Diodo Schottky PDF

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Nombre: Buchizo Calderón Amanda Carrera: Ing. Telecomunicaciones

Materia: Microondas

DIODO SCHOTTKY El diodo Schottky o diodo de barrera Schottky, llamado así en honor del físico alemán Walter H. Schottky, es un dispositivo semiconductor que proporciona conmutaciones muy rápidas entre los estados de conducción directa e inversa (menos de 1ns en dispositivos pequeños de 5 mm de diámetro),como ya habíamos mencionado estos diodos se caracterizan por su velocidad de conmutación y una baja caída de voltaje cuando están polarizados en directo (típicamente de 0.25 a 0.4 voltios). El diodo Schottky está más cerca del diodo ideal que el diodo semiconductor común, pero tiene algunas características que hacen imposible su utilización en aplicaciones de potencia, este diodo está constituido por: 

Una unión metal-semiconductor (barrera Schottky), en lugar de la unión convencional semiconductor P - semiconductor N utilizada por los diodos normales.

Así se dice que el diodo Schottky es un dispositivo semiconductor "portador mayoritario", esto significa que, si el cuerpo semiconductor está dopado con impurezas tipo N, solamente los portadores tipo N (electrones móviles) desempeñarán un papel significativo en la operación del diodo y no se realizará la recombinación aleatoria y lenta de portadores tipo N y P que tiene lugar en los diodos rectificadores normales, con lo que la operación del dispositivo será mucho más rápida.

CARACTERISTICAS.1. – Tiene poca capacidad de conducción de corriente en directo (en sentido de la flecha). Esta característica no permite que sea utilizado como diodo rectificador. Hay procesos de rectificación (por ejemplo fuentes de alimentación) en que la cantidad de corriente que tienen que conducir en sentido directo es bastante grande y supera la capacidad de este diodo. 2. – No acepta grandes voltajes que lo polaricen inversamente (VCRR). El proceso de rectificación antes mencionado también requiere que la tensión inversa que tiene que soportar el diodo sea grande. 3.- La alta velocidad de conmutación permite rectificar señales de muy altas frecuencias y eliminar excesos de corriente en circuitos de alta intensidad. 4.- A diferencia de los diodos convencionales de silicio, que tienen una tensión umbral —valor de la tensión en directa a partir de la cual el diodo conduce— de

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0,7 V, los diodos Schottky tienen una tensión umbral de aproximadamente 0,2 a 0,4 V empleándose, por ejemplo, como protección de descarga de células solares con baterías de plomo ácido. 5.- La limitación más evidente del diodo de Schottky es la dificultad de conseguir resistencias inversas relativamente elevadas cuando se trabaja con altos voltajes inversos pero el diodo Schottky encuentra una gran variedad de aplicaciones en circuitos de alta velocidad para computadoras donde se necesiten grandes velocidades de conmutación. 6.- Mediante su poca caída de voltaje en directo permite poco gasto de energía. 7.-Otra utilización del diodo Schottky es en variadores de frecuencia (inverters) para que la corriente que vuelve desde el motor al variador no pase por los transistores IGBT del chopper, lo cual conduciría a su rápido deterioro. 8.- El diodo Schottky se emplea en varios circuitos integrados de lógica TTL. La caracterisitica I-V del diodo Schottky en polarización directa es muy similar a la de cualquier diodo respondiendo a la siguiente ecuación:

Donde η es el factor de idealidad y posee un valor entre 1 y 2. Para diodos Schottky suele valer en torno a η=1,2. Tambien se explica que el diodo polarizado en inversa presenta un efecto varactor, es decir, presenta una capacidad cuyo valor depende de la tensión de polarización aplicada, según la siguiente ecuación:

Siendo Vb el llamado potencial de la unión, que suele estar por debajo de 0.4v. DIAGRAMA CON LAS DIFERENCIAS EN LAS CURVAS DEL DIODO SCHOTTKY Y EL DIODO COMUN.-

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El diodo PN común tiene la curva en color rojo y el diodo Schottky en color azul. Se observa del diagrama que el diodo Schottky tiene una caída de voltaje cuando está polarizado en directo menor que la que tiene el diodo PN. FUNCIONAMIENTO.Cuando se realiza una ensambladura entre una terminal metálica y un material Semiconductor, el contacto tiene, típicamente, un comportamiento óhmico cualquiera, la resistencia del contacto gobierna la secuencia de la corriente. Cuando este contacto se hace entre un metal y una región semiconductora con la densidad del dopante relativamente baja, las hojas dominantes del efecto deben ser El resistivo, comenzando también a tener un efecto de rectificación. Un diodo Schottky, se forma colocando una película metálica en contacto directo con un semiconductor, según lo indicado en la figura. El metal se deposita generalmente en un tipo de material N, debido a la movilidad más grande de los portadores en este tipo de material. La parte metálica será el ánodo y el semiconductor, el cátodo.

En una deposición de aluminio Al (3 electrones en la capa de valencia), los electrones del semiconductor tipo N migran hacía el metal, creando una región de Transición en la ensambladura. Se puede observar que solamente los electrones (los portadores mayoritarios de ambos materiales) están en tránsito. Su conmutación es mucho más rápida que los diodos bipolares, una vez que no existan cargas en la región tipo N, siendo necesaria rehacer la barrera de potencial (típicamente de 0,3V). La Región N tiene un dopaje relativamente alto, a fin de reducir la pérdida de conducción, por esto, la tensión máxima soportable para este tipo de diodo está alrededor de los 100V.

