Днями Лінда з відділу постачання зайшла до мене з проблемою: Лу з конструкторського відділу попросив її знайти заміну для діода, який згорів у імпульсному джерелі живлення. Чортова штука була маркована дивним номером, розшифрувати який не допомогло ніяке гугленіе.
На корпусі був впізнаваний логотип виробника, але запитати у нього довідкові дані не представлялося можливим - маркування типу залишилася від давно проданої компанії і в подальшому ніким не використовувалася. Залишалося спробувати вирішити проблему самостійно.
На щастя в ЗІПе була друга ідентична деталь, і Лу зміг надати мені справний діод того ж типу. Тепер мені лише залишалося з'ясувати, що ж це таке. Звичайний випрямний діод? Стабілітрон? Діод Шотткі? Яке зворотне пробивну напругу? Ємність переходу? Час відновлення?
З розмірів корпусу DO-41 нескладно було зробити висновок, що допустима потужність становить один ват. Чи не становило також праці пропустити різні струми і виміряти пряме падіння напруги, щоб переконатися, що це не діод Шотткі. Поєднавши послідовно кілька джерел живлення і поступово збільшуючи зворотне напруга (з струмообмежувальні резистори відповідного опору на випадок досягнення пробивної напруги стабілітрона), я переконався, що це не стабілітрон - по крайней мере, в межах випробувального напруги 200 В.
Завдання оцінки необхідного максимально допустимої зворотної напруги могла бути вирішена шляхом первісної заміни в схемі джерела живлення перевіряється приладу високовольтних діодом і подальшим вимірюванням падаючого на нього напруги.
Таким чином, невідомими залишаються тільки ємність переходу CJ і час відновлення зворотного опору TRR. Це час, протягом якого діод залишається в провідному стані після різкої зміни прямого напруги на зворотне. Я повинен був знайти спосіб вимірювання цих параметрів. І без будь-якого екзотичного обладнання, лише з тим, що необхідно для грубої оцінки, іншими словами, все, з чим я повинен був працювати - це функціональний генератор з часом спаду 40 нс і 100-мегагерцовий осцилограф.
Вимірювальна установка була дуже простою. На перевіряється діод подавалися 5-вольт імпульси з таким постійним зміщенням, щоб діод відкривався тільки на час позитивних піків імпульсів. Осцилограф, підключений до обох висновків діода, синхронізуватися негативним фронтом імпульсу генератора. Змінюючи постійна напруга зсуву, можна було керувати прямим напругою і струмом провідності діода. Струм провідності досліджуваного діода вимірювався по падінню напруги на послідовному опорі 50 Ом.
Перші, що було потрібно зробити - оцінити працездатність вимірювальної установки. Наскільки адекватно ці доморощені випробування відображають реальні характеристики діодів? Це було перевірено шляхом вимірювань декількох діодів з відомими параметрами і порівняння результатів з інформацією з технічної документації. Я протестував наступні діоди, і знайшов результати вельми цікавими:
- 1N4002 - використовуваний в повсякденній практиці стандартний випрямляч з вказаним значенням CJ = 15 пФ і невідомим TRR;
- 1N4148 - швидкодіючий переключающий діод з зазначеними значеннями CJ = 4 пФ і TRR = 8 нс;
- MUR880 - потужнострумовий випрямний діод з швидким відновленням і зазначеними значеннями CJ = 300 пФ і TRR = 200 нс;
- Загадковий об'єкт.
Для зручності порівняння масштаб по осі часу для всіх осциллограмм обраний однаковим і рівним 100 нс / справ.
Почавши з діода 1N4002, постійний зсув генератора імпульсів
було встановлено таким, щоб вершина імпульсу перебувала на
рівні 0 В, на два ділення нижче верху екрану, а спад імпульсу відбувався
до рівня -5 В. Досліджуваний діод не буде переходити в провідний стан,
а дуже незначний негативний струм (синя осциллограмма)
обумовлений невеликою ємністю CJ.
Для отримання еталонних даних паралельно перевіряється діода
тимчасово був підключений конденсатор ємністю 120 пФ, віддалений
при виконанні наступних вимірювань. Струм на синьої осциллограмме
пов'язаний, тільки з цієї ємністю, слід відрізняти
від зворотного струму.
Встановлене постійний зсув генератора імпульсів
на 400 мВ перевищувало напруга почала включення
досліджуваного діода. Високий рівень сигналу в лівій частині
жовтої осцилограми відображає прямий зсув 400 мВ.
Великий стрибок напруги породжує незначний
зворотний струм.
Постійне пряме зміщення, збільшене на 100 мВ для кращого
відкривання діода, стало рівним 500 мВ. Зворотний струм 2 В / 50 Ом = 40 мА
зберігається протягом приблизно 100 нс.
Після чергового збільшення на 100 мВ зміщення досягло 700 мВ,
а прямий струм - 16 мА. Добре видно, що чим сильніше відкривається
діод, тим більше час відновлення його зворотного опору.
Як видно з осцилограми вище, до початку закривання перевірявся
діод знаходиться в стані провідності протягом приблизно
1200 нс при напрузі на переході близько 600 мВ.
Це наочно демонструє, наскільки добре стандартний випрямний діод підходить для частоти 50 або 60 Гц, де поступове плавне зміна зворотного зсуву відбувається за час, що набагато перевищує TRR. Але ви можете бачити, що в режимі різких перемикань діод стає віртуальним коротким замиканням на значну частину періоду. Не добре.
Тепер давайте, порівняємо попередні результати з діодом 1N4148.
Для впевненого відкривання діода 1N4148 постійний зсув
встановлено рівним 800 мВ; протікає при цьому прямий струм
дорівнює 20 мА. При такій швидкості наростання вхідного імпульсу
час відновлення зворотного опору занадто мало
для того, щоб його можна було виміряти за допомогою осцилографа.
Постійне зміщення і амплітуда імпульсу встановлені такими,
щоб через відкритий 1N4148 протікав струм, граничний для
використовуваного генератора. 50-омний узгоджувальний резистор на вході
випробовуваного діода був на час видалений, щоб отримати
максимальний прямий струм 100 мА, однак навіть при таких умовах
зворотний струм був настільки малий, що виміряти його не представлялося
можливим. Зверніть увагу, що для цієї осцилограми масштаб
по вертикалі був тимчасово змінено на 5 В / справ.
Далі переходимо до MUR880.
Діод MUR880 при прямій напрузі 0 В. Грунтуючись на вимірах,
зроблених вище для конденсатора 120 пФ, ємність CJ можна оцінити
величиною порядку 100 пФ - краще зазначеного в довідкових
даних значення 300 пФ.
MUR880, як і в попередньому випробуванні, харчується максимально
допустимим струмом генератора. Прямий і зворотний струми однакові
та є рівними 100 мА. Масштаб по вертикалі тимчасово був змінений на 5 В / справ.
Як і очікувалося, час відновлення зворотного опору
як і раніше дорівнює 200 нс.
Невеликий час TRR робить діод придатним для використання в потужнострумових переключающих схемах, але навіть при цьому одним з факторів, що обмежують робочу частоту, буде те, як швидко діод виходить зі стану провідності. Обійти це обмеження можна заміною діодів синхронно керованими МОП-транзисторами.
І, нарешті, ми візьмемо невідомий діод.
Невідомий діод при прямій напрузі 0 В. На час я збільшив
чутливість синього каналу і замінив досліджуваний діод
невеликим конденсатором, щоб визначити, що при нульовому
зміщенні ємність CJ приблизно дорівнює 25 пФ.