المبادئ التقنية ومزايا تطبيق ديودات شوتكى

I. المبدأ التقنى

الدايود شوتكى (Schottky) هو جهاز مصنوع من وصلة معدن-أشبه موصل يعمل على أساس حائل شوتكى (Schottky barrier) المُشكَّل بين معدن (عادةً ما يكون ألومنيومًا أو ذهبًا أو بلاتينيوم) وأشباه الموصلات من النوع N. وعلى عكس الدايودات التقليدية ذات الوصلة PN، فإنه لا يشمل إعادة تركيب الإلكترونات والثقوب. بدلًا من ذلك، يخضع التوصيل لحمولة الأ majority carriers (الإلكترونات)، مما يؤدي إلى تقليل تيار الاستعادة العكسي بشكل كبير.

غالبًا ما تستخدم الدايودات شوتكى الحديثة وصلة ألومنيوم-سليكون تُصنع عبر عمليات سليكون مستوية. وهذا يقلل بشكل كبير من الاعتماد على المعادن الثمينة ويعزز الاتساق وقابلية التصنيع على نطاق واسع.

II. المزايا التقنية

انخفاض شديد في جهد السقوط الأمامي (VF)
يتراوح جهد السقوط الأمامي النموذجي لدايود شوتكى بين 0.15 فولت إلى 0.45 فولت، وهو أقل بكثير من الجهد ~0.7 فولت الخاص بوصلات السليكون القياسية. وهذا يمكّن من تحسين كفاءة استخدام الطاقة في التطبيقات ذات الجهد المنخفض.

صفر زمن استعادة عكسي
بما أنه لا توجد تخزين للحاملات القليلة، فإن التبديل يتحدد فقط بواسطة سعة الوصلة. وهذا يؤدي إلى أوقات تبديل في نطاق النانوثانية، وهو ما يجعلها مثالية للدوائر ذات التردد العالي والسرعة العالية.

القدرة على تحمل كثافة تيار عالية
يكون طبقة التفريغ في حائل شوتكي ضئيلاً، مما يمكّن الجهاز من توصيل تيارات عالية تحت فولتية منخفضة نسبياً، مما يجعله مناسباً لإصلاح الطاقة وتحويلها.

استهلاك منخفض للطاقة وضوضاء منخفضة
في أنظمة المنطق ذات الفولتية المنخفضة أو الأنظمة المقيدة حرارياً، تستهلك ديودات شوتكي طاقة قليلة جداً وتولّد ضوضاء كهرومغناطيسية منخفضة بسبب سلوك التبديل الخالي من إعادة التركيب.

III. حالات الاستخدام الشائعة

دوائر إدارة الطاقة
تُستخدم على نطاق واسع في محولات الطاقة ولوحات طاقة شاشات الكريستال السائل (LCD) وشواحن المركبات الكهربائية لإصلاح التيار وتحرير العجلة الحرة (freewheeling) لتحسين كفاءة تحويل الطاقة.

مصادر طاقة التبديل عالية التردد
تجعل خصائص التبديل السريعة منها خياراً مثالياً لإصلاح التيار في توبولوجيا المحولات الرافعة (boost) أو المحولات الخافضة (buck).

الإلكترونيات السيارات
شائع في حماية الطاقة في وحدة التحكم الإلكترونية (ECU) ودوائر سائق المحرك وأنظمة الإضاءة في السيارات لحماية الجهد العكسي واستمرارية التيار.

الدوائر الخاصة بالاتصالات والترددات الراديوية (RF)
تُستخدم في تصميمات الترددات الراديوية (RF) والميكروويف لكشف الإشارات أو تقويمها أو تحديد حدودها، حيث تُحسّن مقاومة السعة المنخفضة والاستجابة السريعة من حساسية الدوائر.

الدوائر المنطقية عالية السرعة ودوائر TTL
تُستخدم في العقد المنطقية عالية السرعة لتحديد الجهد وحمايته، وتقليل أخطاء التوقيت وضمان انتقال الإشارة بسرعة.

رابعًا. خاتمة

بفضل انخفاض هبوط الجهد الأمامي وقدرتها على التبديل السريع وتكاد تكون معدومة الخسائر في استعادة الجهد العكسي، أصبحت ديودات شوتكى مكونات أساسية في الإلكترونيات الحديثة. ولها دور حيوي في التطبيقات التي تتطلب كفاءة في استخدام الطاقة والحجم الصغير والأداء عالي السرعة، وخاصةً في إدارة الطاقة والاتصالات وأنظمة السيارات.

مُستقيم شوتكى | ديود ذو سرعة عالية | ديود منخفض الجهد | مكون لتقويم الطاقة | ديود لكشف الإشارات