二极管广泛应用于
电子领域,如
电源中的整流,
通信中的检测和混频等,常用于各种
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(如续流二极管、TVS等)的电压调节和保护。由于肖特基二极管种类繁多,用途广泛,下面分析肖特基二极管在数字威廉希尔官方网站
中的简单应用。
I. 肖特基二极管特性
肖特基二极管在结构上与PN结二极管不同。它由阳极金属(由钼或铝等材料制成的阻挡层)、SiO2(消除电场材料)、N-外延层(砷材料)、N型硅衬底、N+阴极层和阴极金属,如下图所示。在N型基板和阳极金属之间形成肖特基势垒。当对肖特基势垒的两端施加正向偏置时(阳极金属连接到电源的正极,N型基板连接到负极),肖特基势垒层变窄,内阻变小。相反,当在肖特基势垒上施加反向偏置时,它会变宽,其内阻变大。
图1.肖特基二极管结构式
二、肖特基二极管的应用
肖特基二极管的问题是耐压相对较低,反向漏电流较大。目前,电源转换威廉希尔官方网站
中使用的肖特基二极管的一般条件是耐压低于150V,平均电流低于100A,反向恢复时间在10至40ns之间。因此,肖特基二极管是高频和低压威廉希尔官方网站
中的理想器件。
2.1 作为双电源
目前,在带有主控制器的电子设计中,基本采用实时时钟(RTC),并且RTC需要额外的纽扣电池来支持,以避免系统断电后信息丢失。同时,系统启动后,为了延长电池寿命,经常向主系统供电。因此,RTC往往需要双电源,而二极管由于其单导电性,可用于电源隔离。以小信号肖特基二极管BAT54C为例,正向压降仅为0.24v(正向电流为0.1mA),RTC电流消耗为uA级,加入肖特基二极管隔离电源后,节省信息安全。
2.2 作为和门
如下图所示,n 个肖特基二极管构成 n 个输入的 AND 栅极。只要A1~An中有一个信号输出逻辑0,输出就是逻辑0,只有A1~A中的所有信号输出逻辑1,输出才能输出逻辑1。即实现信号A1~An的相位和。由于数字威廉希尔官方网站
中的芯片信号输入级基本上是高电阻,因此由肖特基二极管组成的AND栅极威廉希尔官方网站
的总电流为uA级,肖特基二极管压降极小。在这种情况下,平面仍然可以满足设计要求。
图2.肖特基二极管作为 AND 门
2.3 作为手术室门
如下图所示,n个肖特基二极管形成一个n输入OR门。只要A1~An中有信号输出逻辑1,输出输出逻辑1。只有A1~A输出逻辑0中的所有信号,输出才能输出逻辑0。即实现信号A1~An的相位和。
菲古特雷 3.肖特基二极管作为OR门
三、肖特基二极管参数
注意:由于肖特基二极管在不同的电子威廉希尔官方网站
中的使用方式不同,因此我们在使用它们时还需要考虑以下参数。
1)正向压降VF
VF是二极管正向导通时的正向压降。通过二极管的电流越大,VF越大,此外,二极管温度越高,VF越小。
2)反向饱和漏极电流IR
IR是指当反向电压施加到二极管时流过二极管的电流。肖特基二极管具有较大的反向漏电流,因此,选择具有较小IR的肖特基二极管。
3)额定电流中频
它是指二极管长时间工作时根据允许温升计算得出的平均电流值。
4)最大浪涌电流 IFSM
允许流动的正向电流过多。它不是正常的电流,而是瞬时电流,相当大。
5)最大峰值反向电压VRM
即使没有反向电流,只要反向电压不断增加,二极管迟早会损坏。这个反向电压不是瞬时电压,而是反复加的反向电压。由于整流器提供交流电压,因此其最大值是指定的重要因素。而最大反向峰值电压VRM是指可以施加以避免击穿的最大反向电压。目前,肖特基的最高VRM值为150V。
6)最大直流反向电压VR
VR是连续施加直流电压时的值。对于直流威廉希尔官方网站
,最大直流反向电压对于确定允许和上限很重要。
7)最大工作频率调频
由于PN结的结电容,当工作频率超过一定值时,其单向电导率会变差。肖特基二极管具有高达 100 GHz 的高 FM 值。
8)反向恢复时间
当工作电压从正向电压变为反向电压时,二极管的理想工作原理是电流可以瞬间关闭。事实上,通常需要一点延迟。决定当前截止延迟的量是反向恢复时间。虽然它直接影响二极管的开关速度,但这并不意味着这个值很小。也就是说,当二极管突然被导通反转时,反向电流会大大衰减到接近IR所需的时间。当大功率开关在高频状态下工作时,该指示器很重要。
9)最大耗散功率P
当电流流过二极管时,它会吸收热量并提高其温度。实际上,外部散热条件对P的影响也很大,具体来说,施加在二极管两端的电压乘以流过的电流和反向恢复损耗。
肖特基二极管符号
四、实例分析
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设计中,通常需要对某些信号进行简单的相位或相位反转。如果直接使用74系列这样的逻辑芯片,不仅布局面积大大增加,而且布线也不灵活。小信号肖特基二极管和OR门的使用更加灵活和易于使用。下图显示了一个简单的双向复位威廉希尔官方网站
。产生复位信号的JTAG需要复位主站,按下外部复位按钮时也需要复位主站。如果JTAG复位和按钮复位直接到主站的复位引脚,可能会损坏JTAG
仿真器。例如,当按下复位按钮时,JTAG输出复位引脚将直接降低。相位和威廉希尔官方网站
由肖特基二极管形成蝙蝠54A,并且信号输出不会相互影响。下图允许主站复位,只要JTAG输出逻辑0或按下按钮复位输出逻辑0。
图4.肖特基二极管BAT54A应用
如果要用作非门,则可以使用三极管。当然,三极管在电子学中应用广泛,例如数字威廉希尔官方网站
中的开关器件,作为电流驱动,电平转换器等。