Diodos Schottky - Trabalho, Características, Aplicação

Experimente Nosso Instrumento Para Eliminar Problemas





Os diodos de barreira Schottky são diodos semicondutores projetados com voltagem direta mínima e velocidades de comutação rápidas que podem ser tão baixas quanto 10 ns. Eles são fabricados em faixas de corrente de 500 mA a 5 amperes e até 40 V. Devido a essas características, eles se tornam especificamente adequados em aplicações de baixa tensão e alta frequência, como em SMPS, e também como diodos de roda livre eficientes.

O símbolo do dispositivo é mostrado na seguinte imagem:



Cortesia: https://en.wikipedia.org/wiki/Schottky_diode

Construção Interna

Os diodos Schottky são construídos de forma diferente em comparação com os diodos de junção p-n tradicionais. Em vez de uma junção p-n, eles são construídos usando um junção de metal semicondutor como mostrado abaixo.



Estrutura interna do diodo Schottky

A seção de semicondutor é construída principalmente com silício do tipo n, e também com um monte de materiais diferentes, como platina, tungstênio, molibdênio, cromo, etc. O diodo pode ter diferentes conjuntos de características dependendo de qual material é usado, permitindo que tenham velocidade de comutação, queda de tensão direta mais baixa etc.

Como funciona

Nos diodos Schottky, os elétrons se tornam os portadores majoritários no material semicondutor, enquanto no metal exibem portadores minoritários extremamente pequenos (orifícios). Quando os dois materiais estão ligados, os elétrons presentes no semicondutor de silício começam a fluir rapidamente em direção ao metal conectado, resultando em uma transferência massiva de portadores majoritários. Devido à sua energia cinética maior do que o metal, eles são geralmente chamados de 'portadores quentes'.

Os diodos de junção p-n normais dos portadores minoritários são injetados em diferentes polaridades adjacentes. Já nos diodos Schottky, os elétrons são injetados em regiões com polaridade idêntica.

O influxo maciço de elétrons em direção ao metal causa grande perda de portadores para o material de silício na área próxima à superfície da junção, que se assemelha à região de depleção da junção p-n de outros diodos. Os portadores adicionais no metal criam uma 'parede negativa' no metal entre o metal e o semicondutor que bloqueia a entrada de corrente. O que significa que os elétrons carregados negativamente no semicondutor de silício dentro dos diodos Schottky facilitam uma região livre de portadores junto com uma parede negativa na superfície do metal.

Referindo-se à figura abaixo, a aplicação de corrente de polarização direta no primeiro quadrante causa uma redução na energia da barreira negativa devido à atração positiva dos elétrons nesta área. Isso leva ao fluxo de retorno de elétrons em grandes quantidades através da fronteira. A magnitude desses elétrons depende da magnitude do potencial aplicado para a polarização.

Diferença entre diodos normais e diodos Schottky

Em comparação com os diodos de junção p-n normais, a junção de barreira nos diodos Schottky é mais baixa, tanto nas regiões de polarização direta quanto reversa.

Isso permite que os diodos Schottky tenham uma condução de corrente muito melhorada para o mesmo nível de potencial de polarização, nas regiões de polarização direta e reversa. Esta parece ser uma boa característica na região de polarização direta, embora ruim para a região de polarização reversa.

A definição das características gerais de um diodo semicondutor para as regiões de polarização direta e reversa é representada pela equação:

eu D = Eu S ( é kVd / Tk -1)

onde Is = corrente de saturação reversa
k = 11.600 / η com η = 1 para material de germânio e η = 2 para material de silício

A mesma equação descreve o aumento exponencial da corrente nos diodos Schottky na figura a seguir, porém o fator η é determinado pelo tipo de construção do diodo.

Comparação das características do portador quente e diodos de junção p-n

Na região de polarização reversa, o atual É é principalmente devido aos elétrons de metal viajando para o material semicondutor.

Características de Temperatura

Para diodos Schottky, um dos principais aspectos que tem sido continuamente pesquisado é como minimizar suas correntes de fuga substanciais em altas temperaturas acima de 100 ° C.

Isso levou à produção de dispositivos melhores e aprimorados que podem funcionar com eficiência mesmo em temperaturas extremas entre -65 e + 150 ° C.

Em temperaturas ambientes típicas, esse vazamento pode estar na faixa de microamperes para diodos Schottky de baixa potência e na faixa de miliamperes para os dispositivos de alta potência.

