Schottky diyot, metal ile yarı iletken arasındaki temastan doğan bir enerji bariyeri üzerine kurulu doğrultucu eleman. Adını bu temasın fiziğini tanımlayan Alman fizikçi Walter Schottky'den alır. Türkçe konuşma dilinde şotki diyot olarak geçer, yazımda ise özgün hâli korunur. Klasik silisyum elemandaki p-n eklemi burada yok. Onun yerine ince bir metal katman doğrudan n tipi silisyum yüzeyine oturur.
Bu tek yapısal ayrım iki sonuç doğurur. İletim yönündeki gerilim düşümü 0,15 ile 0,45 volt bandına iner, klasik doğrultucuda ise bu değer 0,6 ile 0,7 volt civarında kalır. İkincisi anahtarlama hızı: eleman yalıtım durumuna neredeyse anında geçer. Schottky diyot ne demek diye kısa bir karşılık aranırsa cevap düşük kayıplı ve hızlı doğrultucu.
Schottky Diyot Ne İşe Yarar?
Temel görev her doğrultucuda aynı: akımı tek yönde geçirmek, ters yönü kesmek. Ayrım bu işi hangi bedelle yaptığında. Üzerinde düşen gerilim ile geçen akımın çarpımı doğrudan ısıya döner. 3 amperlik bir yükte 0,4 volt düşüm 1,2 watt kayıp demek, aynı yükte 0,8 volt düşüren bir eleman ise 2,4 watt harcar. Küçük görünen bu fark taşınabilir cihazlarda pil süresini, güç kaynaklarında soğutucu boyutunu belirler.
Schottky diyot neden kullanılır sorusunun ikinci yarısı hızla ilgili. Anahtarlamalı güç kaynakları yüzlerce kilohertz frekansta çalışır. Klasik bir doğrultucu her periyotta yalıtıma geçerken kısa süre ters akım akıtır. 1N4004 için bu süre yaklaşık 1,2 mikrosaniye, 1N5819 gibi bir Schottky elemanda 10 nanosaniyenin altı. Yüksek frekansta bu gecikme başlı başına bir kayıp kalemi.
Üçüncü kullanım biçimi koruma. Besleme hattına ters bağlanan bir kaynak devreyi anında yakabilir. Seri bağlanan düşük düşümlü bir eleman bu riski keser ve besleme geriliminden çok az pay alır.
Schottky Diyotun Özellikleri
Öne çıkan dört değer var. Düşük ileri gerilim düşümü, çok kısa ters toparlanma süresi, klasik elemana göre belirgin biçimde yüksek ters kaçak akımı ve sınırlı ters dayanım gerilimi. Silisyum tabanlı ürünlerde kabul edilebilir düşümle birlikte ulaşılabilen ters gerilim pratikte 100 volt dolayında bir tavana takılır. Eklem sıcaklığı da genelde 125 ile 175 °C aralığında sınırlanır.
Schottky diyot çeşitleri güç seviyesine göre ayrışır. Sinyal katında SOT-23 gövdeli BAT54 ailesi bulunur. Güç doğrultma tarafında yüzey montaj kodları yaygın: SS14 diyot nedir diye bakıldığında 40 volt ters gerilime ve 1 amper akıma dayanan SMA gövdeli bir üye görülür, delikli muadili 1N5819. SS34 aynı gerilimde 3 amper taşır ve 1N5822 ile eşdeğer. Ortak katotlu çift elemanlı paketler ve yüksek gerilim isteyen uygulamalar için silisyum karbür tabanlı sürümler de üretilir.
Diyot ailesindeki her üye doğrultma yapmaz. Kızılötesi diyot, ileri beslemede gözle görülmeyen ışık yayan bir LED türü ve uzaktan kumanda ile mesafe sensörlerinde kullanılır. Zener eleman ters yönde sabit gerilimde iletime geçerek regüle eder. Schottky ailesi bunlardan farklı olarak hız ve düşük kayıp için tasarlanır.
Schottky Diyotun Yapısı
Gövdenin içinde n tipi silisyum bir taban, üzerine oturtulmuş bir metal katman ve alt yüzeyde ohmik bir kontak bulunur. Metal seçimi bariyer yüksekliğini belirler. Platin silisit, molibden, krom ve tungsten yaygın tercihler. Bariyer alçaldıkça düşüm iner fakat kaçak akım artar, bu yüzden üretici iki değer arasında denge kurar. Kenar bölgelerdeki elektrik alanını yumuşatmak için çoğu üründe koruma halkası eklenir.
