دیود شاتکی (Schottky) چیست؟ | پایه‌ها، کاربرد و انواع

دیود شاتکی(Schottky Diode)‌یک قطعه‌ پر کاربرد در مدار‌های الکترونیکی است و نام آن برگرفته از سازنده‌ی او یعنی والتر شاتکی می‌باشد.این دیود که با نام های دیود حامل داغ (Hot Carrier Diode) و دیود ولتاژ پایین (Low Voltage Diode) نیز شناخته می شود ،از پیوند فلز و نیمه رسانا تشکیل شده است.دیود شاتکی افت ولتاژ کمی دارد و برای سوئیچینگ سریع بسیار مناسب است، اما جریان عبوری آن محدود است. در ادامه با ساختار و کاربردهای این دیود بیشتر آشنا می‌شویم.

نماد دیود شاتکی در مدار

همانند دیود معمولی،دیود شاتکی از یک مثلث و یک خط افقی تشکیل شده که نوک مثلث جهت جریان را مشخص می‌کند.فلز به عنوان آند و نیمه‌هادی N به عنوان کاتد عمل می‌کند.

ساختار دیود شاتکی

دیود شاتکی بر خلاف دیود های معمولی که از پیوند دو نیمه‌رسانای P و N تشکیل شده اند،از پیوند نیمه‌رسانای N و یک فلز تشکیل شده است.این فلز میتواند آلومینیوم یا پلاتین باشد.

خصوصیات دیود شاتکی

1.فلز موجود در دیود شاتکی،هیچ حریانی را از خود عبورنمی دهد به همین دلیل این دیود مانند یک قطعه تک قطبی عمل میکند.

2.دیود شاتکی به دلیل وجود فلز که هیچ باری را در خود ذخیره نمیکند،ولتاژ کمتری را دفع میکند و سرعت سوئیچینگ بالاتری دارد.

نحوه‌ی عملکرد دیود شاتکی

عملکرد دیود شاتکی در سه حالت مختلف انجام می‌شود که به حالت‌های مختلف آن بایاس گفته می‌شود.

1.  عملکرد بدون بایاس دیود شاتکی(بدون منبع ولتاژ)

وقتی فلز و نیمه هادی N-TYPE به هم متصل می شود، الکترون ها از نیمه هادی به سمت فلز حرکت می کنندو فلز دارای بار منفی و نیمه هادی دارای بار مثبت می شود.این اختلاف بار باعث ایجاد یک مانع یا همان سد شاتکی می شود که مانع از عبور الکترون ها به سمت فلز می شود. در این حالت عبور جریان متوقف میشود.

2.  عملکرد دیود شاتکی با بایاس مستقیم

در این حالت ما منبع ولتاژ داریم که سر مثبت آن را به فلز و سر منفی آن را به نیمه هادی متصل می کنیم.منبع ولتاژ برعکس میدان موجود در سد عمل میکند و باعث میشود ارتفاع سد کمتر شود .به همین دلیل الکترون ها به راحتی از سد عبور کرده و جریان برقرار می باشد.

3. عملکرد دیود شاتکی به صورت معکوس

در بایاس معکوس دیود شاتکی، فلز به قطب منفی و نیمه‌هادی به قطب مثبت منبع وصل می‌شود.
در این حالت سد شاتکی به دلیل هم جهت بودن ولتاژ با میدان داخل آن، بزرگ‌تر شده، بنابراین جریان تقریباً قطع می‌شود.فقط مقدار بسیار کمی جریان نشتی وجود دارد.

اگر ولتاژ معکوس از حد مجاز بیشتر شود، سد می‌شکند، جریان ناگهان زیاد می‌شود و دیود می‌سوزد.

کاربردهای دیود شاتکی

دیود شاتکی به دلیل افت ولتاژ کم و سرعت سوئیچینگ بالا، در یکسوسازی، منابع تغذیه سوئیچینگ، مدارهای فرکانس بالا، محافظت از ترانزیستورها و مدارهای خورشیدی کاربرد گسترده‌ای دارد.

1.یکسوسازی با افت ولتاژ کم

دیود شاتکی برای یکسوسازی جریان در مدار استفاده می‌شود، اما مزیت اصلی آن این است که افت ولتاژ کمی دارد. به همین دلیل در مدارهایی که اتلاف انرژی مهم است، بسیار کاربردی است.

2.مدارهای سوئیچینگ و منابع تغذیه

به دلیل سرعت سوئیچینگ بالا، دیود شاتکی در منابع تغذیه سوئیچینگ،بردهای کامپیوتری و مدارهای قدرت با فرکانس بالا به‌طور گسترده استفاده می‌شود.