No entanto, esses números são maiores quando comparados com diodos p-n normais nas mesmas especificações de potência. Também o Classificação PIV para um Schottky, os diodos podem ser muito menores do que os nossos diodos tradicionais.

Por exemplo, normalmente um dispositivo de 50 A pode ter uma classificação PIV de 50 V, enquanto isso pode ser de até 150 V para um diodo normal de 50 A. Dito isso, os avanços recentes possibilitaram diodos Schottky com classificações PIV acima de 100 V em valores de amperagem semelhantes.

Torna-se bastante claro a partir da representação gráfica acima que os diodos Schottky são atribuídos a um conjunto de características quase ideal, ainda melhor do que um diodo de cristal (diodo de contato pontual). A queda direta de um diodo de contato pontual é normalmente menor do que os diodos de junção p-n normais.

O VT ou a queda de tensão direta do diodo Schottky é em grande parte determinada pelo metal interno. Acontece que existe uma compensação entre o efeito da temperatura e o nível de VT. Se um desses parâmetros aumenta, o outro também aumenta degradando o nível de eficiência do dispositivo. Além disso, o VT também depende da faixa de corrente, valores mais baixos permitidos garantem valores mais baixos de VT. A queda para a frente do VT pode ser essencialmente reduzida a zero para determinadas unidades de nível baixo, em uma avaliação aproximada. Para faixas de corrente média e alta, os valores de queda direta podem ser em torno de 0,2 V, e este parece ser um valor representativo fino.

No momento, o diodo Schottky de alcance de corrente máximo tolerável disponível é de cerca de 75 amperes, embora até 100 amperes também possam estar no horizonte em breve.

Aplicação de diodo Schottky

A principal área de aplicação dos diodos Schottky é na comutação de fontes de alimentação ou SMPS, que são projetados para trabalhar com frequências acima de 20 kHz.

Normalmente, um diodo Schottky de 50 A à temperatura ambiente pode ser classificado com uma tensão direta de 0,6 V e um tempo de recuperação de 10 ns, projetado especificamente para uma aplicação SMPS. Por outro lado, um diodo de junção p-n comum pode exibir uma queda direta de 1,1 V e tom de recuperação de cerca de 30 a 50 ns, na mesma especificação de corrente.

Você pode achar que a diferença de tensão direta acima é muito pequena, no entanto, se olharmos para o nível de dissipação de energia entre os dois: P (portadora quente) = 0,6 x 50 = 30 watts e P (pn) = 1,1 x 50 = 55 watts, que é uma diferença bastante mensurável, que pode prejudicar criticamente a eficiência do SMPS.

Embora, na região de polarização reversa, a dissipação em um diodo Schottky possa ser um pouco mais alta, ainda assim a dissipação de polarização direta e reversa será muito melhor do que um diodo de junção p-n.

Tempo de recuperação reversa

Em diodos semicondutores p-n comuns, o tempo de recuperação reversa (trr) é alto por conta dos portadores minoritários injetados.

Em Schottky Diodes devido a portadoras minoritárias extremamente baixas, o tempo de recuperação reversa é substancialmente baixo. É por isso que os diodos Schottky são capazes de funcionar com tanta eficácia, mesmo em frequências de 20 GHz, que exigem que os dispositivos comutem a uma velocidade extremamente rápida.

Para frequências mais altas do que isso, um diodo de contato de ponto ou um diodo de cristal ainda é empregado, devido à sua área de junção muito pequena ou área de junção de ponto.

Circuito Equivalente de Diodos Schottky

A próxima figura mostra o circuito equivalente de um diodo Schottky com valores típicos. O símbolo adjacente é o símbolo padrão do dispositivo.

Circuito Equivalente de Diodos Schottky

A indutância Lp e a capacitância Cp são os valores especificados na própria embalagem, rB constitui a resistência em série formada pela resistência de contato e pela resistência do bulk.

Os valores para a resistência rd e capacitância Cj são de acordo com os cálculos discutidos nos parágrafos anteriores.

Tabela de especificações do diodo Schottky

O gráfico abaixo nos fornece uma lista de retificadores de portadora quente fabricados pela Motorola Semiconductor Products, juntamente com suas especificações e detalhes de pinagem.




Anterior: Retificação de Diodo: Meia Onda, Onda Completa, PIV Próximo: Circuito de luz de obstrução LED