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肖特基二极管应用_肖特基二极管应用电路_肖特基二极管在数字电路中的应用详解


肖特基二极管是德国科学家肖特基(Schottky)1938年发明的。肖特基二极管与普通的PN结二极管不同。是使用N型半导体材料与金属在一起结合形成金属一半导体结。肖特基二极管比普通二极管有正向压降低、反向电荷恢复时间短(10ns以内)等优点。

应用特点:适合于高频、大电流、低电压整流电路以及微波电子混频电路、检波电路、高频数字逻辑电路等。

  肖特基二极管的内部结构

肖特基(Schottky)二极管也称肖特基势垒二极管(简称SBD),是由金属与半导体接触形成的势垒层为基础制成的二极管如图 1所示,其主要特点是正向导通压降小(约0.45V),反向恢复时间短和开关损耗小,是一种低功耗、超高速半导体器件。肖特基二极管在结构原理上与PN结二极管有很大区别,它的内部是由阳极金属(用钼或铝等材料制成的阻挡层)、二氧化硅(SiO2)电场消除材料、N-外延层(砷材料)、N型硅基片、N+阴极层及阴极金属等构成,如图1所示。

在N型基片和阳极金属之间形成肖特基势垒。当在肖特基势垒两端加上正向偏压(阳极金属接电源正极,N型基片接电源负极)时,肖特基势垒层变窄,其内阻变小;反之,若在肖特基势垒两端加上反向偏压时,肖特基势垒层则变宽,其内阻变大。

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肖特基二极管存在的问题是耐压比较低,反向漏电流比较大。目前应用在功率变换电路中的肖特基二极管的大体水平是耐压在150V以下,平均电流在100A以下,反向恢复时间在10~40ns。肖特基二极管应用在高频低压电路中,是比较理想的。

  肖特基二极管应用

开关电源当中我们经常会用到肖特基二极管,但是由于不同厂商等原因性能上就相差很大,我们选择肖特基时必须要考虑以下几点参数:

  1、导通压降VF

VF为二极管正向导通时二极管两端的压降,当通过二极管的电流越大,VF越大;当二极管温度越高时,VF越小。

  2、反向饱和漏电流IR

IR指在二极管两端加入反向电压时,流过二极管的电流,肖特基二极管反向漏电流较大,选择肖特基二极管是尽量选择IR较小的二极管。

  3、额定电流IF

指二极管长期运行时,根据允许温升折算出来的平均电流值。

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  肖特基二极管在数字电路中的应用详解

  1、肖特基二极管应用于双电源供电

目前带主控器的电子设计中,基本都会用到实时时钟(RTC),RTC需要额外的钮扣电池来供电,以免系统掉电后,时间信息丢失。同时系统启动后,为了延长电池的使用时间,往往会让主系统供电。因此,RTC往往需要双电源供电,而二极管由于它的单向导通性,可以起到电源隔离的作用。以小信号肖特基二极管BAT54C为例,其正向压降最大只有0.24v(正向电流0.1ma时),RTC电流消耗也是ua级的,加入肖特基二极管隔离电源后,也是能完全满足要求的。

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  2、肖特基二极管用作与门

如下图,n个肖特基二极管组成n输入的与门,只要A1~An中有一个信号输出逻辑0,则Output输出逻辑0,只有A1~An中所有信号输出逻辑1,Output才能输出逻辑1。即实现了信号A1~An的相与。由于在数字电路中,芯片信号输入级基本都是高阻的,因此,用肖特基二极管组成的与门电路总体电流都是ua级别的,肖特基二极管压降都是极其小的,电平仍能满足设计要求。

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  3、 肖特基二极管用作或门

如下图,n个肖特基二极管组成n输入的或门,只要A1~An中有一个信号输出逻辑1,则Output输出逻辑1,只有A1~An中所有信号输出逻辑0,Output才能输出逻辑0。即实现了信号A1~An的相或。

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  4、简单应用实例

在数字电路设计中,往往需要实现一些信号简单的相与、相或、反相。如果直接采用74系列等逻辑芯片,不仅布板面积大大增加,布线也不具灵活性。而采用小信号肖特基二极管组成与或门电路会更加的灵活好用。下图为一个简单的二路复位电路,JTAG产生复位信号需要复位主控器,而外部复位键也需要在按下时实现复位主控器。如果JTAG复位与按键复位直接线与输出到主控器的复位脚,将可能对JTAG仿真器造成损害。例如,按下复位键时,将直接把JTAG输出复位脚位低。而通过肖特基二极管BAT54A组成相与电路,各个信号输出不会相互影响。下图只要JTAG输出0逻辑或按键复位输出0逻辑都能让主控器实现复位。

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如果要用作非门,可采用三极管,当然三极管在电子电路中应用也是很广泛,如在数字电路中可作为开关器件,作为电流驱动,作为电平转换等。

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