Reverse Recovery Time van diodes

Dit is het beeld van een diode welke door een  blokgolf van 50KHz aangestuurd. De blokgolfgenerator staat als stroombron geschakeld en gaat van positief door nul volt naar negatief.

Wat je doet is een diode met een blokgolf aansturen . De duty cycle ongeveer 80% en deze moet bv van 5V positief naar 10V negatief lopen. Als de blokgolf positief is dan gaat de diode geleiden. Zodra de blokgolf negatief wordt moet de diode gaan sperren. Hij heeft echter even tijd nodig om dat te gaan doen. Een diode heeft capaciteit dus er zit ook wat lading in die hij vasthoudt. Mijn idee is dat dat er voor verantwoordelijk is. Je ziet de diode dus in het negatieve deel nog even geleiden om dan geleidelijk te gaan sperren. De tijd die dat sperren duurt is de Trr (reverse recovery time). Dat is belangrijke informatie als je bv schakeldiodes of mixerdiodes gebruikt. Bij mixen moeten ze heel snel schakelen maar ook bij schakelende voedingen.

Als de Trr langer duurt dan een periode dan gaat de diode dus niet meer dicht en wordt er ook niet gemixed. Deze data staat vaak in het datasheet genoemd. De diode heeft eerst een storage tijd. De electronen moeten weer naar hun N laag terug en de gaten weer naar de P. Als ze er dan zijn begint de transition time waarbij de electronen en gaten zich weer op hun oude plaatsje vestigen (heel grof uitgelegd) Die twee tijden samen zijn de Reverse recovery time.

Die is best lastig te bepalen want er is ook nog een reverse leakage current en de transition time wordt gemeten tot weer de constante stroom. Dat is niet echt een scherpe knik maar een flauwe overgang over een vrij groot gebied. Men neemt meestal het 10% punt.

Na de eerste proef met een 47 ohm 1/4W weerstandje werd dat een beetje heet
Ingang was hoogohmig met 1:1 probe gemeten tussen weerstand en diode.
De diode was een 1n4007 die zo’n 100nS nodig heeft.

De Trr is later nog gemeten met een andere opstelling zonder probes maar via 50 ohm terminators direct op de scoop. Dat ging veel beter. Zie het plaatje hierboven
Kanaal 1 is de spanning als referentie, kanaal 2 de spanningsval, over een 50 ohm dummyload die in serie met de diode staat. Dus feitelijk de stroom. De referentie spanning trace  is om het schakelmoment zichtbaar te maken, niet om te kijken wat die spanning doet. Overigens is de Trr afhankelijk van stroom en spanning. Dus dit is niet een waterdichte test om een diode te selecteren. Als je 10A gaat schakelen bij 100V geeft dat andere resultaten. Bij gebrek aan een 10A 300V pulsgenerator heb ik dat niet geprobeerd maar je ziet bv aan curvetracer metingen wat stroom alleen al aan de Vf (drempelspanning) doet. ik heb bv een avalance diode getest die 300mV deed bij 1mA maar 1,4V bij 10A

Geel is de pulsgenerator, blauw de stroom door de dummyload. Je ziet de diode eerst geleiden. Dan zakt de puls naar nul en de diode stroom zakt mee. Op het moment dat de spanning de Vf bereikt zou een ideale diode in sper gaan. Je ziet dat dat niet direct gebeurd. Hij blijft geleiden tot de spanning zijn minimum heeft bereikt. Daarna gaat hij in ongeveer 10nS weer terug naar nul, Op deze plaatjes schiet hij overheen, dan weer terug ect. Dat zijn in dit geval meetfouten. Hier valt dus niet echt een Trr uit op te maken. Vooral reflecties op de kabel. Verder naar beneden staan metingen gemaakt met een betere scoop, snellere pulser, betere dummyload en alles met 50 ohm en verzwakkers afgesloten om reflecties te voorkomen.

Je ziet dat de 1n4148 een stuk sneller is. Het nadeel van een hele snelle recovery is dat dit bij schakelende toepassingen storingspulsen veroorzaakt (RFI) Hier zie je ook duidelijk een “foutje” in de scoop, een ongeveer 6ns delay tussen de twee scoopkanalen). Coax geeft ook delay maar voor 6ns heb je een meter of 1 a 2 nodig en de gebruikte kabels waren even lang.

