Diodos Schottky: Operação, Recursos, Aplicação

Os diodos de barreira Schottky são diodos semicondutores projetados com tensão 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 para aplicações de baixa tensão e alta frequência, como SMPS, e também como diodos de funcionamento livre eficientes.

O símbolo do dispositivo é mostrado na seguinte imagem:

diodos schottky operacao recursos aplicacao projetos de circuitos domesticos

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

Construção interna

Os diodos de Schottky são construídos diferentemente em comparação aos diodos de junção p-n tradicionais. Em vez de uma junção p-n, eles são construídos usando um junção de semicondutores metálicos Como mostrado abaixo.

Estrutura interna do diodo Schottky

A seção de semicondutores é construída principalmente com silício do tipo n e também com muitos materiais diferentes, como platina, tungstênio, molibdênio, cromo etc. O diodo pode ter um conjunto diferente de características, dependendo do material utilizado, permitindo uma maior velocidade de comutação, menor queda de tensão direta etc.

Como funciona

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

Nos diodos de junção p-n normais, os portadores minoritários são injetados através de diferentes polaridades adjacentes. Enquanto nos diodos Schottky os elétrons são injetados através de regiões com polaridade idêntica.

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

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

Diferença entre diodos normais e diodos de Schottky

Comparado aos diodos de junção p-n normais, a junção de barreira nos diodos de Schottky é mais baixa, tanto nas regiões de polarização direta quanto reversa.

Isso permite que os diodos Schottky tenham uma condução de corrente muito melhor para o mesmo nível de potencial de polarização, nas regiões de polarização direta e reversa. Esse parece ser um bom recurso na região de polarização direta, embora seja 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:

mim = EuS (ekVd / 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, no entanto, o fator η é determinado pelo tipo de construção do diodo.

Comparação das características dos diodos de junção hot-carrier e p-n

Na região de polarização reversa, a corrente É É principalmente devido aos elétrons metálicos que viajam para o material semicondutor.

Características da temperatura

Para os diodos Schottky, uma das principais coisas que tem sido continuamente investigada é como minimizar suas substanciais correntes de vazamento a altas temperaturas acima de 100 ° C.

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

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

No entanto, esses números são mais altos quando comparados aos diodos p-n normais com as mesmas especificações de energia. Além disso, a classificação PIV para os diodos Schottky pode ser muito menor do que nossos diodos tradicionais.

Por exemplo, normalmente um dispositivo de 50 A pode ter uma classificação PIV de 50 V, enquanto isso pode chegar a 150 V para um diodo normal de 50 A. Dito isto, avanços recentes permitiram que os diodos Schottky tivessem classificações de PIV acima de 100V com valores de amperagem semelhantes.

A partir da representação gráfica acima, é bastante claro que os diodos Schottky são atribuídos com um conjunto quase ideal de características, ainda melhor que um diodo de vidro (diodo de contato pontual). A queda direta de um diodo de contato pontual é tipicamente menor que a de um diodo de junção p-n normal.

O VT ou queda de tensão direta do diodo Schottky é em grande parte determinada pelo metal interno. Acontece que há um compromisso entre o efeito da temperatura e o nível da TV. 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, os valores mais baixos permitidos garantem valores mais baixos do VT. A queda direta do VT pode ser reduzida a essencialmente zero para determinadas unidades de baixo nível, em uma avaliação aproximada. Para faixas de corrente média e alta, os valores de queda direta podem estar em torno de 0,2 V, e esse parece ser um valor representativo fino.

No momento, o diodo Schottky da faixa de corrente máxima tolerável disponível está em torno de 75 amperes, embora até 100 amperes também estejam no horizonte em breve.

Aplicação de diodo Schottky

A principal área de aplicação dos diodos Schottky é em fontes de alimentação comutadas, ou SMPS, projetadas para operar em frequências acima de 20 kHz.

Normalmente, um diodo Schottky de 50 A em 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 um átomo de recuperação de cerca de 30 a 50 ns, na mesma especificação atual.

Você pode achar que a diferença de tensão direta acima é bastante pequena, no entanto, se observarmos 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 mensurável, que pode prejudicar gravemente a eficiência do SMPS.

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

Tempo de recuperação reversa

No diodo semicondutor p-n comum, o tempo de recuperação reversa (trr) é alto devido a portadores minoritários injetados.

Nos diodos Schottky, devido às transportadoras minoritárias extremamente baixas, o tempo de recuperação reversa é substancialmente baixo. É por isso que os diodos Schottky podem funcionar com tanta eficiência, mesmo nas frequências de 20 GHz, que exigem que os dispositivos alternem em velocidades extremamente rápidas.

Para frequências mais altas do que isso, um diodo de contato local ou diodo de cristal ainda é usado, devido à sua área de ligação muito pequena ou área de ligação de pontos.

Circuito equivalente de diodo Schottky

A figura a seguir representa o circuito equivalente de um diodo Schottky com valores típicos. O símbolo contíguo é o símbolo padrão do dispositivo.

Circuito equivalente de diodo Schottky

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

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

Tabela de especificações do diodo Schottky

A tabela abaixo fornece uma lista de retificadores de hot transportadora fabricados pela Motorola Semiconductor Products, juntamente com suas especificações e detalhes de distribuição.

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FONTE

Nota: Este foi traduzido do Inglês para português (auto)

Pode conter erros de tradução

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Veja na FONTE até ser revisado o post.

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