Schottky diode uporabljajo Schottky za blokiranje povratne napetosti na kontaktni površini kovine ali polprevodnika, tako da lahko tok poteka enosmerno. Za razliko od tradicionalne diode je struktura Schottkyjevega in PN spoja zelo drugačna. Dioda za hitro obnovitev, kot pove že ime, je polprevodniška dioda, ki lahko hitro obnovi obratni čas. Ta članek bo predstavil razlike med diodo Schottky in diodo za hitro obnovitev z vidika strukture in značilnosti delovanja.
Schottky dioda
Je dioda "kovinskega polprevodniškega spoja" s Schottkyjevimi karakteristikami. Njegova zagonska napetost naprej je nizka. Poleg volframa je kovinski sloj lahko izdelan tudi iz zlata, molibdena, niklja, titana in drugih materialov. Polprevodniški material je silicijev ali galijev arzenid. Ta vrsta naprave je prevodna za večino nosilcev, zato je njen povratni tok nasičenja veliko večji kot pri PN spoju, prevodnem za nekaj nosilcev. Ker je učinek shranjevanja manjšinskih nosilcev v Schottkyjevi diodi zelo majhen, je njen frekvenčni odziv omejen le s časovno konstanto RC, zato je idealna naprava za visokofrekvenčno in hitro preklapljanje. Njegova delovna frekvenca lahko doseže 100 GHz. Poleg tega se lahko MIS (metal insulator semiconductor) Schottky diode uporabljajo za izdelavo sončnih celic ali svetlečih diod.
Strukturni princip
Če povzamemo, strukturni princip Schottkyjevega usmernika se zelo razlikuje od principa spojnega usmernika PN. Spojni usmernik PN se običajno imenuje Junction Rectifier, kovinski polcevni usmernik pa Schottkyjev usmernik. V zadnjih letih so bile razvite tudi aluminijeve silicijeve diode Schottky, izdelane s silicijevo planarno tehnologijo, ki ne le prihrani plemenite kovine, močno zmanjša stroške, ampak tudi izboljša konsistentnost parametrov.
Schottkyjev usmernik uporablja samo en nosilec (elektron) za prenos naboja in ni kopičenja odvečnih manjšinskih nosilcev zunaj potencialne ovire. Zato ni težav s shranjevanjem napolnjenosti (qrr → 0), preklopne lastnosti pa so znatno izboljšane. Čas povratne obnovitve se lahko skrajša na manj kot 10 ns. Vendar pa je njegova vrednost vzvratne vzdržljive napetosti razmeroma nizka, na splošno ne več kot 100 V. Zato je primeren za delo pod nizko napetostjo in visokim tokom. Učinkovitost nizkonapetostnega in velikega tokovnega usmerjevalnega (ali prostega) tokokroga je mogoče izboljšati z uporabo značilnosti nizkega padca napetosti.
Dioda za hitro obnovitev
Diode za hitro obnovitev se nanašajo na diode s kratkim povratnim časom obnovitve (pod 5us). Med tem se sprejmejo ukrepi za doping z zlatom. Nekatere strukture sprejmejo strukturo spoja PN, nekatere pa izboljšano strukturo nožic. Njegov padec napetosti naprej je višji kot pri običajnih diodah (1-2v), vzdržljivost povratne napetosti pa je večinoma pod 1200 V. Z vidika zmogljivosti ga lahko razdelimo na dve ravni: hitro okrevanje in ultra hitro okrevanje. Povratni obnovitveni čas prvega je več sto nanosekund ali več, medtem ko je drugi manj kot 100 nanosekund.
Schottkyjeva dioda je dioda, ki temelji na potencialni pregradi, ki jo tvori stik med kovino in polprevodnikom. Na kratko se imenuje Schottky dioda. Ima zmanjšanje napetosti naprej ({{0}}.4-1.0v), povratni čas obnovitve (0-10 nanosekund), velik povratni tok uhajanja in nizko vzdržljivo napetost, običajno nižje od 150 V. Uporablja se predvsem v nizkonapetostnih primerih.
Schottky diode in diode za hitro obnovitev se običajno uporabljajo v stikalnih napajalnikih. Razlika je v tem, da je obnovitveni čas prvega približno 100-krat krajši od drugega, obratni obnovitveni čas prvega pa je približno nekaj nanosekund. Prvi ima prednosti nizke porabe energije, visokega toka in ultra visoke hitrosti.
V proizvodnem procesu diode za hitro obnovitev se uporabljajo postopki dopiranja z zlatom, enostavna difuzija in drugi postopki, ki lahko dosežejo visoko hitrost preklapljanja in visoko vzdržljivo napetost. Trenutno se diode za hitro obnovitev uporabljajo predvsem kot usmerniški elementi v inverterskem napajanju.
