Pourquoi le bruit d'avalanche Zener est-il en forme de dent de scie?

J'ai le schéma suivant d'une source de bruit basée sur Zener: -

schématique

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

Une fois construit, un oscilloscope révèle un signal de bruit de dent de scie au nœud "Bruit", comme:

La base de temps est de 1us / div. Quelqu'un peut-il expliquer pourquoi le signal est en forme de dent de scie? Au départ, je m'attendais à une forme d'onde triangulaire, voire sinusoïdale. Je pense que c'est quelque chose à voir avec l'impédance du Zener en conjonction avec la résistance beaucoup plus élevée de 100 kOhm. Les électrons tombent librement en cascade à travers la jonction, mais la résistance restreint le flux de courant lorsque l'avalanche s'arrête. Nous parlons 60uA. Le résultat est une accumulation de charge plus lente que lorsque le courant circule pendant une avalanche.

Cette forme d'onde n'est pas particulière à ma configuration. Il existe d'autres exemples ailleurs sur l'Interweb où les gens ont vraiment zoomé sur le signal, l'un étant https://youtu.be/CAas_kbTW3Q?t=714 . Il y a aussi un bon graphique ici montrant que le bord montant est légèrement incurvé. Ce n'est probablement pas familier car il est généralement montré avec une base de temps beaucoup plus lente. Ai-je raison sur l'explication de la résistance / impédance?

zener waveform avalanche-breakdown

— Paul Uszak
source

Y a-t-il un condensateur dont vous ne nous parlez pas? Ou, quelle est la capacité de jonction de la diode?

— Brian Drummond

@BrianDrummond Non, juste ce qui est montré et une avance de 50 Ohms directement sur la portée. Il était de style bug soudé (excluant clairement le bloc d'alimentation 30V).

— Paul Uszak

Réponses:

Considérez que vous avez effectivement ceci:

schématique

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

où C est la capacité de jonction, plus toute capacité externe (fils, planche à pain, etc.). Une partie du courant de R1 passe par D1, mais le reste charge C. Une fois que la tension atteint un certain niveau, une panne d'avalanche se produit et le courant circule de C jusqu'à ce que l'avalanche s'arrête. Ensuite, le courant recommence à charger C.

Pour calculer C, vous devez d'abord connaître la fuite. Diminuez V1 jusqu'à ce que le bruit disparaisse. Mesurez ensuite le courant. Augmentez ensuite V1 à 30V. Mesurer la pente montante du bruit dV / dt. Mesurer la valeur moyenne de V. Le courant à travers R1 est approximativement constant à (30V - V) / 100kohm. En soustrayez le courant de fuite, puis utilisez I = C dV / dt pour calculer la capacité.

— τεκ
source

Comment êtes-vous arrivé à la valeur de 10pF s'il vous plaît? Et voyez-vous la panne comme étant effectivement courte à travers le Zener?

— Paul Uszak

@PaulUszak J'ai ajouté un peu sur la façon de calculer la capacité (qui inclut également la capacité de la maquette, si vous la construisez sur une maquette). Les valeurs typiques de la capacité de jonction des diodes Zener semblent se situer entre 10 et 100 pF. Regardez le graphique à la page 6 de cette fiche technique . Ils fabriquent également des diodes zener à faible capacité.

— τεκ

@PaulUszak Lorsque la panne se produit, c'est l'impédance zener (70 ohms-ish). Si vous avez suffisamment zoomé, vous pouvez probablement l'estimer également à partir de la pente, surtout si vous avez ajouté plus de capacité pour le ralentir.

— 2018

Cette configuration pourrait-elle être utilisée dans un comparateur pour un contrôleur PWM conçu pour un convertisseur DC-DC, tout comme un projet de loisir?

— Daniel Tork

@DanielTork pour obtenir un temps d'impulsion aléatoire?

— 2018

Les décharges aléatoires proches de la rupture proviennent de charges diélectriques cristallines aléatoires se décomposant sous un champ E élevé produisant un courant impulsionnel qui fait chuter la tension avec un temps de chute RC. Si vous pouviez mesurer la taille du temps de chute, vous pourriez estimer la taille du C dans cette particule chargée.

Si je suppose que chaque particule voit au moins 50kV / mm ou 50V / um ou 50mV / nm, la taille de la charge peut être d'environ 10 à 20 nm pour obtenir 500 à 1000 mV. Cela peut être mis à l'échelle en fonction des tailles de particules épixtaxiales dans le réseau cristallin de Si.

Comme un oscillateur unijonction, sauf avec des seuils aléatoires dans une plage limitée, le C se charge et la tension Zener s'effondre rapidement de 1 à 5% juste en dessous du seuil de claquage à des courants très faibles.

En regardant la forme d'onde, je m'attends à ce que le rapport temps de montée / descente soit ~ 100 ou moins dans cette dent de scie.

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
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