Diode Reverse Recovery Tester

Linear technology heeft een mooi artikel over diode reverse recovery metingen, maar hier gaat het meer om flank steilheid (sub nano seconde pulsen). Best wel leerzaam om te lezen, de gebruikte oscilloscoop is ook wel een juweeltje (Tektronix 7104 Met de 7A29, 7B10, 7B15 plugins) met een risetime van 350ps.

http://www.linear.com/pc/downloadDocument.do?id=27403

Kijk zeker naar de appendix: SUBNANOSECOND RISE TIME PULSE GENERATORS
FOR THE RICH AND POOR.

Edit: Toevoeging artikel informatie.

[Bericht gewijzigd door Squant op woensdag 26 augustus 2009 20:20:15 (16%)

Op 26 augustus 2009 20:17:20 schreef Squant:
Linear technology heeft een mooi artikel over diode reverse recovery metingen, maar hier gaat het meer om flank steilheid (sub nano seconde pulsen).

Inderdaad, een leuk artikel dat had ik nog niet gevonden. Er wordt gesproken over de 'Diode Turn-On Time' welke volgens in PDF van de AVR-EB4-B wordt aangeduid als 'Forward Recovery Time'. Die tijden zitten in de nano seconden. Mijn scope is echter maar 60Mhz dus dat kan ik nooit meten.

De gebruikt test diode in mijn schakeling was een SKE 1/06 (Semikron) gelijkrichter diode. De reverse recovery is redelijk soft. Het viel mij op dat de bekende 1N4001 veel langer korter en grilliger in sper blijft geleiden en dat de 1N4148 extreem veel sneller is.

Mooie plaatjes en links, ben ik ook mee bezig geweest en staat nog op het lijstje om mee verder te gaan. Een testopstelling wilde niet echt lukken. Een 1n4001 ofzo nog wel maar dat was niet helemaal de bedoeling. Ik wilde snelle diodes kunnen testen ivm geschiktbaarbeid voor VHF en hoger.

Tot welke snelheid/frequentie kun je meten.

We kunnen natuurlijk niet vergelijken deze "low cost" ontwikkeling van flash2b met een meetapparatuur als de AVR-EB4-B die kost $14.236...omgeveer tien duizend euros!
Recovery time (enige ns)van ultra snelle dioden voor VHF en verder zijn zeker niet te meten met een 60Mhz scoop en een eenvoudig schema van een tiental euros.(NB: ik meen: die gebruikt componenten die kosten een tiental euros, niets te zien met waarde van de ontwikkeling)
Maar het zou interessant te weten hoe het werkt met snelle dioden als UF4007 bijvoorbeeld.
Recovery time van 200ns zou toch wel meetbaar zijn, denk ik.
@flash2b: Hebt u test met snelle vermogen's dioden gemaakt?

Prachtig! Een mooi voorbeeld van wat een slimme amateur allemaal zelf kan, als hij iets wil.
Je moet je wel bewust zijn van de beperkingen, natuurlijk. Maar vooral om te vergelijken is dit al héél leerzaam en waardevol.

Kun je ook nog onderscheiden of die spike ook (gedeeltelijk) wordt veroorzaakt door de capaciteit van de diode?

Op 27 augustus 2009 02:17:17 schreef fred101:
Tot welke snelheid/frequentie kun je meten.

De meetfrequentie is maximaal 50Khz en de tijdbasis van mijn scope (Tektronix 2213) gaat tot 0.05 µS. In de hoogste stand is echter het beeld niet echt optimaal.

Op 27 augustus 2009 08:55:34 schreef Emilien:
Hebt u test met snelle vermogen's dioden gemaakt?

Ik heb geen UF4007 dioden. Maar van het weekend (als ik weer tijd heb) ga ik met verschillende dioden testen. Ik zal de resultaten posten.

Op 27 augustus 2009 09:28:15 schreef Frederick E. Terman:
Kun je ook nog onderscheiden of die spike ook (gedeeltelijk) wordt veroorzaakt door de capaciteit van de diode?

Dank je wel voor je compliment !

Aangezien ik een weerstand van 47Ω of 120Ω vanaf de kathode naar de massa heb liggen, denk ik dat ik puur de doorlaat is sper meet. Mijn probe heeft ook maar iets van 20pF. De test opstelling is verder nog niet optimaal omdat er nu nog krokodil snoertjes naar de test diode lopen.

Leuk project, als het project voor jou afgerond is dan wil deze wel tussen de artikelen plaatsen.

Leuk projectje. Ik heb echter het vermoeden dat je voor een groot gedeelte de inductieve stroom door je meetweerstanden zit te bekijken. Misschien een type van 100 milli ohm pakken en daar een goede versterker achter plaatsen?

