Падение напряжения на диоде Шоттки
Если же подать прямой ток на диод, то на диоде будет “оседать” напряжение. Это падение напряжения называется прямым падением напряжения на диоде. В даташитах обозначается как Vf , то есть Voltage drop.
прямое падение напряжения на диоде
Если пропустить через такой диод прямой ток, то мощность, которая будет на нем рассеиваться, будет определяться формулой:
где
P – мощность, Вт
Vf – прямое падение напряжение на диоде, В
I – сила тока через диод, А
Поэтому, одним из главных преимуществ диода Шоттки является то, что его прямое падение напряжения намного меньше, чем у простого диода. Следовательно, он будет меньше рассеивать тепло, или простым языком, меньше нагреваться.
Давайте рассмотрим один из примеров. Возьмем диод 1N4007. Его прямое падение напряжения составляет 0,83 Вольт, что типично для простого полупроводникового диода.
падение напряжение на диоде в прямом включении
В настоящий момент через него проходит сила тока, равная 0,5 А. Давайте рассчитаем его рассеиваемую мощность в данный момент. P=0,83 x 0,5 = 0,415 Вт.
Если рассмотреть этот случай через тепловизор, то можно увидеть, что его температура корпуса составила 54,4 градуса по Цельсию.
Теперь давайте проведем тот же самый эксперимент с диодом Шоттки 1N5817. Как вы видите, его прямое падение напряжения составило примерно 0,35 В.
падение напряжения на диоде Шоттки при прямом включении
При прохождении силы тока через диод Шоттки в 0,5 А, мы получим рассеиваемую мощность P=0,5 x 0,35 = 0,175 Вт. При этом тепловизор нам покажет, что температура корпуса уже будет 38,2 градуса.
Следовательно, Шоттки намного эффективнее, чем простой полупроводниковый диод в плане пропускания через себя прямого тока, так как он обладает меньшим падением напряжения, а следовательно, меньше рассеивает тепло в окружающее пространство и меньше нагревается.
Прямое падение напряжения можно также посмотреть и в даташитах. Например, прямое падение напряжения на диоде Шоттки 1N5817 можно найти из графика зависимости прямого тока от падения напряжения на диоде Шоттки
график зависимости прямого тока от напряжения
В нашем случае если следовать графо-аналитическому способу, то мы как раз получаем значение 0,35 В
Аналоги 1N4007
Конечно такой популярный диод не могли оставить без внимания мировые производители полупроводниковых приборов и выпустили свои полные аналоги:
- Motorola — HEPR0056RT;
- Philips — BYW43;
- Diotec Semiconductor — 10D4, 1N2070, 1N3549;
- Thomson — BY156, BYW27-1000;
- отечественный аналог — КД258Д.
Диоды выпрямительные 1N4001 – 1N4007 Диоды 1N4001, 1N4002, 1N4003, 1N4004, 1N4005, 1N4006, 1N4007 обладают высокой пропускной способностью и низким прямым падением напряжения. По применяемости диоды 1N4001 – 1N4007 относятся к диодам общего назначения, выпрямляющим токи в цепях до 1А с напряжением 50В – 1000В. Диоды данных серий имеют свойство накапливать заряд до 20пФ и могут временно использоваться как варикапы. Тип корпуса диодов – DO-41. Материал корпуса – негорючий полимер. Рабочая частота – до 60Гц.
Материал по теме: Что такое реле времени
Катодный вывод диода обозначается полосой. Вывода диодов аксиальные, вид монтажа – в отверстия, под пайку. Наиболее частое применение диоды нашли в источниках питания различных бытовых приборов. Характеристики диодов указаны в таблице ниже. Гарантия работы поставляемых нашей компанией диодов 1N4001 – 1N4007 составляет 2 года. Это подкрепляется необходимыми документами по качеству. Окончательная цена на диоды 1N4001, 1N4002, 1N4003, 1N4004, 1N4005, 1N4006, 1N4007 зависит от количества, сроков поставки, производителя, страны происхождения и формы оплаты.
Диоды 1n4007.
