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Como funcionam os Diodos Schottky (ART1037)

As características de comutação ultra-rápida e uma queda de tensão no sentido direto muito baixa tornam estes diodos especiais em muitas aplicações que envolvem o trabalho com pulsos de curta duração como em circuitos de comutação ou ainda em circuitos de proteção contra transientes. Veja, neste artigo como funcionam os diodos Schottky e quais são as suas principais aplicações práticas.

 

 Os diodos Schottky são componentes relativamente novos, pois são usados há apenas 25 anos, aproximadamente. No entanto, suas características especiais os tornam ideais para certas aplicações em que os diodos comuns de silício não se dão bem como, por exemplo, nos circuitos de comutação rápida ou ainda nos circuitos em que uma queda de tensão no sentido direto deva ser minimizada.

É claro que os diodos Schottky possuem algumas desvantagens no seu uso e que devem ser levadas em consideração.

Assim, antes de analisarmos seu funcionamento, vamos enumerar tanto as vantagens como as desvantagens:

 

a) Vantagens

* Velocidade de comutação muito rápida

* Queda de tensão no sentido direto praticamente nula (alguns microvolts)

 

b) Desvantagens

* Não suportam temperaturas elevadas (125 oC a 175OC , bem menos que os 200 oC dos diodos comuns de silício)

* Não podem ser fabricados com altas tensões inversas

* Têm elevada corrente de fuga no sentido inverso

 

COMO FUNCIONA

O que diferencia as características de condução dos diodos comuns em relação aos diodos Schottky é a tecnologia de fabricação e o material usado.

Desse modo, para obter uma barreira de condução baixa existem diversas tecnologias que são empregadas, determinando outras características do componente.

A General Semiconductor, por exemplo, usa duas tecnologias para fabricar seus produtos. Uma delas é utilizada na série MBR de componentes, que apresentam uma característica de operação de alta temperatura, baixas fugas e uma queda de tensão no sentido direto relativamente alta.

A segunda linha, conhecida por SBL, é projetada para operar em temperaturas mais baixas (menos de 125 oC) apresentando correntes de fugas mais elevadas e uma queda de tensão no sentido direto menor.

Nos diodos Schottky de barreira alta o metal usado na barreira é o nicromo enquanto que no de barreira baixa o material é o nicromo-platina.

Na figura 1 temos a estrutura típica de um diodo Schottky. O tipo de geometria usada nesta estrutura é que vai determinar as características elétricas básicas do componente.

 

Estrutura do diodo Schottky.
Estrutura do diodo Schottky.

 

A baixa tensão direta, da ordem de microvolts, e o baixíssimo tempo de recuperação da ordem de picos segundos, devem-se ao metal usado no ponto em que se tem a barreira de potencial.

Na figura 2 temos as curvas características obtidas para este componente, observando-se a tensão muito baixa em que ele começa a conduzir quando polarizado no sentido direto.

 

Curva característica do diodo Schottky
Curva característica do diodo Schottky

 

 

APLICAÇÕES EM ÁUDIO

Um dos pontos sensíveis em projetos de amplificadores de áudio que é criticado por muitos e leva os engenheiros a enormes dores-de-cabeça vem do fato dos transistores de silício e diodos começarem a conduzir com uma tensão muito alta (em torno de 0,7 V), causando assim distorções nos sinais, como bem ilustra a figura 3.

 

Distorção causada pelas características de condução dos transistores bipolares.
Distorção causada pelas características de condução dos transistores bipolares.

 

 Quando o sinal começar a ter sua amplitude aumentando num semiciclo, o transistor que o amplifica iniciará sua condução somente quando ele atinger um certo valor, causando assim uma distorção.

Se bem que as modernas tecnologias que empregam configurações que vão até a classe D possam minimizar este problema a ponto da distorção apresentada ficar bem abaixo dos níveis que nossos ouvidos detectam (algo em torno de 0,5%), os mais exigentes ainda acham que este tipo de equipamento tem "defeitos", que não aparecem nos antigos amplificadores valvulados e mesmo nos circuitos com FETs.

No entanto, não é apenas nos circuitos amplificadores que a presença do silício nos semicondutores pode afetar um circuito.

Em artigo publicado por Rick Miller na revista Audio Amateur de janeiro de 1994, ele provou que os diodos tradicionais de uma fonte de alimentação, como a ilustrada na figura 4, também são responsáveis por problemas nos circuitos, mesmo que eles alimentem válvulas ou transistores de efeito de campo.

 

Os diodos de uma fonte podem gerar ruídos.
Os diodos de uma fonte podem gerar ruídos.

 

 Apesar destes diodos comuns terem um tempo de recuperação que suporta bem a baixa frequência de 60 Hz da rede de energia, com o uso de um analisador de espectro foi demonstrado que eles podem gerar uma grande quantidade de harmônicas que se estende até a faixa de áudio, afetando assim o sinal que deve ser reproduzido pelo amplificador.

Na figura 5 temos os gráficos que mostram como o tempo de recuperação dos diodos comuns e Schottky podem afetar a forma de um sinal.

 

Recuperação do diodo Schottky comparada a um diodo comum.
Recuperação do diodo Schottky comparada a um diodo comum.

 

 Segundo o autor do artigo, estas harmônicas vão aparecer na saída do amplificador nos momentos de silêncio. Como momento de silêncio, o autor define não a ausência de sinal total no circuito, mas sim os breves instantes entre as notas musicais e isso pode ser percebido por um ouvido sensível, afetando a qualidade do som.

Embora existam equipamentos caros que muitos audiófilos usem para filtrar suas fontes de alimentação, este problema é intrínseco, mas pode ser solucionado com o uso de diodos schottky na fonte de alimentação, segundo sugere o autor do artigo.

Com tempos de comutação da ordem de nanossegundos e até menos, e disponíveis com tensões de até uns 60 V, eles podem substituir perfeitamente diodos de silício comuns em fontes de amplificadores, pré-amplificadores, CD players, processadores digitais, sintonizadores, e amplificadores classe A de baixa potência que usam válvulas, com vantagens. Para os circuitos valvulados que utilizam tensões muito mais altas existem alguns diodos Schottky especiais, tais como os SUF15J, de 1,5 A x 600 V, da General Semiconductor, que podem melhorar ainda mais a qualidade de som de um projeto deste tipo como o mostrado na figura 6.

 

A válvula 6CA4 é substituída por diodos de silício (1N4007) nas versões modernas deste amplificador, mas muito melhor qualidade de som pode ser obtida com diodos Schottky.
A válvula 6CA4 é substituída por diodos de silício (1N4007) nas versões modernas deste amplificador, mas muito melhor qualidade de som pode ser obtida com diodos Schottky.

 

 Empresas como a B&K, Adcom, Hafler Bryston usam estes diodos em suas fontes para impedir que o efeito da baixa velocidade de recuperação de diodos comuns nas fontes de alimentação afetem a enorme qualidade de som de seus equipamentos.

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N° do componente 

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Opinião

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