الصمام الثنائي شوتكي - الخصائص والمعلمات والتطبيقات

الصمام الثنائي هو أحد المكونات الأساسية المستخدمة بشكل شائع في تصميمات الدوائر الإلكترونية ، ويمكن العثور عليه بشكل شائع في المقومات ، والقصاصات ، والمشابك ، والعديد من الدوائر الأخرى الشائعة الاستخدام. وهو عبارة عن جهاز أشباه موصلات ذو طرفين يسمح بتدفق التيار في اتجاه واحد فقط وهو شكل أنود إلى كاثود (+ إلى -) ويمنع تدفق التيار في الاتجاه المعاكس ، أي من الكاثود إلى الأنود. السبب وراء أنه يحتوي على ما يقرب من. المقاومة الصفرية في الاتجاه الأمامي بينما المقاومة اللانهائية في الاتجاه العكسي. هناك أنواع عديدة من الثنائيات ولكل منها خصائصها وتطبيقاتها الفريدة. لقد تعلمنا بالفعل عن Zener Diodes وعمله ، في هذه المقالة سوف نتعرف على نوع آخر مثير للاهتمام من الصمام الثنائي يسمى Schottky Diode وكيف يمكن استخدامه في تصميمات الدوائر الخاصة بنا.

الصمام الثنائي شوتكي (سُمي على اسم الفيزيائي الألماني والتر إتش شوتكي) هو نوع آخر من الصمام الثنائي أشباه الموصلات ، ولكن بدلاً من وجود تقاطع PN ، يحتوي الصمام الثنائي شوتكي على تقاطع شبه موصل معدني والذي يقلل السعة ويزيد من سرعة تبديل الصمام الثنائي شوتكي ، وهذا يجعلها مختلفة عن الثنائيات الأخرى. يحتوي الصمام الثنائي Schottky أيضًا على أسماء أخرى مثل الصمام الثنائي الحاجز السطحي ، أو الصمام الثنائي الحاجز Schottky ، أو الناقل الساخن ، أو الصمام الثنائي للإلكترون الساخن.

رمز شوتكي ديود

يعتمد رمز الصمام الثنائي شوتكي على رمز الصمام الثنائي العام ، ولكن بدلاً من وجود خط مستقيم ، فإنه يحتوي على بنية شبيهة بحرف S في الطرف السالب من الصمام الثنائي كما هو موضح أدناه. يمكن استخدام هذا الرمز التخطيطي بسهولة لتمييز الصمام الثنائي شوتكي عن الثنائيات الأخرى عند قراءة مخطط الدائرة. في جميع أنحاء المقالة ، سنقارن الصمام الثنائي Schottky مع الصمام الثنائي العادي لفهم أفضل.

حتى من خلال المظهر المادي للمكون ، يبدو الصمام الثنائي Schottky مشابهًا للديود العام ، وفي كثير من الأحيان يكون من الصعب معرفة الفرق دون قراءة رقم الجزء عليه. ولكن في معظم الأوقات ، سيظهر الصمام الثنائي Schottky ضخمًا بعض الشيء من الثنائيات العادية ، ولكن لا يجب أن يكون هذا هو الحال دائمًا. تظهر صورة Schottky diode pin-out pin-out أدناه.

ما الذي يجعل شوتكي ديود مميزًا؟

كما نوقش في وقت سابق تبدو شوتكي الصمام الثنائي وينفذ تشبه الى حد بعيد الصمام الثنائي عام، ولكن الخصائص الفريدة للشوتكي الصمام الثنائي هي في منخفض جدا انخفاض الجهد و سرعة التحويل العالية. لفهم هذا بشكل أفضل ، دعنا نربط الصمام الثنائي Schottky والصمام الثنائي العام بدائرة متطابقة ودائرة وتحقق من كيفية أدائها.

