Características e Especificações do Diodo Schottky
Embora os diodos Schottky compartilhem muitos parâmetros com outras formas de diodo, seu desempenho é diferente, assim como algumas especificações e parâmetros.
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Tutorial de Diodo de Barreira Schottky Inclui:
Diodo de barreira Schottky | Tecnologia do diodo Schottky | Especificações do diodo Schottky | Retificador de potência com diodo Schottky | Diodo de barreira Schottky de carbeto de silício (SiC)
Tutorial de Diodo Inclui:
Tipos de diodos | Especificações e classificações de diodos
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Embora o diodo Schottky compartilhe muitas de suas características com as formas mais tradicionais de diodo semicondutor, ele ainda tem algumas diferenças significativas e é por essas razões que essa forma de diodo é usada em muitos projetos de circuitos eletrônicos padrão, projetos de RF e em muitos projetos de circuitos de alimentação.
Compreender as especificações e os parâmetros do diodo Schottky ajuda a usá-los da maneira mais eficaz em qualquer projeto de circuito em que possam ser usados.
Selecionar o componente eletrônico certo para qualquer situação particular é fundamental para a operação do projeto geral do circuito e, portanto, é importante ter um bom entendimento de todas as especificações e o que elas significam.
Características básicas do diodo Schottky
O diodo Schottky é um dispositivo portador majoritário, ou seja, elétrons em material do tipo N. Normalmente, os diodos Schottky também são fabricados usando material do tipo N.
Isso lhe dá uma vantagem significativa em termos de velocidade, pois não depende de lacunas ou recombinação de elétrons quando entram no tipo de região oposta, como no caso de um diodo convencional.
Além disso, os elétrons são mais móveis do que os buracos e, como a maioria dos diodos Schottky são fabricados com material semicondutor do tipo N, isso maximiza ainda mais a mobilidade.
Além disso, tornando os dispositivos pequenos, as constantes de tempo normais do tipo RC podem ser reduzidas, tornando esses diodos uma ordem de grandeza mais rápidos do que os diodos PN convencionais. Este fator é a principal razão pela qual eles são tão populares em aplicações de radiofrequência, bem como em muitas outras aplicações de energia onde a velocidade de comutação é importante, por exemplo, em fontes de alimentação de comutação.
O diodo Schottky também tem uma densidade de corrente muito maior do que uma junção PN comum. Isso significa que as quedas de tensão direta são muito menores. Isso torna o diodo ideal para uso em aplicações de retificação de energia.
A principal desvantagem do diodo Schottky é o nível de sua quebra reversa, que é muito menor do que a de um diodo PN.
Outra desvantagem é o nível de corrente reversa que é relativamente alto. Para muitos usos isso pode não ser um problema, mas é um fator que vale a pena observar ao usá-lo em aplicações mais exigentes.
A característica IV geral é mostrada abaixo. Pode-se ver que o diodo Schottky tem a típica característica de diodo semicondutor direto, mas com uma tensão de ativação muito menor. Em altos níveis de corrente, ele se nivela e é limitado pela resistência em série ou pelo nível máximo de injeção de corrente. Na direção inversa, a quebra ocorre acima de um certo nível. O mecanismo é semelhante à quebra de ionização de impacto em uma junção PN.
Diodo Schottky IV característico
A característica IV é geralmente a mostrada abaixo. Na direção direta, a corrente aumenta exponencialmente, tendo um joelho ou tensão de ativação de cerca de 0,2 V. Na direção reversa, há um nível maior de corrente reversa do que aquele experimentado usando um diodo de junção PN mais convencional.
Além disso, a tensão de ruptura reversa também é tipicamente menor do que um diodo de junção PN de silício equivalente.
O uso de um anel de proteção incluído na estrutura de alguns diodos Schottky melhora seu desempenho nas direções direta e reversa.
A principal vantagem de incorporar um anel de proteção na estrutura é melhorar a característica de ruptura reversa. Há cerca de 4:1 diferença na tensão de ruptura entre os dois. Alguns diodos de sinal pequenos sem um anel de proteção podem ter uma quebra reversa de apenas 5 a 10 V. Embora isso possa ser aceitável para algumas aplicações de baixo sinal, não é ideal para a maioria das situações.
Principais especificações e parâmetros do diodo Schottky
Existem várias especificações importantes do diodo Schottky que precisam ser entendidas ao usar esses diodos – elas são bem diferentes daquelas de um diodo de junção PN normal.
Embora o diodo Schottky exiba muitos dos parâmetros e especificações normais dos diodos semicondutores, existem alguns que são ligeiramente diferentes e, ao usar esses componentes eletrônicos em um projeto de circuito, é necessário estar ciente deles.
As especificações desses diodos, como qualquer outro componente eletrônico, normalmente estão disponíveis no site do fabricante. Os distribuidores de componentes eletrônicos também costumam ter detalhes das especificações dos componentes.
É importante notar também para componentes que podem ser obtidos de vários fabricantes, que as especificações podem variar um pouco entre os fabricantes. Para quaisquer parâmetros críticos, é aconselhável usar os valores reais do fabricante cujo produto está sendo usado.
