Diode Schottky - đặc điểm, thông số và ứng dụng

Diode là một trong những linh kiện cơ bản được sử dụng phổ biến trong các thiết kế mạch điện tử, nó có thể được tìm thấy phổ biến trong các bộ chỉnh lưu, xén, kẹp và nhiều loại mạch thông dụng khác. Nó là một linh kiện bán dẫn hai đầu cho phép dòng điện chạy theo một hướng duy nhất đó là từ Anode đến Cathode (+ to -) và chặn dòng điện theo hướng ngược lại, tức là Cathode đến Anode. Lý do đằng sau nó mà nó có khoảng. Lực cản bằng không theo hướng thuận trong khi lực cản vô hạn theo hướng ngược lại. Có nhiều loại Điốt, mỗi loại có đặc tính và ứng dụng riêng. Chúng ta đã tìm hiểu về Điốt Zener và cách hoạt động của nó, trong bài này chúng ta sẽ tìm hiểu về một loại Diode thú vị khác được gọi là Diode Schottky và cách nó có thể được sử dụng trong các thiết kế mạch của chúng ta.

Diode Schottky (Được đặt theo tên của nhà vật lý người Đức Walter H. Schottky) là một loại diode bán dẫn khác, nhưng thay vì có đường giao nhau PN, Diode Schottky có một đường giao nhau kim loại-bán dẫn, làm giảm điện dung và tăng tốc độ chuyển mạch của diode Schottky, và điều này làm cho nó khác với các điốt khác. Diode Schottky còn có các tên gọi khác như diode rào cản bề mặt, diode rào cản Schottky, sóng mang nóng hoặc diode điện tử nóng.

Biểu tượng điốt Schottky

Biểu tượng của diode Schottky dựa trên biểu tượng diode chung, nhưng thay vì có một đường thẳng, nó có cấu trúc giống như S ở đầu âm của diode như hình dưới đây. Biểu tượng sơ đồ này có thể dễ dàng được sử dụng để phân biệt điốt Schottky với các điốt khác khi đọc sơ đồ mạch. Trong suốt bài viết, chúng tôi sẽ so sánh diode Schottky với diode thông thường để hiểu rõ hơn.

Ngay cả khi nhìn bề ngoài của linh kiện, một diode Schottky trông tương tự như một diode thông thường và đôi khi rất khó để phân biệt nếu không đọc số linh kiện trên đó. Nhưng hầu hết các trường hợp, điốt Schottky sẽ có vẻ hơi cồng kềnh hơn điốt thông thường, nhưng không phải lúc nào cũng vậy. Một Schottky diode pin-out hình ảnh được hiển thị dưới đây.

Điều gì làm cho Diode Schottky trở nên đặc biệt?

Như đã thảo luận trước đó, Diode Schottky trông và hoạt động rất giống với một diode thông thường, nhưng một đặc điểm độc đáo của Diode Schottky là độ sụt điện áp rất thấp và tốc độ chuyển mạch cao. Để hiểu điều này tốt hơn, hãy kết nối một diode Schottky và một diode chung thành một mạch và giống hệt nhau và kiểm tra xem nó hoạt động như thế nào.

Trong các hình ảnh trên, chúng ta có hai mạch một cho diode Schottky và một cho diode tiếp giáp PN điển hình. Các mạch này sẽ được sử dụng để phân biệt điện áp giảm ở cả hai điốt. Vì vậy, mạch bên trái dành cho điốt Schottky, và mạch bên phải dành cho điốt tiếp giáp PN điển hình. Cả hai điốt đều được cấp nguồn 5V. Khi dòng điện chạy qua từ cả hai điốt, điốt Schottky chỉ bị giảm điện áp 0,3 volt và để lại 4,7 volt cho tải, mặt khác, diode tiếp giáp PN điển hình có điện áp giảm 0,7 volt và để lại 4,3 volt cho tải. Vì vậy diode Schottky có độ sụt điện áp thấp hơn so với diode tiếp giáp PN thông thường. Ngoại trừ sụt áp Diode Schottky còn có một số ưu điểm khác trên một diode tiếp giáp PN điển hình như Diode Schottky cótốc độ chuyển mạch nhanh hơn, ít tiếng ồn hơn và hiệu suất tốt hơn một diode tiếp giáp PN điển hình.

Nhược điểm của diode Schottky

Nếu diode Schottky có độ sụt điện áp rất thấp và tốc độ chuyển mạch cao mang lại hiệu suất tốt hơn thì tại sao chúng ta lại cần điốt giao nhau PN chung chung? Tại sao chúng ta không đơn giản sử dụng diode Schottky cho tất cả các thiết kế mạch?