في الصور أعلاه ، لدينا دائرتان إحداهما للديود Schottky والأخرى من الصمام الثنائي PN-junction النموذجي. سيتم استخدام هذه الدوائر لتمييز قطرات الجهد في كلا الثنائيات. لذا فإن الدائرة اليسرى هي لصمام ثنائي شوتكي ، والدائرة اليمنى هي لصمام ثنائي PN نموذجي. كلا الثنائيات تعمل بالطاقة بجهد 5 فولت. عندما يتم تمرير التيار من كلا الثنائيات ، فإن الصمام الثنائي شوتكي له انخفاض في الجهد بمقدار 0.3 فولت فقط ويترك 4.7 فولت للحمل ، من ناحية أخرى ، فإن الصمام الثنائي PN-junction النموذجي به انخفاض في الجهد بمقدار 0.7 فولت ويترك 4.3 فولت للحمل. لذا فإن الصمام الثنائي Schottky لديه انخفاض في الجهد الكهربائي أقل من الصمام الثنائي PN-junction التقليدي. باستثناء انخفاض الجهد ، فإن الصمام الثنائي Schottky لديه أيضًا بعض المزايا الأخرى على الصمام الثنائي PN-junction النموذجي مثل Schottky diodeمعدل تحويل أسرع ، ضوضاء أقل وأداء أفضل من الصمام الثنائي PN-junction التقليدي.

عيوب شوتكي دايود

إذا كان الصمام الثنائي شوتكي يحتوي على انخفاض منخفض جدًا في الجهد وسرعة تحويل عالية تقدم أداءً أفضل ، فلماذا نحتاج حتى إلى صمامات ثنائية تقاطع PN عامة؟ لماذا لا نستخدم الصمام الثنائي Schottky ببساطة لجميع تصميمات الدوائر؟

في حين أنه من الصحيح أن ثنائيات Schottky أفضل من ثنائيات الوصلة PN وهي مفضلة ببطء أكثر على الصمام الثنائي الوصلة PN. اثنين من نكسات كبيرة لشوتكي الصمام الثنائي هي في انخفاض عكسي انهيار الجهد و العليا عكس التسرب الحالي مقارنة مع الصمام الثنائي عام. هذا يجعلها غير مناسبة لتطبيقات تبديل الجهد العالي. كما أن ثنائيات شوتكي أغلى نسبيًا من الثنائيات المعدلة العادية.

شوتكي ديود مقابل ديود المعدل

يتم إعطاء مقارنة موجزة بين PN- الصمام الثنائي و Schottky diode في الجدول أدناه:

PN- تقاطع ديود	شوتكي الصمام الثنائي
الصمام الثنائي PN-junction هو جهاز ثنائي القطب يعني أن التوصيل الحالي يحدث بسبب كل من ناقلات شحن الأقلية والأغلبية.	على عكس الصمام الثنائي PN- الوصلة ، فإن Schottky diode هو جهاز أحادي القطب يعني أن التوصيل الحالي يحدث بسبب ناقلات الشحنة ذات الأغلبية فقط.
PN- تقاطع الصمام الثنائي له تقاطع أشباه الموصلات وأشباه الموصلات.	بينما يحتوي الصمام الثنائي Schottky على تقاطع معدني لأشباه الموصلات.
PN- الصمام الثنائي المفصلي له انخفاض كبير في الجهد.	الصمام الثنائي شوتكي لديه انخفاض صغير في الجهد.
ارتفاع خسائر الدولة.	منخفض على خسائر الدولة.
سرعة التحويل البطيء.	سرعة التحويل السريع.
جهد تشغيل عالي (0.7 فولت)	جهد تشغيل منخفض (0.2 فولت)
جهد عكسي عالي	جهد عكسي منخفض
تيار عكسي منخفض	ارتفاع التيار العكسي

هيكل شوتكي ديود

يتم إنشاء ثنائيات شوتكي باستخدام تقاطع معدني أشباه الموصلات كما هو موضح في الصورة أدناه. تحتوي ثنائيات شوتكي على مركب معدني على جانب واحد من التقاطع والسيليكون المخدر على الجانب الآخر ، وبالتالي ، لا يحتوي الصمام الثنائي شوتكي على طبقة نضوب. بسبب هذه الخاصية ، تُعرف ثنائيات Schottky بالأجهزة أحادية القطب ، على عكس الثنائيات النموذجية PN-junction التي هي أجهزة ثنائية القطب.

