Как выбрать диод для выпрямителя в ТВ и ПК и не ошибиться между 1N4007 и Шоттки при разных напряжениях и частотах в цепях питания

Два диода. Внешне похожи, назначение одно, а результат в схеме может оказаться совершенно разным. Эта разница стоит потраченного вечера за осциллографом и нескольких сгоревших компонентов, если подойти к выбору наспех. Среди радиолюбителей и сервисных инженеров не утихают споры о том, когда ставить классический 1N4007, а когда без диода Шоттки просто не обойтись. Ответ не так прост, как кажется, и зависит от конкретной цепи, рабочей частоты и напряжения в схеме.

Разобраться в этом вопросе помогут не абстрактные рассуждения, а конкретные цифры из даташитов и практика ремонта блоков питания телевизоров и персональных компьютеров.

Физика перехода решает всё

Принципиальное различие между двумя типами диодов заложено на уровне физики полупроводникового перехода. В классическом 1N4007 работает p-n переход: граница между областями с разным типом проводимости. Такой переход требует определённого напряжения для "открытия", и это прямое падение напряжения у кремниевых диодов составляет типично 0,6-1,1 В. У 1N4007 при токе 1 А падение достигает 1,1 В согласно официальным техническим данным.

Диод Шоттки устроен иначе. Там барьером служит переход металл-полупроводник, и работает он исключительно на основных носителях заряда, без инжекции неосновных. Именно это даёт два ключевых преимущества: малое прямое падение напряжения в диапазоне 0,2-0,4 В для низковольтных версий и практически мгновенное переключение, поскольку отсутствует накопленный заряд в переходе, который нужно рассасывать при смене полярности.

Но у барьера Шоттки есть одна неприятная особенность, о которой забывают при выборе диода. Столь малое падение напряжения сохраняется только при обратном напряжении до 50-60 В. Как только порог растёт выше, прямое падение начинает приближаться к показателям обычного кремниевого диода, а преимущество по потерям постепенно исчезает.

Что происходит с 1N4007 на высокой частоте

Ответ на вопрос "почему нельзя просто везде поставить 1N4007" кроется в скоростных характеристиках. Этот диод проектировался для работы в цепях переменного тока с частотой до 60 Гц, то есть для промышленной сети. Ёмкость перехода у него составляет около 15 пФ, а время обратного восстановления не регламентируется производителем вовсе, что само по себе красноречиво.

Если включить 1N4007 и диод Шоттки 1N5817 в схему однополупериодного выпрямителя и сравнить их поведение на осциллографе при частоте 300 кГц, картина будет показательной: Шоттки более-менее справляется с выпрямлением, а 1N4007 попросту не успевает закрываться при смене полуволны. На осциллограмме будет виден отрицательный выброс, который означает, что диод пропускает обратный ток. В импульсном блоке питания это не просто снижение КПД, это лишняя нагрузка на силовые ключи и источник нестабильности выходного напряжения.

Именно по этой причине 1N4007 не применяют во вторичных выпрямителях импульсных источников питания компьютеров и телевизоров, где рабочая частота ШИМ-преобразователя составляет десятки и сотни килогерц.

Где живёт 1N4007 в реальной схеме

Это не значит, что 1N4007 устарел или непригоден. Он занимает ровно свою нишу, и в этой нише незаменим. Входные выпрямители блоков питания от сети 220 В работают на частоте 50 Гц, и здесь 1N4007 чувствует себя отлично. Пиковое обратное напряжение у него составляет 1000 В, а допустимый средний выпрямленный ток достигает 1 А при хорошем теплоотводе.

В телевизорах 1N4007 традиционно стоит в диодном мосте входного выпрямителя перед сглаживающим конденсатором. Сетевое напряжение после выпрямления даёт около 310 В постоянного тока, и никакой диод Шоттки с его максимальным обратным напряжением 20-150 В туда не поставить. Это просто физически невозможно без немедленного пробоя при первом же включении.

Аналогичная картина в блоках питания персональных компьютеров формата ATX: входной мостовой выпрямитель на 220 В всегда строится на диодах с высоким допустимым обратным напряжением. Там стоят либо 1N4007, либо специализированные быстрые диоды серии UF4007, рассчитанные на те же напряжения, но с улучшенными скоростными характеристиками.