Op 27 augustus 2009 18:45:56 schreef Henry S.:
Leuk project, als het project voor jou afgerond is dan wil deze wel tussen de artikelen plaatsen.

Ik wil van het weekend eens gaan testen met wat verschillende (bekende) diodes, en dan de resultaten erbij zetten. Het lijkt mij leuk om het totaal als artikel te plaatsen maar dan zal ik ook iets over de werking erbij beschrijven (niet zo heel schokkend, maar toch)

Op 27 augustus 2009 19:55:10 schreef Xenobinol:
Ik heb echter het vermoeden dat je voor een groot gedeelte de inductieve stroom door je meetweerstanden zit te bekijken.

Als ik de test uitgang kort sluit, dan zie ik gewoon nog een blok golf op de scope. Wel is de amplitude dan wat gezakt, maar geen vervorming ofzo.

Nieuwsgierig geworden heb ik ook maar weer eens zo'n experimentje gedaan. Best grappig maar hoe bepaal je precies die tijd. ik schat op mijn foto zo'n 100nS of kijk ik dan erg fout. De diode is een 1n4001 of 4007, dat kon ik iet goed meer lezen. De weerstand was 47 ohm/kool en na de proef wat krokant. De diode "twijfelt" een beetje of hij wil recoveren (zal wel een meetfout zijn van de draden/aansluitingen.)
ik heb ook nog een zener, germanium en deze diode aan de VNA gehangen maar vergat de plaatjes op de memorystick te zetten en had toen het apparaat al uit. dat moet ik morgen nog even van zijn disk afhalen en overzetten als er geïnteresseerde zijn tenminste. Er was nauwelijks verschil tussen doorlaat of sper maar wel heel veel tussen gemanium en silicium.

Op 28 augustus 2009 00:40:55 schreef fred101:
ik schat op mijn foto zo'n 100nS of kijk ik dan erg fout. De diode is een 1n4001 of 4007, dat kon ik iet goed meer lezen.

Een 1N4004 heeft een RRT van 1.2µS à 2µS dus 100nS lijkt me niet goed.

Is je negatieve blokgolf van 50KHz volledig negatief? Om goed te kunnen meten moet de blokgolf wisselspanning +5V en -12V heen en weer pulseren waarbij de duty cycle 70-80% is. Op jou foto op hamforum zie ik de diode helemaal niet meer geleiden. Zie mijn laatste 2 scope foto's van hoe de curve eruit zou moeten zien.

Dat van een verbrand kool weerstandje van 47Ω ken ik wel, ik heb zijn 1/2W broertje hier liggen. In mijn tester zitten nu 5W weerstanden, maar 3W zou al genoeg moeten zijn

De datasheets zeggen er vaak iets over. Bij de 1N4148 staat zelfs een testcircuit (wat blokschematisch, maar 't komt ruwweg op hetzelfde neer, al moet het wel een goede scope zijn!).
Voor de 1N4148, bij If=10mA en Ir=-1mA, geven ze een rrt van 4ns op.
Voor de 1N4007, bij If=20mA en Ir=-1mA, geven ze een rtt van 30µs op.

Als ik het schemaatje in Simetrix uitprobeer, kom ik voor de 1N4148 ook op 4ns uit. Voor de 1N4007 krijg ik ruim 20μs te zien (in het plaatje van 10 tot 32μs). Je kunt zelfs de invloed van de junctiecapaciteit zien. De stroombron had een inwendige weerstand van iets meer dan 100kΩ, zodat de tijdconstante wijst op een Cj van ongeveer 20pF onder deze omstandigheden.

_{Bij hogere If is de rtt langer uiteraard, maar dat gaat niet gelijk op; eerder logaritmisch ofzo.
Bij hogere Ir wordt de rtt natuurlijk korter, maar óók niet lineair.
Je kunt dus niet eenvoudig rekenen met het afvoeren van een bepaalde hoeveelheid nC aan lading.}

die foto van mij is het zelfde als jouw scoopbeeld alleen een stuk verder ingezoomd. Ik zag eerst jou beeld met een zo'n spike en daar heb ik toen wat verder op ingezoomd. De scoop is 150MHz en de generator is een volledig instelbare pulsgenerator waarvan ik de stroombron uitgang gebruik. Ik heb een negatieve en positieve uitgang en heb hem nu nzo staan dat hij een stukje positief en de rest negatief was zoals op jouw foto. Spanning weet ik niet meer, hoog in ieder geval zodat ik ver kon inzoomen. Ik ga er nog eens verder mee testen. Zal ook de links weer eens lezen om het op te frissen.