Технические характеристики 1N5822
Из-за структуры металл-полупроводник у IN5822 характеристики весьма неоднозначны. Диод отличается способностью пропускать большие токи. В то же время он непригоден для работы с высокими напряжениями. Касается это не только рассматриваемого элемента, но и всех барьеров Шоттки.
Максимальное пиковое напряжение, которое может быть приложено к выводам 1N5822, составляет 40 В. С действующим (RMS) вольтажом всё ещё скромнее – не более 28 В. Немного лучше дела обстоят с однократным пиковым всплеском обратного напряжения. В такой ситуации 1N5822 способен выдержать разность потенциалов между выводами до 48 вольт.
Если речь идёт о продолжительном режиме работы, то в прямом направлении максимальное значение тока не должно превышать 3 А. Импульсное значение может доходить до 80 ампер (однократный всплеск). Данное значение получено при тестировании компонента. Импульс имел форму полуволны синусоиды и длился 8,3 мс. Температура 1N5822 в момент теста составляла 25 C.
Не менее важно для нормального функционирования диода соблюдать условия окружающей среды. Допустимый диапазон рабочих температур для 1N5822 составляет от -65 до +125 C
Этот параметр крайне важен тогда, когда к диоду приложено обратное напряжение. Оно непременно приводит к току утечки. При этом на 20 C он составит 2 mA, а на 100 C – резко возрастёт до 20 mA. Такая лавинообразная зависимость тока утечки от температуры требует особого контроля над перегревом 1N5822.
Характеристики диода
Менее значимые технические свойства:
- Максимальная температура пайки – 275 C (нагрев в течение 10 секунд);
- Тепловое сопротивление – 10-40 C/W (зависит от длины выводов и площади теплоотвода);
- Вес – примерно 1,1 г.
К ближайшим советским аналогам 1N5822 относятся следующие русские диоды:
- КД238ВС – 45В, 7,5А;
- КД269Б – 50В, 5А;
Важно! В любых электронных устройствах возможны перенапряжения. С учётом того, что 5822 не выдерживает длительно даже минимальных бросков вольтажа, данный диод следует устанавливать с запасом
Т.е., если барьер Шоттки рассчитан на 40 В, то лучше не рисковать и не ставить его в цепи с напряжением выше 20-30 вольт.
Недостатки
Основной недостаток диода 1N5822 – это низкое обратное напряжение, равное 40 вольтам. Данная проблема свойственна всем барьерам Шоттки и объясняется особенностью их строения. Обычный диод после пробоя повышенным обратным напряжением в ряде случаев способен вернуться к нормальной работе. С диодами Шоттки, такими как 1N5822, подобного чуда уже не произойдёт, и деталь полностью выйдет из строя. Такая характеристика по обратному вольтажу обрекает эти электронные компоненты на работу только в низковольтных цепях. Значит, существенно снижаются их универсальность и количество устройств, в которых их можно встретить.
Второй минус 1N5822 состоит в высоком обратном токе утечки. Речь идёт о таком подключении детали, при котором на катод приложен больший потенциал, чем на анод. В идеале p-n переход не должен проводить ток в таком направлении. На деле некоторая часть зарядов всё-таки протекает и в обратную сторону. Поэтому данный ток называется утечкой, т.е. чем-то нежелательным и неправильным.
Данная проблема свойственна опять же всем барьерам Шоттки, а не только 1N5822. Конкретно для этого диода ток утечки сильно зависит от температуры и может достигать 0,2 ампер. При этом проблема имеет лавинообразный характер, т.е., если через диод начинает протекать обратный ток, то он нагревается. Повышение температуры, в свою очередь, приводит к возрастанию утечки. Это ещё сильнее увеличивает нагрев. Так по замкнутому кругу, пока деталь окончательно ни перегреется, и ни произойдёт её тепловой пробой, имеющий необратимый характер. Поэтому, если 1N5822 будет использоваться в режимах, близких к перегрузке, следует позаботиться об отводе лишнего тепла.
1N5822 диод характеристики которого позволяют использовать его в выходных цепях современных блоков питания. Он с каждым днём становится всё более востребованным. Объясняется это способностью работать на больших для такого корпуса токах до 3 ампер и при достаточно высоких частотах.
