Dioda Schottky'ego: jak to działa, pozytywne i negatywne cechy

Większość nowoczesnych obwodów radiowych wykorzystuje diodę Schottky'ego. Jego działanie opiera się na efekcie fizycznym odkrytym przez niemieckiego naukowca Waltera Schottky'ego, dlatego nosi jego imię. Ten element ma wiele takich samych parametrów jak zwykłe diody, ale ma też znaczące różnice.

Zasada działania i oznaczenie

Jeśli konwencjonalna dioda półprzewodnikowa opiera się na właściwościach złącza p-n, to zasada działania diody Schottky'ego opiera się na właściwościach złącza, gdy metal i półprzewodnik stykają się. W fizyce taki kontakt nazywa się „barierą Schottky'ego”. Arsenek galu (GaAs) jest najczęściej używany jako półprzewodnik i metali stosuje się głównie:

• wolfram;
• platyna;
• srebro;
• złoto;
• paladium.

W obwodach radiowych oznaczenie diody Schottky'ego jest podobne do oznaczenia konwencjonalnego elementu półprzewodnikowego, ale jest zauważalna różnica: z boku katody, gdzie występuje niewielka linia prostopadła do linii głównej, jej krawędzie są dodatkowo zagięte w różnych kierunkach pod kątem prostym lub gładko schylać się.

Czasem trudno jest graficznie wyznaczyć ten element na schematach ideowych, jest on rysowany jak zwykła dioda, a typ jest dodatkowo wskazany w specyfikacji.

Pozytywne i negatywne cechy

Element półprzewodnikowy Schottky'ego jest szeroko stosowany w różnych urządzeniach elektronicznych i radiotechnicznych ze względu na swoje pozytywne właściwości. Należą do nich:

• bardzo niski spadek napięcia na złączu, którego maksymalna wartość wynosi tylko 0,55 V;
• wysoka szybkość reakcji;
• niska pojemność barierowa (złączowa), co umożliwia stosowanie diody Schottky'ego w obwodach o wysokiej częstotliwości prądu.

Ale istnieje również kilka negatywnych właściwości, które należy wziąć pod uwagę podczas korzystania z tego elementu radiotechnicznego. Mianowicie:

• natychmiastowa nieodwracalna awaria nawet przy krótkotrwałym wzroście napięcia wstecznego powyżej wartości granicznej;
• występowanie przebicia termicznego przy prądzie wstecznym z powodu wydzielania ciepła;
• wycieki diod są powszechne i trudne do zidentyfikowania.

Zakres zastosowania i popularne modele

Półprzewodnikowy element radiowy Schottky'ego charakteryzuje się brakiem pojemności rozproszonej ze względu na brak nośników mniejszościowych. Dlatego ten element to przede wszystkim dioda mikrofalowa o szerokim zastosowaniu. Wykorzystywany jest w roli następujących elementów:

• tensometr;
• odbiornik promieniowania;
• modulator światła;
• detektor promieniowania jądrowego;
• prostownik prądu wysokiej częstotliwości.

Niewielki spadek napięcia obserwuje się niestety w większości tych elementów przy napięciu roboczym w zakresie 55-60 V. Jeśli napięcie jest wyższe niż ta wartość, dioda Schottky'ego ma te same właściwości, co konwencjonalny element półprzewodnikowy na bazie krzemu. Maksymalne napięcie wsteczne jest zwykle rzędu 250 V, ale istnieją specjalne modele, które mogą wytrzymać 1200 V (na przykład VS-10ETS12-M3).

Spośród modeli podwójnych 60CPQ150 jest popularny wśród radioamatorów. Ten radioelement ma maksymalne napięcie wsteczne 150 V, a każda pojedyncza dioda z zestawu jest przystosowana do przewodzenia prądu w bezpośrednim połączeniu z siłą 30 A. W potężnych zasilaczach impulsowych można czasem spotkać model VS-400CNQ045, w którym prąd wyjściowy po wyprostowaniu sięga 400 A.

Diody Schottky'ego z serii 1N581x są popularne wśród radioamatorów. Próbki takie jak 1N5817, 1N5818, 1N5819 mają maksymalny znamionowy prąd przewodzenia 1 A oraz ich napięcie wsteczne wynosi 20-40 V. Spadek napięcia na barierze (złączu) w zakresie od 0,45 do 0,55 V. Również w praktyce amatorskiej istnieje element 1N5822 o prądzie stałym do 3 A.

Na płytkach drukowanych zastosowano miniaturowe diody serii SK12 - SK16. Mimo bardzo małych rozmiarów wytrzymują prąd przewodzenia do 1 A, a napięcie „powrotne” waha się od 20 do 60 V. Są też mocniejsze diody, na przykład SK36. Jego prąd stały osiąga 3 A.

Diagnostyka możliwych usterek

Istnieją tylko trzy rodzaje możliwych usterek. To jest awaria, pęknięcie i wyciek. Jeśli pierwsze dwa typy można zdiagnozować niezależnie w domu za pomocą konwencjonalnego multimetru, to trzecia usterka w domu jest praktycznie niemożliwa do zdiagnozowania.

Aby wiarygodnie określić awarię diody, należy ją usunąć z obwodu, w przeciwnym razie przetaczanie przez inne elementy obwodu spowoduje zniekształcenie odczytów. Podczas awarii element zachowuje się jak normalny przewodnik. Przy pomiarze jego rezystancji w obu kierunkach miernik będzie wskazywał „0”. W przypadku pęknięcia część w ogóle nie przesyła prądu elektrycznego w żadnym kierunku. Jego opór jest równy nieskończoności we wszystkich kierunkach.

Pośrednią oznaką nieszczelności elementu jest jego niestabilna praca. Czasami może zostać uruchomiona wbudowana ochrona w zasilaczu komputera, monitora itp.

Nie można określić wycieku za pomocą multimetru, ponieważ występuje on podczas pracy elementu, a pomiary należy wykonać, gdy jest on odłączony od obwodu.