Mặc dù đúng là như vậy, điốt Schottky tốt hơn điốt tiếp giáp PN và nó từ từ được ưa thích hơn điốt tiếp giáp PN. Hai trở ngại chính đối với diode Schottky là điện áp đánh thủng ngược thấp và dòng rò ngược cao so với diode thông thường. Điều này làm cho nó không thích hợp cho các ứng dụng chuyển mạch điện áp cao. Ngoài ra, điốt Schottky tương đối đắt hơn so với điốt chỉnh lưu thông thường.

Diode Schottky vs Diode chỉnh lưu

Một so sánh ngắn gọn giữa diode PN và diode Schottky được đưa ra trong bảng dưới đây:

PN- Diode nối	Đèn Schottky
Điốt tiếp giáp PN là một thiết bị lưỡng cực có nghĩa là sự dẫn dòng xảy ra do cả hạt mang điện tích thiểu số và đa số.	Không giống như diode tiếp giáp PN, diode Schottky là một thiết bị đơn cực có nghĩa là sự dẫn dòng chỉ xảy ra do phần lớn các hạt mang điện.
PN- Junction diode có một Semiconductor- Semiconductor.	Trong khi điốt Schottky có mối nối kim loại- Bán dẫn.
PN- Điốt nối có sụt áp lớn.	Diode Schottky bị sụt điện áp nhỏ.
Tổn thất nhà nước cao.	Tổn thất tiểu bang ở mức thấp.
Tốc độ chuyển đổi chậm.	Tốc độ chuyển mạch nhanh.
Bật cao điện áp (0,7 vôn)	Điện áp bật thấp (0,2 vôn)
Điện áp chặn ngược cao	Điện áp chặn ngược thấp
Dòng điện ngược thấp	Dòng ngược cao

Cấu trúc của Diode Schottky

Điốt Schottky được chế tạo bằng cách sử dụng mối nối kim loại-bán dẫn như trong hình dưới đây. Điốt Schottky có một hợp chất kim loại ở một bên của đường giao nhau và silicon pha tạp ở mặt còn lại, do đó, điốt Schottky không có lớp suy giảm. Do tính chất này, điốt Schottky được gọi là thiết bị đơn cực, không giống như điốt tiếp giáp PN điển hình là thiết bị lưỡng cực.

Cấu trúc cơ bản của một diode Schottky được hiển thị trong hình trên. Như bạn có thể thấy trong hình ảnh Diode Schottky có một hợp chất kim loại ở một mặt có thể từ bạch kim đến vonfram, molypden, vàng, v.v. và chất bán dẫn loại N ở mặt còn lại. Khi hợp chất kim loại và chất bán dẫn loại N kết hợp với nhau, chúng tạo ra một mối nối Kim loại-Bán dẫn. Điểm giao nhau này được gọi là Schottky Barrier. Chiều rộng của rào cản Schottky phụ thuộc vào loại vật liệu kim loại và vật liệu bán dẫn được sử dụng để hình thành đường giao nhau.

Schottky Barrier hoạt động khác nhau ở trạng thái không thiên vị, thiên vị thuận hoặc thiên vị ngược. Ở trạng thái phân cực thuận khi cực dương của pin được nối với kim loại và cực âm được nối với chất bán dẫn loại n, điốt Schottky cho phép dòng điện chạy qua. Nhưng ở trạng thái phân cực ngược khi cực dương của pin được kết nối với chất bán dẫn loại n và cực âm được nối với kim loại, điốt Schottky sẽ chặn dòng điện. Tuy nhiên, nếu điện áp phân cực ngược tăng lên trên một mức cụ thể, nó sẽ phá vỡ rào cản và dòng điện sẽ bắt đầu chạy theo hướng ngược lại, và điều này có thể làm hỏng các thành phần được kết nối với điốt Schottky.