Obrni čas obnovitve
Kaj je povratni čas obnovitve? Ko napetost zunanje diode prehaja iz smeri naprej v smer nazaj, se tok, ki teče skozi napravo, ne more prehodno pretvoriti iz smeri naprej v obratni tok. V tem času se manjšinski nosilci (luknje), vbrizgani v smeri naprej, ekstrahirajo z močnim električnim poljem območja prostorskega naboja. Ker je gostota teh lukenj višja od uravnotežene gostote lukenj osnovnega območja, bo vzvratni tok, ki je veliko večji od povratnega toka uhajanja, ustvarjen v trenutku povratne prednapetosti, to je povratni povratni tok IRM. Hkrati izboljšanje procesa sovpadanja pospeši tudi zmanjšanje gostote teh dodatnih nosilcev. Dokler dodatni nosilci, nabrani v baznem območju, popolnoma ne izginejo, se povratni tok zmanjša in stabilizira na povratni tok uhajanja. Čas, ki ga porabi celoten postopek, je obratni čas obnovitve.
Čas povratne obnovitve TRR je opredeljen kot časovni interval, v katerem tok prehaja skozi ničelno točko iz smeri naprej do podane nizke vrednosti. Je pomemben tehnični indeks za merjenje zmogljivosti visokofrekvenčnih prostih in usmerniških naprav.
Strukturne značilnosti diod za hitro obnovitev in ultra hitro obnovitev
Notranja struktura diode za hitro obnovitev se razlikuje od strukture navadne diode. Doda osnovno območje I med silicijevima materialoma tipa p in tipa n, da se oblikuje pin silicijev čip. Ker je osnovno območje zelo tanko in je povratni povratni naboj zelo majhen, se močno zmanjša ne samo vrednost TRR, ampak tudi prehodni padec napetosti naprej, tako da lahko cev prenese visoko obratno delovno napetost. Čas povratne obnovitve diode za hitro obnovitev je na splošno nekaj sto nanosekund, padec napetosti naprej je približno 0.6V, tok naprej je nekaj amperov do nekaj tisoč amperov, povratna najvišja napetost pa lahko doseže nekaj sto do več tisoč voltov. Povratni povratni naboj ultrahitre obnovitvene diode se dodatno zmanjša, zaradi česar je njen TRR tako nizek kot nekaj deset nanosekund.
Večina diod za hitro obnovitev in ultra hitro obnovitev pod 20 A je v obliki paketa TO-220. Z vidika notranje strukture jo lahko razdelimo na enojno cev in nasprotno cev (znano tudi kot dvojna cev). V paru cevi sta dve diodi za hitro obnovitev. Glede na različne načine povezovanja obeh diod obstajata dve vrsti skupne katode na cev in skupne anode na cev. Diode za hitro obnovitev z desetinami AMP so običajno zapakirane v to-3p kovinsko ohišje. Cevi z večjo kapaciteto (nekaj sto a do nekaj tisoč a) so pakirane v obliki vijaka ali plošče.
preskusna metoda
Rutinska preskusna metoda
V amaterskih pogojih lahko multimeter zazna enosmerno prevodnost diod za hitro obnovitev in ultra hitro obnovitev, pa tudi, ali so v notranjosti napake v odprtem tokokrogu in kratkem stiku, ter lahko izmeri padec napetosti prevoda naprej. Če je opremljen z meggerjem, lahko meri tudi povratno prebojno napetost.
Primer: izmerite ultrahitro obnovitveno diodo in njeni glavni parametri so: TRR=35ns, če=5a, IFSM=50a, VRM=700V. Obrnite multimeter na R × V prestavi 1 je odčitani upor naprej 6,4l, n=19.5l. Povratni upor je neskončen. Nadalje dobimo VF=0.03V/ × 19.5=0.585V. Dokaži, da je cev dobra.
zadeve, ki zahtevajo pozornost:
Nekatere enojne cevi imajo skupaj tri zatiče, srednji zatič pa je prazen zatič, ki se običajno odreže ob izstopu iz tovarne, nekateri pa niso odrezani;
Če je ena od cevi poškodovana, se lahko uporablja kot ena cev;
R je treba uporabiti pri merjenju padca tlaka × 1. prestava. Če se uporabi R × Pri prestavi 1K, ker je preskusni tok premajhen, kar je veliko nižje od običajnega delovnega toka cevi, bo izmerjena vrednost VF bistveno nižja. Če je v zgornjem primeru izbran R × Merjeno pri prestavi 1K, je prednji upor enak 2,2k in v tem času je mreža n=9. Izračunana vrednost VF je le 0.27v, kar je veliko nižje od normalne vrednosti (0.6V);
Čas obnovitve diode za hitro obnovitev je 200-500ns;
Obnovitveni čas ultra hitre diode je 30-100ns;
Obnovitveni čas Schottkyjeve diode je približno 10 ns;
Poleg tega je tudi njihova napetost naprej drugačna. Schottky < hitro okrevanje < visoka učinkovitost.