Schottky diyot sembolü klasik üçgen ile ucundaki çubuktan oluşur. Ayrım çubuğun iki ucunda: uçlar S harfini andıracak biçimde ters yönlere kıvrılır. Gövde üzerindeki bant katot bacağını gösterir, üçgenin sivri ucu da bu tarafa bakar.
Schottky diyot nasıl yapılır diye merak edenler için üretim tamamen fabrika işi. Silisyum yüzey kimyasal olarak temizlenir, ardından vakum ortamında buharlaştırma ya da sıçratma yöntemiyle metal katman kaplanır. Sinterleme aşamasında metal ile silisyum arasında kararlı bir silisit tabaka oluşur. Ev ya da atölye koşullarında hazırlanabilecek bir süreç değil.
Schottky Diyotun Çalışma Prensibi
Metal ile yarı iletken temas ettiği anda iki malzemenin iş fonksiyonu farkı devreye girer. Silisyum tarafındaki serbest elektronlar metale doğru geçer ve arayüzde yüklerden arınmış bir bölge kalır. Böylece elektronların geçişini zorlaştıran bir bariyer kurulur. Bariyerin yüksekliği kullanılan metale ve katkı yoğunluğuna bağlı.
İleri beslemede uygulanan gerilim bariyeri alçaltır. Elektronlar termiyonik emisyonla metale atlar ve akım akar. Ters beslemede bariyer yükselir, sadece küçük bir kaçak akım geçer. Schottky diyot nasıl çalışır sorusunun kritik ayrıntısı burada: iletimi yalnızca çoğunluk taşıyıcılar yani elektronlar yürütür.
Klasik p-n ekleminde delikler karşı bölgeye geçer ve orada bir süre depolanır. Eleman kesime giderken bu yükün boşalması gerekir, ters toparlanma süresi de buradan doğar. Metal-yarı iletken temasında depolanacak azınlık taşıyıcı olmadığı için gecikme neredeyse ortadan kalkar.
Schottky Diyotun Avantajları
Birinci kazanç verim. Düşük düşüm sayesinde açığa çıkan ısı azalır, soğutucu küçülür, kart üzerinde yer kazanılır. Düşük gerilimli sistemlerde etki daha da belirgin. 5 volt çıkışlı bir hatta 0,7 volt kaybetmek ile 0,3 volt kaybetmek arasında ciddi bir verim farkı var.
İkinci kazanç hız. Depolanan yük olmadığından yüksek frekanslı anahtarlamada ek kayıp doğmaz ve elektromanyetik gürültü düşük kalır. Aynı özellik radyo frekansı karıştırıcılarında ve dedektör devrelerinde de işe yarar.
Üçüncü kazanç düşük eşik geriliminin küçük sinyalleri algılamaya izin vermesi. Zayıf bir sinyali doğrultmak gerektiğinde klasik eleman eşiği aşamaz, metal temaslı yapı ise iletime geçer.
Schottky Diyotun Dezavantajları
En bilinen zayıf nokta ters kaçak akımı. Yalıtım durumunda geçen bu akım klasik eklemli ürünlerdekinin kat kat üzerinde. Üstelik sıcaklığa çok duyarlı: eklem sıcaklığındaki her 25 °C artış kaçağı bir mertebe yukarı taşıyabilir. Yüksek empedanslı ölçüm devrelerinde bu durum hatalı okuma üretir.
İkinci sınırlama ters dayanım gerilimi. Şebeke gerilimi gibi yüksek değerlerin doğrultulmasında silisyum tabanlı üyeler yetersiz kalır. Yüksek gerilim isteyen tasarımlarda silisyum karbür sürümlere ya da hızlı toparlanmalı klasik doğrultuculara geçilir.
Üçüncü risk termal kaçak. Sıcaklık arttıkça kaçak büyür, büyüyen kaçak daha fazla ısı üretir ve döngü kendini besler. Sıcak ortamda çalışan devrelerde gerilim payının geniş tutulması ve ısı yolunun düzgün planlanması bu yüzden önemli.
Schottky Diyot Nerelerde Kullanılır?