Deze plaatjes hierboven zijn beroerd. De diodes blijven negatief blijkbaar geleiden.

 

Deze schakelt wel netjes.

Hieronder metingen gedaan van snelle Avalance en schottky diodes. De generator een 250MHz tektronix pulsgenerator. De scoop een Hameg 350MHz DSO en de dummy een 50 Ohm Radial met Hameg 20dB verzwakkers en de scoop ingang op 50 Ohm. Je ziet nu heel goed wat betere apparatuur voor verschil in resultaat geeft.

Hier zie je een 41ns Trr. De diode geeft een mooie geleidelijke (soft) recovery. Ook geen rare reflecties meer. Je ziet zelf dat de diode even tijd nodig heeft om de spanning te volgen. Dus niet zoals bij de Rigol waar de diode 6ns voor de pulser uitloopt. De datasheet geeft 50ns bij 1A.

BYW178 vergelijk

Hier een andere test. Dit is een negatieve puls. De diode is in sper. Dus je zou verwachten dat de stroom nul blijft. Toch zie je een 12ns korte reactie.

De diode valt heel snel af, en herstelt heel mooi geleidelijk maar wel traag. Zo’n 80ns.

Snelle  avalance diode. Hij valt zeer snel en strak af en herstelt binnen 12ns weer zonder uitslingeringen of overshoot bij herstel.

Kleine delay maar hij schiet weinig door en geeft met bijna 44ns een  snelle maar mooie gelijkmatige recovery. Deze heb ik ook in avalance gebracht maar dat was niet te fotograferen.

Als test om te kijken of de scoop veel uitmaakt nu de zelfde opstelling maar dan met een Tek 1GHz sample scoop. Twee opnames over elkaar zodat de originele puls alos referentie zichtbaar is.

Best een snelle jongen, deze klein signaal diode.

Je ziet dat de scoop wel degelijk uitmaakt. De Trr is in werkelijkheid bijna de helft korter.
Eens vergelijken met een 1n4148:

Deze is nog sneller. Vergelijk deze foto met de meting mbv de Rigol boven aan de pagina. Daar was de Trr niet te bepalen. Je ziet dat de puls iets lager doorschiet dan bij de Hameg.

Ook hier de Trr is op de Tek bijna de helft korter. Op de Rigol was het grofweg 8 a 9 ns, daarbij was de underschoot bijna het dubbele van de negatieve fase.  Hier spert hij al voor de blokgolf op zijn minimum is. Nu is hier steeds wel een langere kabel gebruikt. Een GR kabel gecalibreerd op 10ns. Dat zou de undershoot wat kunnen dempen. De spannings T heb ik met terminator laten zitten zodat de puls niet anders beinvloedt wordt. De overlayfoto is van de puls alleen aangesloten omdat dat niet anders ging.

De tijd op de Hameg was 12 ns, dat zit er hier niet ver naast. Door de andere schaal ziet het er alleen heel anders uit.

De U850 was de enige die ik mbv een 3M weerstand en ongeveer 1000VDC aan het oscileren kreeg. Een avalance pulser. De scoop is 350 MHz dus de Tr kan sneller zijn maar omdat DC geen trigger geeft en de pulsen erg onstabiel waren lukte het niet op de samplescoop.

Hier is het verschil kleiner, de Hameg maakt er 43ns van maar zo precies is het 10% punt nu ook niet te bepalen.

Hier een zelfde verschil 42 ns op de Hameg, 32 op de Tek. Je ziegt hier ook dat de underschoot er nagenoeg niet is.

De datasheet geeft een Vr van 52V bij 50uA. De meting klopt best aardig dus.

De datasheet geeft een max Vf = 0,55V. Je ziet dat deze waarde niet vast is. Hij begint al bij 200mV te geleiden om bij 1A op 0,38V te zitten. Eens kijken wat een avalance diode doet:

Bij 1080V slaat hij door. Datasheet noemt 800V. Deze haalt dus meer.

Ze geven een Vf van 1,9V bij 3A op. Met een DMM zul je een veel lagere spanning meten.

Dit is bij 3A, bijna 1,3V, de datasheet geeft 1,9V op. Blijkbaar heb ik hier een goed exemplaar.

Als vergelijk een gewone ordinaire 1n4004 in avelance mode.  Je ziet dat dat veel minder stijl gaat dan de BYW178.