Диод Шоттки применение
Эти электронные элементы, представленные выше, можно встретить в нашем мире практически везде: в компьютерах, стабилизаторах, бытовой технике, радиовещании, телевидении, блоках питания, солнечных батареях, транзисторах и во многих других приборах из всех сферах жизни.
Во всех случаях поднимает эффективность и работоспособность, уменьшает численность потерь динамики напряжения, восстанавливает обратное сопротивление тока, принимает на себя излучение альфа, бета и гамма- зарядов, позволяет работать достаточно много времени без пробоев, удерживает ток в напряжении электрической цепи.
Без выпаивания
Отдельно нужно рассмотреть вопрос о том, можно ли проводить тестирование мультиметром непосредственно на плате, не выпаивая из нее элемент. Здесь все зависит от сложности схемы и квалификации мастера. Смонтированное на плате изделие может звониться через обмотки трансформатора, резистивные элементы, сгоревший конденсатор или что-то еще. Поэтому получить более или менее адекватные показатели чаще всего не удается.
Но лучше все же выпаивать элемент из схемы. К тому же достаточно «повесить в воздух» только одну ножку изделия, что занимает 2-3 секунды. А после тестирования мультиметром за тот же промежуток времени диод возвращается в первоначальное положение на плате.
Предлагаемая схема служит для простого определения номинала напряжения стабилизации стабилитрона с помощью вольтметра, а также для определения его исправности.
Сейчас промышленностью выпускается невероятное количество различных электронных компонентов и зачастую при сборке радиоэлектронного изделия возникает множество затруднений по определению номинала компонента. Особенно в этом плане «отличилась» отечественная промышленность — в частности стабилитроны в стеклянном корпусе имеют, порой, очень похожую маркировку, отличить которую не представляется возможным. Хороший пример это стабилитроны КС211 и КС175 — иногда встречаются варианты маркировки, в которых оба выглядят как маленький выводной стеклянный диод с чёрной полосой. Их также можно спутать, например, со стабилитроном Д814. Так или иначе, запоминать цветовую маркировку стабилитронов не самая лучшая идея, учитывая насколько просто их можно проверить.
Для определения напряжения стабилизации понадобится простая схема:
Обычно диапазон рабочего тока маломощных стабилитронов лежит в пределах 1-10 мА, поэтому сопротивление резистора выбрано 2.2 кОм. Это оптимально для проверки маломощных стабилитронов. Для проверки мощных стабилитронов сопротивление возможно придётся уменьшить — для этого в схеме предусмотрена перемычка. Для проверки маломощных стабилитронов перемычку нужно ставить в верхнее положение, для проверки мощных — в нижнее.
Оптимальное напряжение питания — 25В.
Если стабилитрон подсоединён правильно — анодом к X1, катодом к X2, то вольтметр покажет его напряжение стабилизации, а если неправильно — какое-то очень малое напряжение около нуля. Если при одном подключении мультиметр показывает минимум напряжения, а при другом — максимальное, равное напряжению источника питания, значит испытуемый радиоэлемент либо простой диод, либо стабилитрон с напряжением стабилизации выше напряжения источника питания. Если вы уверены что это стабилитрон — нужно увеличить напряжение источника до предполагаемой величины и проверить ещё раз.
Если вольтметр показывает минимальное напряжение, либо напряжение питания при любом подключении — значит данный стабилитрон или диод неисправен.
Если напряжение стабилизации показывается при любом подключении — значит это двусторонний стабилитрон.
Аналогичным способом можно проверять исправность диодов и светодиодов, только полярность будет противоположная
Способ хорош тем, что позволяет узнать падение напряжения, что бывает очень важно. Проверяя светодиоды необходимо помнить, что некоторые светодиоды очень чувствительны к завышенному обратному напряжению, поэтому напряжение источника при их проверке желательно выставлять не выше 9В
Диагностика диодов Шоттки
Проверка и точная диагностика диодов Шоттки, на практике, является достаточно непростым делом, т. к. многое здесь определяется типом используемого измерительного прибора и опытом подобных измерений, хотя определить обычный пробой одного или двух диодов диодной сборки Шоттки не составляет особого труда. Для этого необходимо выпаять диодную сборку и проверить тестером оба диода согласно схеме на рис. 5. При подобной диагностике тестер необходимо установить в режим проверки диодов. Неисправный диод в обоих направлениях покажет одинаковое сопротивление (как правило, очень малое, т. е. покажет короткое замыкание), что и указывает на его непригодность для дальнейшего использования. Однако явные пробои диодных сборок в практике встречаются очень и очень редко.