Anahtarlamalı güç kaynaklarının çıkış doğrultma katı en yoğun alan. Adaptörler, bilgisayar güç üniteleri, telefon şarj cihazları ve DC-DC dönüştürücüler bu gruba girer. Yükseltici ile alçaltıcı topolojilerde bobin akımının yolunu açan serbest geçiş elemanı da çoğunlukla aynı aileden seçilir.
Güneş enerjisi sistemlerinde panel çıkışına konan engelleme elemanı gece boyunca akünün panel üzerinden boşalmasını önler. Burada düşük düşüm doğrudan kazanç anlamına gelir. Batarya ile adaptörün aynı cihazı beslediği tasarımlarda iki kaynağı birbirine karıştırmadan birleştiren düzenek de bu elemanla kurulur.
Schottky diyot kullanım alanları arasında ters polarite koruması, motor ile röle bobinlerinde endüktif darbe söndürme, radyo frekansı dedektörleri ve mikrodalga karıştırıcıları sayılabilir. Sayısal devrelerde transistörün doyuma girmesini engelleyen kenetleme bağlantısı da klasik bir uygulama.
Schottky Diyot Devreye Nasıl Bağlanır?
Diyot devreye nasıl bağlanır konusunda ilk kural yön. Gövdedeki bant katodu işaret eder ve akım anottan katoda doğru akar. Ters polarite korumasında eleman besleme hattına seri girer, anot kaynağın artı ucuna bakar. Endüktif yük söndürmesinde ise bobinin uçlarına ters yönde paralel bağlanır, katot artı uca gelir.
İkinci kural pay bırakmak. Devrede görülen tepe ters gerilimin en az iki katına dayanan bir ürün seçmek güvenli bir alışkanlık. Akım tarafında da kapasitesi sürekli yükün üzerinde bir eleman tercih edilir, çünkü daha büyük gövdeler aynı akımda daha düşük düşüm verir. Baskı devrede iz uzunluğunun kısa tutulması ve bakır alanın ısıyı taşıyacak genişlikte bırakılması performansı doğrudan etkiler.
SS34 diyot yerine ne kullanılır diye bakıldığında en yakın karşılıklar 1N5822 ile SK34. Daha yüksek gerilim gerekiyorsa 60 volt sınıfındaki SS36, daha yüksek akım gerekiyorsa 5 amperlik SS54 uygun. Küçük kardeşi için de aynı mantık geçerli: SS14 yerine 1N5819 ya da 60 volt dayanımlı SS16 konabilir. Schottky diyot yerine ne kullanılır sorusu ise devrenin frekansına bağlı. Şebeke frekansında çalışan basit bir doğrultmada 50 volt ile 1 amper değerlerine sahip 1N4001 iş görür, 1N4001 diyot kaç volt diye soranlar için bu 50 volt ters dayanım anlamına gelir. Yüksek frekansta hızlı toparlanmalı bir eleman, kaybın kritik olduğu yerlerde ise ideal diyot denetleyicisiyle sürülen bir MOSFET daha doğru çözüm.
Schottky Diyotun Sağlamlılığı Nasıl Ölçülür?
Şotki diyot ölçümü için multimetrenin diyot kademesi kullanılır. Kırmızı prob anoda, siyah prob katoda değdiğinde ekranda 0,15 ile 0,45 volt arasında bir değer görünür. Problar yer değiştirince ekran açık devre uyarısı vermeli. Klasik elemanlarda beklenen 0,5 ile 0,7 volt aralığını arayanlar düşük okumayı arıza sanabilir, oysa bu değer yapının doğal sonucu.
Arızalı elemanın iki tipik hâli var. Kısa devre durumunda her iki yönde sıfıra yakın okuma alınır ve cihaz genelde sesli uyarı verir. Açık devre durumunda ise iki yönde de bağlantı yokmuş gibi görünür. Ters yönde düşük ama sıfır olmayan bir değer okunuyorsa eleman kaçak yapıyor olabilir.
Schottky diyot sağlamlık kontrolü sırasında en sık yapılan hata kart üzerinde ölçüm. Paralel duran bobin, direnç ve kondansatörler probun akımına yol açar ve sonuç yanıltıcı çıkar. Doğru sonuç için en az bir bacağın lehimden ayrılması ve devrenin enerjisinin kesilip kondansatörlerin boşalmasının beklenmesi gerekir.