يظهر الهيكل الأساسي للدايود Schottky في الصورة أعلاه. كما ترون في الصورة ، يحتوي الصمام الثنائي شوتكي على مركب معدني في جانب واحد يمكن أن يتراوح من البلاتين إلى التنجستن والموليبدينوم والذهب وما إلى ذلك وأشباه الموصلات من النوع N على الجانب الآخر. عندما يتم الجمع بين المركب المعدني وأشباه الموصلات من النوع N ، فإنها تخلق تقاطعًا معدنيًا لأشباه الموصلات. يُعرف هذا المفترق باسم حاجز شوتكي. يعتمد عرض حاجز شوتكي على نوع المعدن ومواد أشباه الموصلات المستخدمة في تشكيل الوصلات.

يعمل Schottky Barrier بشكل مختلف في حالة غير متحيزة أو منحازة للأمام أو منحازة عكسية. في حالة التحيز الأمامي عندما يكون الطرف الموجب للبطارية متصلاً بالمعدن والطرف السالب متصل بأشباه الموصلات من النوع n ، يسمح الصمام الثنائي شوتكي بالتدفق الحالي. ولكن في حالة التحيز العكسي عندما يتم توصيل الطرف الموجب للبطارية بأشباه الموصلات من النوع n ويتم توصيل الطرف السالب بالمعدن ، فإن الصمام الثنائي Schottky يمنع التدفق الحالي. ومع ذلك ، إذا زاد الجهد المنحاز العكسي فوق مستوى معين ، فسوف يكسر الحاجز ، وسيبدأ التيار في التدفق في الاتجاه العكسي ، وقد يؤدي ذلك إلى إتلاف المكونات المتصلة بديود شوتكي.

خصائص شوتكي ديود السادس

إحدى الخصائص المهمة التي يجب مراعاتها عند اختيار الصمام الثنائي هي الرسم البياني للجهد الأمامي (V) مقابل الرسم البياني الحالي (I). الرسم البياني السادس لثنائيات شوتكي الأكثر شيوعًا 1N5817 و 1N5818 و 1N5819 موضح أدناه

خصائص VI للديود Schottky تشبه إلى حد بعيد الصمام الثنائي PN-junction النموذجي. يسمح وجود انخفاض الجهد المنخفض من الصمام الثنائي PN-junction النموذجي باستهلاك جهد أقل من الصمام الثنائي النموذجي. من الرسم البياني أعلاه ، يمكنك أن ترى أن 1N517 لديه أقل انخفاض للجهد الأمامي مقارنة بالاثنين الآخرين ، ويمكن أيضًا ملاحظة أن انخفاض الجهد يزداد مع زيادة التيار من خلال الصمام الثنائي. حتى بالنسبة إلى 1N517 بحد أقصى 30 أمبير ، يمكن أن يصل انخفاض الجهد عبره إلى 2 فولت. ومن ثم تُستخدم هذه الثنائيات عادة في التطبيقات ذات التيار المنخفض.

المعلمات التي يجب مراعاتها أثناء اختيار الصمام الثنائي Schottky

يتعين على كل مهندس تصميم أن يختار الصمام الثنائي شوتكي المناسب وفقًا لاحتياجات تطبيقه. ل تصاميم التصحيح ، الجهد العالي، وانخفاض / متوسطة الحالية، والثنائيات التردد المقنن المنخفضة ستكون مطلوبة. ل تحويل التصاميم ، يجب أن يكون تصنيف تردد من الصمام الثنائي عالية.