Além disso, se uma segunda fonte estiver sendo usada para um determinado componente eletrônico para oferecer uma melhor chance de disponibilidade a longo prazo, os parâmetros de especificação de ambos os fabricantes devem ser verificados de perto para garantir que atendam aos requisitos do projeto de circuito eletrônico específico.
Especificação de queda de tensão direta
Tendo em vista a baixa queda de tensão direta no diodo, esse é um parâmetro particularmente preocupante. Como pode ser visto na característica IV do diodo Schottky, a tensão no diodo varia de acordo com a corrente que está sendo transportada.
Assim, qualquer especificação fornecida fornece a queda de tensão direta para uma determinada corrente. Normalmente, a tensão de ativação é considerada em torno de 0,2 V.
Desdobramento reverso
Os diodos Schottky não têm uma tensão de ruptura tão alta quanto os diodos semicondutores de junção PN padrão. Os números relacionados a isso incluem a tensão reversa de pico máxima, a tensão CC de bloqueio máxima e outros nomes de parâmetros semelhantes.
Se esses valores forem excedidos, existe a possibilidade de o diodo entrar em colapso reverso e ser danificado de forma irreversível. Deve-se notar que o valor RMS para qualquer tensão será 1/√2 vezes o valor constante. Também deve ser lembrado que o valor de pico experimentado pelo diodo de quaisquer picos transitórios também deve ser lembrado, pois mesmo picos curtos causarão danos se excederem a especificação de tensão reversa de pico para o componente eletrônico específico.
O limite superior para quebra reversa não é alto quando comparado aos diodos de junção PN normais. Os valores máximos, mesmo para diodos retificadores Schottky usados em fontes de alimentação e circuitos eletrônicos similares, podem atingir apenas cerca de 100 V.
Os retificadores de diodo Schottky raramente excedem esse valor porque os dispositivos que operariam acima desse valor, mesmo em valores moderados, exibiriam tensões diretas iguais ou maiores que os retificadores de junção PN equivalentes.
Capacitância
O parâmetro de capacitância é de grande importância para aplicações de projeto de RF de pequenos sinais, pois mesmo pequenos valores de capacitância podem ter um grande impacto no desempenho do circuito.
Normalmente, as áreas de junção dos diodos Schottky são pequenas e, portanto, a capacitância é pequena. Valores típicos de alguns picofarads são normais.
Como a capacitância depende de quaisquer áreas de depleção, etc., a capacitância deve ser especificada para uma determinada tensão.
Tempo de recuperação reverso
Este parâmetro é importante quando um diodo é usado em uma aplicação de comutação. É o tempo necessário para mudar o diodo de sua condução direta ou estado ‘ON’ para o estado ‘OFF’ reverso.
A carga que flui dentro desse tempo é chamada de ‘taxa de recuperação reversa’. O tempo para este parâmetro para um diodo Schottky é normalmente medido em nanossegundos, ns. Alguns exibem tempos de 100 ps.
Na verdade, o pouco tempo de recuperação necessário surge principalmente da capacitância, e não da recombinação da portadora majoritária. Como resultado, há muito pouco overshoot de corrente reversa ao alternar do estado de condução direta para o estado de bloqueio reverso.
Foi a impressionante especificação de tempo de recuperação reversa para esses componentes eletrônicos que levou ao seu uso na famosa série Schottky de circuitos integrados lógicos de baixa potência. Esses circuitos integrados 74LSxx foram usados por muitos anos e ofereceram tempo de comutação aprimorado em relação à série 74xx padrão e em um nível de energia mais baixo.
Corrente de fuga reversa:
O parâmetro de vazamento reverso pode ser um problema com diodos Schottky. Verificou-se que o aumento da temperatura aumenta significativamente o parâmetro de corrente de fuga reversa.
Normalmente, para cada aumento de 25°C na temperatura da junção do diodo, há um aumento na corrente reversa de uma ordem de grandeza para o mesmo nível de polarização reversa.
Temperatura de trabalho:
A temperatura máxima de trabalho da junção, Tj, é normalmente limitada entre 125 e 175°C. Isso é menor do que o que pode ser usado com diodos semicondutores de silício comuns.
Deve-se tomar cuidado para garantir que o dissipador de calor dos diodos de potência não permita que esse valor seja excedido, caso contrário, a confiabilidade pode ser comprometida.
Fonte ou distribuidor de componentes eletrônicos
Ao decidir sobre um determinado componente para um novo projeto eletrônico, deve-se lembrar que um parâmetro importante é a obtenção dos componentes eletrônicos.
Como a maioria dos componentes hoje em dia é obtida por meio de um distribuidor de componentes eletrônicos, vale sempre a pena verificar a disponibilidade atual e também ter uma ideia se os componentes estarão disponíveis a longo prazo.
