הבחנה בין דיודה שוטקי, דיודה לשחזור מהיר ודיודה לשחזור מהיר במיוחד

דיודות שוטקי משתמשות ב-Schotky כדי לחסום את המתח ההפוך על משטח המגע של המתכת או המוליכים למחצה, כך שהזרם יכול להתנהל בצורה חד-כיוונית. שונה מהדיודה המסורתית, המבנה של צומת Schottky ו-PN שונה מאוד. דיודת התאוששות מהירה, כפי שהשם מרמז, היא דיודה מוליכים למחצה שיכולה לשחזר במהירות את הזמן ההפוך. מאמר זה יציג את ההבדלים בין דיודת Schottky ודיודת התאוששות מהירה בהיבטים של מבנה ומאפייני ביצועים.

דיודה שוטקי

זוהי דיודה של "צומת מוליכים למחצה מתכת" עם מאפיינים של שוטקי. מתח ההתחלה שלו קדימה נמוך. בנוסף לטונגסטן, שכבת המתכת יכולה להיות עשויה גם מזהב, מוליבדן, ניקל, טיטניום וחומרים נוספים. החומר המוליך למחצה הוא סיליקון או גליום ארסניד. סוג זה של מכשיר מוליך על ידי רוב הספקים, ולכן זרם הרוויה ההפוכה שלו גדול בהרבה מזה של צומת PN המוליך על ידי מעט ספקים. מכיוון שהשפעת האחסון של נושאי מיעוטים בדיודה שוטקי קטנה מאוד, תגובת התדר שלה מוגבלת רק על ידי קבוע זמן RC, כך שזהו מכשיר אידיאלי למעבר בתדר גבוה ומהיר. תדר העבודה שלו יכול להגיע ל-100GHz. בנוסף, ניתן להשתמש בדיודות Schottky של MIS (מתכת מבודד למחצה) לייצור תאים סולאריים או דיודות פולטות אור.

עקרון מבני

לסיכום, העיקרון המבני של מיישר Schottky שונה מאוד מזה של מיישר צומת PN. מיישר צומת PN נקרא בדרך כלל מיישר צומת, בעוד שמיישר חצי צינור מתכת נקרא Schottky מיישר. בשנים האחרונות פותחו גם דיודות אלומיניום סיליקון שוטקי המיוצרות בטכנולוגיית סיליקון מישורית, אשר לא רק חוסכת מתכות יקרות, מפחיתה מאוד עלויות, אלא גם משפרת את עקביות הפרמטרים.

מיישר Schottky משתמש רק בנשא אחד (אלקטרון) כדי להעביר מטען, ואין הצטברות של עודפי נושאי מיעוטים מחוץ למחסום הפוטנציאלי. לכן, אין בעיה באחסון טעינה (qrr → 0), ומאפייני המעבר משופרים משמעותית. ניתן לקצר את זמן ההתאוששות ההפוכה לפחות מ-10ns. עם זאת, ערך מתח העמידות ההפוכה שלו נמוך יחסית, בדרך כלל לא יותר מ-100V. לכן, מתאים לעבוד במתח נמוך ובזרם גבוה. ניתן לשפר את היעילות של מעגל יישור מתח נמוך וזרם גדול (או גלגל חופשי) על ידי שימוש במאפיינים של נפילת מתח נמוך.

דיודת התאוששות מהירה

דיודות התאוששות מהירה מתייחסות לדיודות עם זמן התאוששות הפוך קצר (מתחת ל-5us). צעדי סימום זהב מאומצים בתהליך. חלק מהמבנים מאמצים מבנה צומת PN וחלק מאמצים מבנה סיכות משופר. ירידת המתח הקדמית שלו גבוהה מזו של דיודות רגילות (1-2v), ועמידות המתח הפוכה היא לרוב מתחת ל-1200V. מבחינת ביצועים, ניתן לחלק אותו לשתי רמות: התאוששות מהירה והתאוששות מהירה במיוחד. זמן ההחלמה ההפוכה של הראשון הוא מאות ננו-שניות או יותר, בעוד האחרון הוא פחות מ-100 ננו-שניות.

דיודת שוטקי היא דיודה המבוססת על המחסום הפוטנציאלי הנוצר מהמגע בין מתכת ומוליך למחצה. זה מכונה דיודת Schottky בקיצור. יש לו הפחתת מתח קדימה ({{0}}.4-1.0v), זמן התאוששות לאחור (0-10 ננו-שניות), זרם דליפה הפוך גדול ומתח עמידה נמוך, בדרך כלל נמוך מ-150V. הוא משמש בעיקר באירועי מתח נמוך.

דיודות שוטקי ודיודות התאוששות מהירה משמשות בדרך כלל בהחלפת ספקי כוח. ההבדל הוא שזמן ההחלמה של הראשון קטן בערך פי 100 מזה של האחרון, וזמן ההחלמה ההפוך של הראשון הוא בערך כמה ננו-שניות. לראשון יש את היתרונות של צריכת חשמל נמוכה, זרם גבוה ומהירות גבוהה במיוחד.

בתהליך הייצור של דיודת ההתאוששות המהירה, מאומצים סימום זהב, דיפוזיה פשוטה ותהליכים אחרים, שיכולים להשיג מהירות מיתוג גבוהה ומתח עמידה גבוה. כיום, דיודות התאוששות מהירה משמשות בעיקר כאלמנטים מתקינים באספקת החשמל של מהפך.