3.محافظت از ترانزیستورها

در مدارهایی که ترانزیستورها سریع خاموش و روشن می‌شوند، ممکن است ولتاژهای ناگهانی به آن‌ها آسیب بزند. دیود شاتکی برای محافظت از ترانزیستور در برابر این ولتاژها استفاده می‌شود.

4.جلوگیری از برگشت جریان

دیود شاتکی از بازگشت جریان معکوس در مدار جلوگیری می‌کند.
مثلاً: در استفاده از دو منبع تغذیه موازی و در مدارهای حساس به برگشت جریان کاربرد دارد.

5.مدارهای خورشیدی و باتری

در مدارهای خورشیدی از تخلیه باتری به سمت پنل جلوگیری می‌کند و به دلیل افت ولتاژ کم، انرژی کمتری هدر می‌رود

برای مطالعه: فتو دیود چیست ؟

دیود شاتکی با دیود معمولی چه تفاوتی دارد ؟

همانطور که قبلا هم گفتیم دیود معمولی از پیوند دو نیمه‌رسانای P و N  تشکیل می‌شود.در این دیود به دلیل وجود سد و ذخیره بار،ولتاژ نسبتا زیاد است و سرعت سوئیچینگ پایین‌تری دارد.

در مقابل آن،دیود شاتکی از پیوند فلز ونیمه‌هادی تشکیل شده است.به دلیل عدم ذخیره بار،افت ولتاژ آن کمتر و سرعت سوئیچینگ آن بالاتر است.

معایب دیود شاتکی

معایب اصلی دیود شاتکی مربوط به بایاس معکوس آن است که در فرآیند معکوس سطح جریان آن بالا رفته و موجب نشتی جریان در مدار خواهد شد.

عیب دیگر دیود شاتکی باز هم مربوط به جریان معکوس است که حداکثر عبور آن محدودیت بیشتری دارد، سطح عبور آن ۵۰ ولت می‌باشد و فراتر از این مقدار باعث شکسته شدن و سوختن دیود خواهد شد.

بیشتر بخوانید: دیود خازنی چیست؟

نتیجه گیری

دیود شاتکی را می‌توان یک قطعه‌ی بهینه شده از دیود‌های معمولی دانست. این قطعه در ولتاژ‌های پایین کاربرد دارد و سالهاست که مورد استفاده قرار می‌گیرد. خرید دیود شاتکی برای سازنده‌های لوازم الکترونیکی بسیار مهم است، برای تهیه‌ی این قطعه به صورت عمده، سایت رسام می‌تواند نیاز این شرکت‌ها و سازنده‌ها را برطرف نماید.

سوالات متداول

1.افت ولتاژ دیود شاتکی چقدر است؟

افت ولتاژ مستقیم دیود شاتکی معمولاً بین ۰.۲ تا ۰.۴ ولت است، کمتر از دیود معمولی (~۰.۷ ولت)، به همین دلیل انرژی کمتری هدر می‌رود و برای مدارهای با مصرف پایین مناسب است.

2. چرا دیود شاتکی سرعت سوئیچینگ بالایی دارد؟

دیود شاتکی ذخیره بار ندارد، بنابراین زمان روشن و خاموش شدن آن بسیار کوتاه است، که باعث عملکرد سریع در مدارهای سوئیچینگ و فرکانس بالا می‌شود.

3. جهت جریان در دیود شاتکی چگونه است؟

جهت جریان قراردادی دیود شاتکی از آند (نیمه‌هادی) به کاتد (فلز) است، درست مانند دیود معمولی. جریان واقعی الکترون‌ها از کاتد به آند حرکت می‌کند.

4. چرا دیود شاتکی در ولتاژهای بالا کمتر استفاده می‌شود؟

دیود شاتکی دارای حداکثر ولتاژ معکوس پایین‌تری نسبت به دیود معمولی است، در ولتاژهای بالا احتمال شکسته شدن سد و جریان ناگهانی زیاد وجود دارد، که می‌تواند باعث آسیب به دیود شود.

5. تفاوت دیود شاتکی و دیود زنر چیست؟

دیود شاتکی برای یکسوسازی، سوئیچینگ سریع استفاده می‌شود و افت ولتاژ کمی دارد. دیود زنر برای تثبیت ولتاژ و کار در بایاس معکوس طراحی شده است و جریان معکوس را کنترل می‌کند.

6. نشانه‌های خرابی دیود شاتکی چیست؟

نشانه‌ها شامل عبور جریان زیاد در بایاس معکوس، قطع جریان در بایاس مستقیم، داغ شدن بیش از حد، سوختن، یا کار نکردن در مدار سوئیچینگ است. این‌ها علامت خرابی یا شکست سد هستند.