Đặc điểm của Schottky Diode VI

Một đặc điểm quan trọng cần được xem xét khi chọn Diode của bạn là đồ thị Điện áp chuyển tiếp (V) so với Dòng điện chuyển tiếp (I). Biểu đồ VI của các điốt Schottky phổ biến nhất 1N5817, 1N5818 và 1N5819 được hiển thị bên dưới

Đặc tính VI của diode Schottky rất giống với diode tiếp giáp PN điển hình. Có mức giảm điện áp thấp hơn một diode tiếp giáp PN điển hình cho phép diode Schottky tiêu thụ điện áp ít hơn so với một diode điển hình. Từ đồ thị trên, bạn có thể thấy rằng 1N517 có điện áp chuyển tiếp giảm xuống ít nhất so với hai còn lại, cũng có thể nhận thấy rằng điện áp giảm khi dòng điện qua diode tăng. Ngay cả đối với 1N517 ở dòng điện tối đa là 30A, điện áp rơi trên nó có thể lên tới 2V. Do đó, các điốt này thường được sử dụng trong các ứng dụng dòng điện thấp.

Các thông số cần xem xét khi chọn diode Schottky của bạn

Mỗi kỹ sư thiết kế phải chọn điốt Schottky phù hợp theo nhu cầu của ứng dụng của mình. Đối với các thiết kế chỉnh lưu, sẽ yêu cầu điốt định mức điện áp cao, dòng điện thấp / trung bình và tần số thấp. Đối với thiết kế chuyển mạch, định mức tần số của diode phải cao.

Một số thông số phổ biến và quan trọng đối với một diode mà bạn cần lưu ý được liệt kê dưới đây:

Giảm điện áp chuyển tiếp: Điện áp giảm để bật một diode phân cực thuận là giảm điện áp thuận. Nó thay đổi tùy theo các điốt khác nhau. Đối với diode Schottky thông thường, điện áp bật được giả định là khoảng 0,2 V.

Điện áp đánh thủng ngược: Lượng điện áp phân cực ngược cụ thể mà sau đó diode bị phá vỡ và bắt đầu dẫn theo hướng ngược lại được gọi là Điện áp đánh thủng ngược. Điện áp đánh thủng ngược cho một diode Schottky là khoảng 50 volt.

Thời gian khôi phục ngược: Là thời gian cần thiết để chuyển diode từ trạng thái dẫn điện thuận hoặc "BẬT" sang trạng thái "TẮT" ngược. Sự khác biệt quan trọng nhất giữa diode tiếp giáp PN điển hình và diode Schottky là thời gian khôi phục ngược. Trong một diode tiếp giáp PN điển hình thời gian phục hồi ngược có thể thay đổi từ vài micro giây đến 100 nano giây. Điốt Schottky không có thời gian phục hồi, bởi vì điốt Schottky không có vùng cạn kiệt tại đường giao nhau.

Dòng điện rò ngược: Dòng điện dẫn từ linh kiện bán dẫn phân cực ngược là dòng điện rò ngược. Trong diode Schottky, việc tăng nhiệt độ sẽ làm tăng đáng kể dòng điện rò ngược.

Các ứng dụng của Diode Schottky

Điốt Schottky có nhiều ứng dụng trong ngành công nghiệp điện tử vì những đặc tính độc đáo của chúng. Một số ứng dụng như sau:

1. Mạch kẹp / cắt điện áp

Mạch kẹp và mạch kẹp thường được sử dụng trong các ứng dụng định hình sóng. Có đặc tính giảm điện áp thấp làm cho diode Schottky trở nên hữu ích như một diode kẹp.

2. Bảo vệ dòng điện ngược và phóng điện

Như chúng ta đã biết, Schottky diode còn được gọi là diode chặn vì nó chặn dòng điện theo hướng ngược lại; nó có thể được sử dụng như bảo vệ phóng điện. Ví dụ, trong Đèn nháy khẩn cấp, một diode Schottky được sử dụng giữa siêu tụ điện và động cơ DC để ngăn siêu tụ điện phóng điện qua động cơ DC.

3. Mạch giữ mẫu và giữ mẫu

Điốt Schottky phân cực thuận không có bất kỳ hạt mang điện tích thiểu số nào và do đó, chúng có thể chuyển đổi nhanh hơn so với các điốt tiếp giáp PN điển hình. Vì vậy, điốt Schottky được sử dụng vì chúng có thời gian chuyển từ mẫu sang bước giữ thấp hơn và điều này dẫn đến mẫu chính xác hơn ở đầu ra.

4. Bộ chỉnh lưu điện

Điốt Schottky có mật độ dòng điện cao và giảm điện áp chuyển tiếp thấp có nghĩa là ít năng lượng bị lãng phí hơn so với điốt tiếp giáp PN điển hình và điều này làm cho điốt Schottky phù hợp hơn cho bộ chỉnh lưu điện.

Hơn nữa, bạn có thể tìm thấy cách triển khai thực tế của Diode trong nhiều mạch bằng cách theo liên kết.