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CURVAS

CARACTERÍSTICAS DE UN DIODO SCHOTTKY COMERCIAL 1N5819

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Ventajas e inconvnientes del Diodo Schottky. Presentan un mejor conportamiento en frecuencia que otro tipo de diodos. Debido a su arquitectura interna como union metalsemiconductora, presentan una capacidad de difusion muy baja C dif~0,

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por este motivo el diodo podra funcionar a frecuencias mas elevadas que otro tipo de diodos, sin apenas cambiar sus caracteristicas de aislamiento.  Flancos bruscos de conmutacion: por la misma razon que antes, C dif~0 , se consiguen tiempos de conmutacion muy bajos, del orden 1 ns, lo que les hace especialmente indicados en aplicaciones que requieran conmutar rapidamente señales de microondas.  Tension de codo baja: permite obtener un mejor comportamiento comi rectificador, dado que entrara en conduccion a niveles de tension mas bajos que otros diodos, distorsionando asi mucho menos la señal de rectificar.  Resistencia serie, Rs: se puedn conseguir valores menores que diodos construidos con otras tecnologias. Los inconvenientes que presentan son :  

La tension de ruptura, VA, es menor que en otro tipo de diodos. Habra que tenerlo muy encuenta en los diodos donde el nivel de señal pueda ser elevado. La corriente inversa de polarizacion, I s, es relativamente mayor que en otros diodos. Esto puede provocar inestabilidad en algunos diseños.

APLICACIONES. En fuentes de baja tensión en la cuales las caídas en los rectificadores son significativas.  - Circuitos de alta velocidad para computadoras donde se necesiten grandes velocidades de conmutación y mediante su poca caída de voltaje en directo permite poco gasto de energía.  - Variadores de alta gama para que la corriente que vuelve desde el motor al variador no pase por el transistor del freno y este no pierda sus facultades.  - El diodo Schottky se emplea en varios circuitos integrados de lógica TTL. Por ejemplo los tipos ALS y AS permiten que los tiempos de conmutación entre los transistores sean mucho menores puesto que son más superficiales y de menor tamaño por lo que se da una mejora en la relación velocidad/potencia. El tipo ALS permite mayor potencia y menor velocidad que la LS, mientras que las AL presentan el doble de velocidad que las Schottky TTL con la misma potencia.  - TTL-S (schottky): Serie rápida (usa diodos Schottky).  - TTL-AS (advanced schottky) Versión mejorada de la serie anterior.  - TTL-LS (low power schottky) Combinación de las tecnologías L y S (es la familia más extendida).  - TTL-ALS (advanced low power schottky) Versión mejorada de la serie AS.  - TTL-F (FAST: fairchild advanced schottky).

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- TTL-AF (advanced FAST): Versión mejorada de la serie F.

Imágenes del diodo Schottky comercial

Se eligio el siguiente rectificador como aplicación del diodo: APLICACIÓN COMO RECTIFICADOR Y DETECTOR DE MICROONDAS (DIODO SCHOTTKY) En la figura a continuacion ilustra el concepto de circuito rectificador en los dominios temporal (a y b) y de la frecuencia (c y d). se trata de obtener una señal de continua a la salida del rectificador (b y d) cuyo novel sea proporcional al nivel de la señal de microondas aplicada a la entrada (a y c).

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En cualquier aplicación del diodo en circuitos de microondas, deberemos siempre polarizarlo en continua en un punto de trabajo y, superpuesto a la tensión de polarización V0, añadiremos la señal útil de microondas vi, que vamos a considerar es una portadora de amplitud v0 mucho menor a la tensión de polarización V0, y de frecuencia ω0:

Según las ecuaciones sobre la unión P-N referente al circuito equivalente en pequeña señal del diodo, teníamos que la corriente en el diodo Schottky era de la forma:

Con un simple filtro paso-bajo podemos eliminar fácilmente los términos harmónicos y nos quedamos tan solo con la parte continua, en la que vemos que hay un término que depende del nivel de amplitud a la entrada v0, de manera que ya tenemos el efecto rectificador o detector deseado: una señal continua a la salida proporcional al nivel de señal de microondas existente a la entrada. Podemos definir una constante β de sensibilidad de corriente como la rela- ción entre el cambio de corriente en continua a la salida y la potencia de señal a la entrada:

Y ahora, de las ecuaciones del circuito equivalente en pequeña señal del diodo:

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obtenemos:

Ejemplo En la figura se muestra una posible implementación del circuito rectificador de microondas (a), con el diodo Schottky D1 en el centro, el transformador TF1 y C2 que seleccionan la señal de frecuencia ω0, y C1 junto con R1 actuando como filtro paso-bajo. También se muestra el espectro de señales generadas a la salida del detector (b) así como la respuesta en frecuencia del filtro pasobajo que elimina los harmónicos (línea discontinua).

Se pide calcular cual sera la variacion del nivel de corriente continua que atraviesa un diodo Schottky de un circuito rectificador como se presenta en la figura, cuando la señal de microondas a rectificar tiene los siguientes niveles de potencia: -30dBm, -20dBm, -10dBm, 0dBm y +10dBm.

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Suponer una temperatura ambiente de 298 K y que el diodo tiene un factor de idealidad η = 1,2 y esta polarizado en continua en un punto de trabajo V o= 5V, Io= 200mA...