hat die Schottky-Diode die gleichen Eigenschaften wie ein herkömmliches Halbleiterelement auf Siliziumbasis. Die maximale Sperrspannung liegt normalerweise in der Größenordnung von 250 V, aber es gibt spezielle Modelle, die 1200 V aushalten können (z. B. VS-10ETS12-M3).

Von den Dual-Modellen ist 60CPQ150 bei Funkamateuren beliebt. Dieses Funkelement hat eine maximale Sperrspannung von 150 V, und jede einzelne Diode der Baugruppe ist dafür ausgelegt, einen Strom in direkter Verbindung mit einer Kraft von 30 A zu führen. In leistungsstarken Schaltnetzteilen findet man manchmal das Modell VS-400CNQ045, bei dem der Ausgangsstrom nach der Gleichrichtung 400 A erreicht.

Schottky-Dioden der Serie 1N581x sind bei Funkamateuren beliebt. Muster wie 1N5817, 1N5818, 1N5819 haben einen maximalen Nenndurchlassstrom von 1 A und ihre Sperrspannung beträgt 20-40 V. Spannungsabfall an der Barriere (Junction) im Bereich von 0,45 bis 0,55 V. Auch in der Amateurfunkpraxis gibt es ein Element 1N5822 mit einem Gleichstrom von bis zu 3 A.

Auf Leiterplatten werden Miniaturdioden der Serie SK12 - SK16 verwendet. Trotz ihrer sehr geringen Größe halten sie einem Vorwärtsstrom von bis zu 1 A stand und die "Rück"-Spannung reicht von 20 bis 60 V. Es gibt auch leistungsstärkere Dioden, zum Beispiel SK36. Sein Gleichstrom erreicht 3 A.

Diagnose möglicher Störungen

Es gibt nur drei Arten von möglichen Fehlfunktionen. Dies ist Zusammenbruch, Bruch und Leckage. Wenn die ersten beiden Arten zu Hause mit einem herkömmlichen Multimeter unabhängig voneinander diagnostiziert werden können, ist die dritte Fehlfunktion zu Hause praktisch nicht zu diagnostizieren.

Um den Ausfall der Diode zuverlässig zu bestimmen, muss sie aus dem Stromkreis entfernt werden, da sonst ein Nebenschluss durch andere Schaltungselemente die erhaltenen Messwerte verfälscht. Beim Durchschlag verhält sich das Element wie ein normaler Leiter. Wenn der Widerstand in beide Richtungen gemessen wird, ist das Messgerät "0". Bei einer Unterbrechung überträgt das Teil in keiner Richtung einen elektrischen Strom. Sein Widerstand ist in jede Richtung gleich unendlich.

Ein indirektes Zeichen für ein Leck im Element ist sein instabiler Betrieb. Manchmal kann der eingebaute Schutz in der Stromversorgung des Computers, Monitors usw. ausgelöst werden.

Es ist unmöglich, das Leck mit einem Multimeter zu bestimmen, da es während des Betriebs des Elements auftritt und Messungen durchgeführt werden müssen, wenn es vom Stromkreis getrennt ist.