Где Шоттки незаменим и почему вторичные цепи питания ПК без него не работали бы

Вторичная сторона импульсного блока питания компьютера или телевизора работает совсем в других условиях. Напряжения там низкие, токи высокие, частота преобразования составляет от 50 до 500 кГц. В системных блоках питания канал +5 В потребляет десятки ампер, канал +3,3 В работает в схожем режиме. Рассеивать мощность на p-n переходе при таких токах было бы расточительно.

Возьмём наглядный расчёт. При токе 15 А и прямом падении напряжения 1 В на кремниевом диоде рассеивалось бы 15 Вт тепла на каждом диоде. В двухполупериодной схеме со средней точкой это уже 15 Вт суммарно, а в мостовой схеме потери удваиваются. Диод Шоттки с прямым падением 0,4 В при тех же 15 А рассеивает 6 Вт. Разница почти в 2,5 раза по тепловыделению при одинаковом полезном токе через нагрузку.

Именно поэтому в компьютерных блоках питания во вторичных выпрямителях каналов +5 В и +3,3 В применяются сдвоенные сборки диодов Шоттки с общим катодом. Классический пример таких сборок, встречающихся при ремонте, это SBL3040PT, рассчитанный на прямой ток каждого диода 15 А при максимальном обратном напряжении 40 В. Там, где нагрузка по постоянному току велика, а напряжение не превышает нескольких десятков вольт, диод Шоттки выигрывает с заметным преимуществом.

Обратный ток и температурная зависимость как подводные камни Шоттки

Честный разговор о диодах Шоттки невозможен без упоминания их слабых сторон. Первая из них касается обратного тока утечки. У 1N4007 этот параметр составляет не более 5 мкА при комнатной температуре. У диода Шоттки 1N5817 при тех же условиях обратный ток уже достигает 20 мкА, что в четыре раза выше. При нагреве до рабочей температуры этот ток у Шоттки может вырасти в несколько раз, тогда как у кремниевого диода он остаётся значительно более стабильным.

Вторая особенность связана со стойкостью к обратному напряжению. Если оно даже кратковременно превысит максимально допустимое значение, диод Шоттки необратимо выходит из строя. Кремниевый p-n переход в аналогичной ситуации может восстановить свои свойства после снятия перегрузки. Это делает Шоттки уязвимым в цепях, где возможны коммутационные выбросы или переходные процессы с кратковременным ростом напряжения выше номинала.

Третья особенность, о которой говорят практики, связана с диагностикой неисправности. Диод Шоттки может проявлять "тепловую утечку": при проверке мультиметром он показывает норму, но после прогрева в рабочем режиме начинает пропускать обратный ток. В блоке питания это выражается в срабатывании защиты или нестабильности выходных напряжений. Такой дефект диагностируется только прогревом под нагрузкой.

Практические критерии выбора для ремонта и проектирования

Разобравшись в физике и цифрах, можно сформулировать несколько рабочих правил, которые снимают большинство вопросов при выборе.

Входной выпрямитель от сети 220 В требует диодов с обратным напряжением не менее 600-1000 В. Здесь ставят 1N4007 или его аналоги. Шоттки туда не идёт принципиально.

Вторичные выпрямители импульсных источников питания при выходном напряжении до 50 В и токах от нескольких ампер требуют диодов Шоттки. Попытка поставить туда 1N4007 обернётся его перегревом и нестабильностью схемы на рабочей частоте преобразователя.

Маломощные вспомогательные цепи с токами до 0,5 А при низких частотах допускают применение 1N4007, хотя в тех же условиях Шоттки будет греться меньше и работать аккуратнее. Здесь выбор определяется скорее наличием нужного компонента и экономическими соображениями, нежудие принципиальной технической необходимостью.

При ремонте телевизора вторичные цепи дежурного источника питания, питание процессора, питание подсветки через ШИМ-контроллер всегда строятся на диодах Шоттки. Заменить их кремниевыми аналогами и ожидать нормальной работы схемы нельзя. Это одна из типичных ошибок при ремонте "чем было под рукой".

Итог, который не оставляет места для путаницы

1N4007 и диод Шоттки живут в разных частях одной и той же схемы и решают принципиально разные задачи. Первый держит высокое сетевое напряжение и не боится обратных выбросов, второй обеспечивает минимальные потери в быстрых низковольтных цепях при больших токах. Попытка заменить один другим без понимания условий работы заканчивается предсказуемо плохо.

Разница в цене между этими компонентами невелика, разница в последствиях неправильного выбора весьма ощутима. Мастер, который знает, где какой диод должен стоять, не тратит время на повторные ремонты одного и того же узла.