זמן התאוששות הפוך

מהו זמן התאוששות הפוך? כאשר המתח של הדיודה החיצונית עובר מהכיוון קדימה לכיוון ההפוך, לא ניתן להמיר את הזרם הזורם דרך המכשיר באופן זמני מהזרם קדימה לזרם הפוך. בשלב זה, נשאי המיעוטים (חורים) המוזרקים בכיוון קדימה נשלפים על ידי השדה החשמלי החזק של אזור מטען החלל. מכיוון שהצפיפות של חורים אלו גבוהה מצפיפות החורים המאוזנת של אזור הבסיס, זרם הפוך הגדול בהרבה מזרם הדליפה ההפוכה ייווצר ברגע ההטיה ההפוכה, כלומר, זרם ההתאוששות ההפוכה IRM. במקביל, שיפור תהליך הצירוף מאיץ גם את הירידה בצפיפות הנשאים הנוספים הללו. עד שהנשאים הנוספים שהצטברו באזור הבסיס ייעלמו לחלוטין, הזרם ההפוך יורד ומתייצב לזרם הדליפה ההפוך. הזמן שלוקח כל התהליך הוא זמן ההחלמה ההפוך.

זמן התאוששות הפוך TRR מוגדר כמרווח הזמן שבמהלכו הזרם עובר דרך נקודת האפס מהכיוון קדימה לערך הנמוך שצוין. זהו אינדקס טכני חשוב למדידת הביצועים של התקני גלגל חופשי ומיישר בתדר גבוה.

מאפייני מבנה של דיודות התאוששות מהירה ודיודות התאוששות מהירה במיוחד

המבנה הפנימי של דיודת ההתאוששות המהירה שונה מזה של הדיודה הרגילה. הוא מוסיף את אזור הבסיס I בין חומרי הסיליקון מסוג p לסוג n ליצירת שבב הסיליקון הפין. מכיוון שאזור הבסיס דק מאוד וטעינת ההתאוששות ההפוכה קטנה מאוד, לא רק ערך ה-TRR מופחת מאוד, אלא גם ירידת המתח החולפת קדימה מצטמצמת, כך שהצינור יכול לעמוד במתח עבודה הפוך גבוה. זמן ההתאוששות ההפוכה של דיודת ההתאוששות המהירה הוא בדרך כלל כמה מאות ננו-שניות, ירידת המתח קדימה היא בערך 0.6V, הזרם קדימה הוא מספר אמפר עד כמה אלפי אמפר, ומתח השיא לאחור יכול להגיע לכמה מאות עד כמה אלפי וולט. טעינת ההתאוששות ההפוכה של דיודת ההתאוששות האולטרה-מהירה מופחתת עוד יותר, מה שהופך את ה-TRR שלה לנמוך עד כמה עשרות ננו-שניות.

רוב דיודות ההתאוששות המהירה וההתאוששות המהירה במיוחד מתחת ל-20A הן בצורת חבילת TO-220. מנקודת המבט של המבנה הפנימי, ניתן לחלק אותו לצינור בודד ולצינור הפוך (המכונה גם צינור כפול). יש שתי דיודות התאוששות מהירה בתוך זוג הצינורות. על פי שיטות החיבור השונות של שתי הדיודות, ישנם שני סוגים של קתודה משותפת לצינור ואנודה משותפת לצינור. דיודות ההתאוששות המהירה עם עשרות AMPs ארוזות בדרך כלל בתוך מארז מתכת-3p. הצינורות בעלי קיבולת גדולה יותר (כמה מאות א' עד כמה אלפי א') ארוזים בצורה של סוג בורג או סוג צלחת.

שיטת בדיקה

שיטת בדיקה שגרתית

בתנאים של חובבים, המולטימטר יכול לזהות את המוליכות החד-כיוונית של דיודות התאוששות מהירה והתאוששות מהירה במיוחד, כמו גם אם יש תקלות במעגל פתוח וקצר בפנים, ויכול למדוד את ירידת מתח ההולכה קדימה. אם מצויד ב-megger, הוא יכול גם למדוד את מתח הפירוק ההפוכה.

דוגמה: למדוד דיודה לשחזור מהיר במיוחד, והפרמטרים העיקריים שלה הם: TRR=35ns, if=5a, IFSM=50a, VRM=700V. סובב את המולטימטר ל-R × בהילוך 1, התנגדות הקריאה קדימה היא 6.4l, n=19.5l. ההתנגדות ההפוכה היא אינסופית. יתר על כן, מתקבל VF=0.03V/ × 19.5=0.585V. תוכיח שהצינור טוב.

עניינים הדורשים תשומת לב:

לכמה צינורות בודדים יש שלושה פינים בסך הכל, והסיכה האמצעית היא סיכה ריקה, שבדרך כלל נחתכת ביציאה מהמפעל, אך חלקן אינן מנותקות;

אם אחד הצינורות פגום, ניתן להשתמש בו כצינור בודד;

יש להשתמש ב-R בעת מדידת ירידת הלחץ דרך הילוך ראשון. אם נעשה שימוש ב-R × בהילוך של 1K, מכיוון שזרם הבדיקה קטן מדי, שהוא נמוך בהרבה מזרם העבודה הרגיל של הצינור, ערך ה-VF הנמדד יהיה נמוך משמעותית. בדוגמה שלמעלה, אם נבחר R × נמדד בהילוך של 1K, ההתנגדות קדימה שווה ל-2.2k, ובזמן זה, רשת n=9. ערך ה-VF המחושב הוא רק 0.27v, שהוא נמוך בהרבה מהערך הרגיל (0.6V);

זמן ההתאוששות של דיודת ההתאוששות המהירה הוא 200-500ns;

זמן ההתאוששות של הדיודה האולטרה-מהירה הוא 30-100ns;

זמן ההתאוששות של דיודת Schottky הוא כ-10ns;

יתר על כן, המתח שלהם קדימה שונה גם הוא. Schottky < התאוששות מהירה < יעילות גבוהה.