بعض المعلمات الشائعة والمهمة للديود التي يجب أن تضعها في اعتبارك مذكورة أدناه:

انخفاض الجهد إلى الأمام: انخفاض الجهد لتشغيل الصمام الثنائي المنحاز للأمام هو انخفاض الجهد الأمامي. يختلف باختلاف الثنائيات. بالنسبة إلى الصمام الثنائي Schottky ، يُفترض عادةً أن يكون جهد التشغيل حوالي 0.2 فولت.

جهد الانهيار العكسي: يُطلق على المقدار المعين لجهد التحيز العكسي الذي ينهار الصمام الثنائي بعده ويبدأ إجراء في الاتجاه العكسي جهد الانهيار العكسي. يبلغ جهد الانهيار العكسي لديود شوتكي حوالي 50 فولت.

وقت الاسترداد العكسي: هو الوقت المستغرق لتبديل الصمام الثنائي من حالة التوصيل الأمامي أو حالة "التشغيل" إلى حالة "إيقاف التشغيل" العكسية. الاختلاف الأكثر أهمية بين الصمام الثنائي PN-junction النموذجي والصمام الثنائي Schottky هو وقت الاسترداد العكسي. في نموذجي PN-junction diode يمكن أن يختلف وقت الاسترداد العكسي من عدة ميكروثانية إلى 100 نانوثانية. لا تتمتع ثنائيات شوتكي بوقت استرداد ، لأن صمام شوتكي لا يحتوي على منطقة استنفاد عند التقاطع.

تيار التسرب العكسي: التيار الذي يتم إجراؤه من جهاز أشباه الموصلات في تحيز عكسي هو تيار تسرب عكسي. في الصمام الثنائي Schottky ، ستؤدي زيادة درجة الحرارة إلى زيادة تيار التسرب العكسي بشكل كبير.

تطبيقات شوتكي ديود

ديودات شوتكي لها العديد من التطبيقات في صناعة الإلكترونيات بسبب خصائصها الفريدة. بعض التطبيقات هي كما يلي:

1. الجهد لقط / دوائر القطع

تُستخدم دوائر المقص ودوائر clamper بشكل شائع في تطبيقات تشكيل الموجة. إن وجود خاصية انخفاض الجهد المنخفض يجعل الصمام الثنائي Schottky مفيدًا كصمام ثنائي لقط.

2. عكس التيار وحماية التفريغ

كما نعلم ، يُطلق على الصمام الثنائي Schottky أيضًا اسم الصمام الثنائي الحاجب لأنه يمنع تدفق التيار في الاتجاه العكسي ؛ يمكن استخدامه لحماية التفريغ. على سبيل المثال ، في ضوء فلاش الطوارئ ، يتم استخدام صمام ثنائي شوتكي بين المكثف الفائق ومحرك التيار المستمر لمنع المكثف الفائق من التفريغ عبر محرك التيار المستمر.

3. دوائر العينة والاحتفاظ

لا يحتوي الصمام الثنائي Schottky المتحيز للأمام على أي ناقلات شحن أقلية ، ونتيجة لذلك ، يمكنهم التبديل بسرعة أكبر من صمامات التوصيل PN النموذجية. لذلك يتم استخدام ثنائيات شوتكي لأن لديها وقت انتقال أقل من العينة إلى خطوة الانتظار وهذا يؤدي إلى عينة أكثر دقة في الإخراج.

4. مقوم الطاقة

تتميز ثنائيات شوتكي بكثافة تيار عالية ، ويعني انخفاض الجهد الأمامي المنخفض أن الطاقة المهدرة أقل من الصمام الثنائي الوصلة PN النموذجي وهذا يجعل ثنائيات شوتكي أكثر ملاءمة لمعدلات الطاقة.

علاوة على ذلك ، يمكنك العثور على التنفيذ العملي للديود في العديد من الدوائر باتباع الرابط.