В основном же, приходится иметь дело с утечками (причем зачастую с тепловыми утечками) диодов Шоттки. А вот утечки, выявить таким способом невозможно. «Утекающий» диод при проверках тестером в режиме «диод» является в подавляющем большинстве случаев полностью исправным. Гарантированную точность диагностики, на наш взгляд, позволяет дать только такой метод, как замена диода на заведомо исправный аналогичный прибор.
Но все-таки, выявить «подозрительный» диод можно попытаться с помощью методики, заключающейся в измерении сопротивления его обратного перехода. Для этого будем пользоваться не режимом проверки диодов, а обычным омметром.
Итак, устанавливаем предел измерений на значение и измеряем обратное сопротивление диода (рис. 6). Как показывает практика, исправные диоды на этом пределе измерений должны показывать бесконечно большое сопротивление.
Принцип работы диода Шоттки.
Если же при измерении выявляется некоторое, как правило, небольшое сопротивление (2–10 КОм), то такой диод можно считать «очень подозрительным» и его лучше заменить, или хотя бы проверить методом замены. Если же проводить проверку на пределе измерений , то даже исправные диоды могут показывать в обратном направлении очень небольшое сопротивление (единицы и десятки кОм), поэтому и рекомендуется использовать предел . Естественно, что на больших пределах измерений (2 Мом, 20 Мом и т. д.) даже абсолютно исправный диод оказывается полностью открытым, т. к. его p-n переходу прикладывается слишком высокое (для диодов Шоттки) обратное напряжение. На пределе можно проводить проверку сравнительным методом, т. е. брать гарантированно-исправный диод, измерять его обратное сопротивление и сравнивать с сопротивлением проверяемого диода. Значительные отличия в этих измерениях будут указывать на необходимость замены диодной сборки.
Иногда встречаются ситуации, когда выходит из строя только один из диодов сборки. В этом случае неисправность также легко выявляется методом сравнения обратного сопротивления двух диодов одной сборки. Диоды одной сборки должны иметь одинаковое сопротивление. Предложенную методику можно дополнить еще и проверкой на термическую устойчивость. Суть этой проверки заключается в следующем. В тот момент времени, когда проверяется сопротивление обратного перехода на пределе измерений (см. предыдущий абзац), необходимо коснуться разогретым паяльником контактов диодной сборки, обеспечивая тем самым прогрев ее кристалла.
Неисправная диодная сборка практически мгновенно начинает «плыть», т. е. ее обратное сопротивление начинает очень быстро уменьшаться, в то время как исправная диодная сборка достаточно долго удерживает обратное сопротивление на бесконечно большом значении. Эта проверка очень важна, т. к. при работе диодная сборка сильно нагревается (не зря же ее размещают на радиаторе) и вследствие нагрева изменяет свои характеристики. Рассмотренная методика обеспечивает проверку устойчивости характеристик диодов Шоттки к температурным колебаниям, ведь увеличение температуры корпуса до 100 или 125°C увеличивает значение обратного тока утечки в сто раз (см. данные табл. 1).
Вот так можно попытаться проверить диод Шоттки, однако предложенными методиками не стоит злоупотреблять, т. е. не следует проводить проверки на слишком большом пределе измерений сопротивления и слишком сильно разогревать диод, т. к. теоретически, все это может привести к повреждению диода.
Кроме того, из-за возможности отказа диодов Шоттки под действием температуры, необходимо строго соблюдать все рекомендуемые условия пайки (температурный режим и время пайки). Хотя надо отдать должное производителям диодов, так как многие из них добились того, что монтаж сборок можно осуществлять при высокой температуре 250 °C в течение 10 секунд.