Felizmente, para a maioria dos componentes eletrônicos discretos, várias fontes tendem a estar disponíveis, mas é sempre bom verificar a provável disponibilidade para produção futura, bem como para manutenção de longo prazo. Os distribuidores de componentes eletrônicos provavelmente poderão aconselhá-lo sobre isso, embora obviamente não haja garantias.
Resumo das características do diodo Schottky
O diodo Schottky é usado em muitas aplicações como resultado de suas características que diferem consideravelmente de vários aspectos do diodo de junção PN padrão mais amplamente usado.
| COMPARAÇÃO DE DIODO SCHOTTKY / DIODO PN | ||
|---|---|---|
| CARACTERÍSTICA | DIODO SCHOTTKY | DIODO DE JUNÇÃO PN |
| Mecanismo de corrente direta | Transporte de transportadora majoritária. | Devido a correntes de difusão, ou seja, transporte de portadores minoritários. |
| Corrente inversa | Resultados de portadores majoritários que superam a barreira. Isso é menos dependente da temperatura do que para a junção PN padrão. | Resulta da difusão dos portadores minoritários através da camada de depleção. Tem uma forte dependência da temperatura. |
| Ligue a voltagem | Pequeno – cerca de 0,2 V. | Comparativamente grande – cerca de 0,7 V. |
| Velocidade de comutação | Rápido – como resultado do uso de portadores majoritários porque nenhuma recombinação é necessária. | Limitado pelo tempo de recombinação dos portadores minoritários injetados. |
Exemplo de especificações de folha de dados de diodo Schottky
Para dar uma ideia das características esperadas dos diodos Schottky, alguns exemplos reais são fornecidos abaixo. Estes resumem as principais especificações da folha de dados para dar uma ideia de seu desempenho.
Diodo retificador de potência de barreira Schottky 1N5828
Este diodo é descrito como um diodo Schottky, tipo stud, ou seja, para retificação de potência. Dá uma indicação de como um diodo Schottky de energia funciona.
| CARACTERÍSTICAS/ESPECIFICAÇÕES TÍPICAS DO DIODO SHOTTKY 1N5258 | |||
|---|---|---|---|
| CARACTERÍSTICA | VALOR TÍPICO | UNIDADE | DETALHES |
| Tensão reversa de pico recorrente máxima | 40 | V | |
| Tensão máxima de bloqueio DC | 40 | V | |
| Corrente direta média, IF (AV) | 15 | A | T = 100°C |
| Corrente de surto direta de pico, IFSM | 500 | A | |
| Tensão direta instantânea máxima, VF | 0,5 | V | Em IFM = 15A e Tj = 25°C |
| Corrente reversa instantânea máxima na tensão nominal de bloqueio, IR | 10 250 | mA | Tj= 25°C Tj = 125°C |
1N5711 Diodo de comutação de barreira Schottky
Este diodo é descrito como um diodo de comutação ultra-rápido com alta quebra reversa, baixa queda de tensão direta e um anel de proteção para proteção de junção.
| CARACTERÍSTICAS/ESPECIFICAÇÕES TÍPICAS DE 1N5711 | |||
|---|---|---|---|
| CARACTERÍSTICA | VALOR TÍPICO | UNIDADE | DETALHES |
| Tensão máxima de bloqueio DC, Vr | 70 | V | |
| Corrente máxima direta contínua, Ifm | 15 | mA | |
| Tensão de ruptura reversa, V(BR)R | 70 | V | @ corrente reversa de 10µA |
| Corrente de fuga reversa, IR | 200 | µA | Em VR=50V |
| Queda de tensão direta, VF | 0,41 1,00 | V | em IF = 1,0 mA IF = 15mA |
| Capacitância de junção, Cj | 2.0 | pF | VR = 0V, f = 1MHz |
| Tempo de recuperação reverso, trr | 1 | nS |
Mesmo que os exemplos aqui forneçam uma característica de tensão reversa de 40 V, que é bastante típica, o máximo que normalmente pode ser obtido é em torno de 100 V.
Deve-se notar que, embora esses números sejam dados como exemplos dos números que podem ser esperados para diodos Schottky típicos, os números, mesmo para um determinado número de dispositivo, também variam ligeiramente entre diferentes fabricantes.
Os diodos Schottky são amplamente utilizados em muitos projetos de circuitos eletrônicos gerais, projetos de RF e circuitos de fonte de alimentação. Esses componentes eletrônicos são muito úteis por causa de sua baixa tensão de ativação, baixa capacitância e rápidos tempos de recuperação reversa.
Os componentes estão disponíveis em pacotes com chumbo padrão, bem como muitos pacotes de montagem em superfície para aplicações de baixa potência. Para aplicações de fonte de alimentação, eles estão disponíveis em versões que podem ser aparafusadas a dissipadores de calor para permitir que os níveis mais altos de calor sejam removidos.
Esses componentes eletrônicos estão amplamente disponíveis e deve haver poucos problemas em obtê-los de qualquer distribuidor de componentes eletrônicos. Dito isto, quando houver escassez geral de componentes, esses componentes estarão sujeitos aos atrasos habituais exibidos em toda a gama de componentes.
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