Edit: het gaat dus niet om dat spike ding. Ik had al eerder gemeten en toen snapte ik hem ook niet. Nu ik het plaatje van fet zie snap ik het. Wat is die spike danh. Bij mij zelfs een dubbele. Omdat hij halverwege naar beneden zat leek het me een soort tegenstribbelen van de diode. De spanning wordt negatief er loopt dus geen stroom meer door de diode. De spanning op de scoop wordt laag maar halverwege laat de diode even wat door en de amplitude geeft twee piekjes. Ik denk als gevolg van de capaciteit. Klopt dat

[Bericht gewijzigd door fred101 op vrijdag 28 augustus 2009 11:55:02 (31%)

Op 28 augustus 2009 11:33:48 schreef fred101:
Wat is die spike dan. Bij mij zelfs een dubbele. Omdat hij halverwege naar beneden zat leek het me een soort tegenstribbelen van de diode. De spanning wordt negatief er loopt dus geen stroom meer door de diode. De spanning op de scoop wordt laag maar halverwege laat de diode even wat door en de amplitude geeft twee piekjes. Ik denk als gevolg van de capaciteit. Klopt dat

Fred101, grappig, ik had dezelfde vraag ook. Heb even een zoom gemaakt waarop de spike in de rode cirkel staat.

Vreemde extra spike bij een SKE 1/06 (meetfrequentie 1KHz):

Vreemde extra spike bij een 1N4001 (meetfrequentie 50KHz) (foto is van fred101):

Weet iemand waardoor dit wordt veroorzaakt? Komt dit door de capaciteit van de PN junctie ?

Ik ben er nog steeds niet uit wat die vreemde extra spike nou veroorzaakt. Het kan de capaciteit van de PN juncie met daarin de depletion zone zijn, maar ook de inductie vaan de inwendige aansluiting van de anode in de test diode behuizing. Ik heb de kabeltjes van de tester een stuk korter gemaakt, maar de spike werd er niet kleiner van.

Ik vond trouwens nog een mooi plaatje waar PN junctie schematisch is getekend:

Ook vond ik nog een mooie animatie waarin te zien is hoe een diode langzaam vanuit sper in geleiding wordt gebracht:

De depletion zone wordt door het aanbrengen van een sper spanning groter, waardoor de capaciteit afneemt. Hierdoor neemt de inwenige weerstand van de junctie toe. Dit zou de spike kunnen veroorzaken, maar ik kan er ook naast zitten. Het is al weer jaren geleden dat ik hier op school iets over leerde. Ach wat maakt het ook uit

Trouwens de meetresultaten van enkele tests die ik gedaan heb met mijn tester komen nog. Heb vandaag een hele lading 1N400x getest van verschillende merken en de RRT is uiteenlopend tussen 1.5µS en 10µS. Echt heel wisselend per leverancier. Nu begrijp ik ook dat RRT op gelijkrichter dioden niet in de datasheets staan.

Nou, ik vond hem dus wèl in de datasheet. Voor de 1N4007 gaf de fabrikant op: bij If=20mA en Ir=1mA, is RTT typ. 30μs.
Bij grotere Ir (harder sperren) is hij natuurlijk minder.

Ik zou best willen weten waar die spikes vandaan komen. 't Is niet een of ander capacitief of inductief effect, omdat het a. veel te abrupt is, en b. maar 1 maal voorkomt en niet rinkelt.
Er bestaan wel van die "snap" achtige effecten. Sommige diodes worden er speciaal op gefokt. Maar ik moet opzoeken hoe of wat ook weer.

Ik ben er ook nog even mee bezig geweest maar dat viel nog niet mee. Ik heb net alle links en mijn andere info nog eens doorgekeken en ben er nu wel uit denk ik. Ik heb ook de forward recovery time gezien. Teminste zo zag het eruit.

Ik werd door de tekening van FET op het verkeerde been gezet.
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 (of zo iets) 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 die constante stroom. Dat is niet echt een scherpe knik maar een flauwe overgang over een vrij groot gebied. FET zijn plaatje laat qua markers de Tt zien en ik dacht de Trr.

Ik heb de boel dus nu goed ingesteld staan. Met de Philips pulsgenerator kreeg ik de mooiste beelden en zag ik de Forward recovery time. Maar die levert weinig stroom dus er was ook geen lekstroom. Dat maakt het meten wel makkelijker.
Door echter stroom en spanning, freqeuntie en zo te varieren veranderde ook het beeld. Niet dramatisch maar het blijft bij benadering. Echter kun je wel zien of een diode snel of traag is maar niet precies hoeveel nS. Bij een 1N4148 zag ik wel een forward piek (zal wel ringing zijn van mijn probe) maar absoluut geen Rtt. Zelfs niet maximaal ingezoomd (waarbij je ineens wel ziet dat je blokgolf verre van ideaal is qua rise/fall.)

Kortom leuk meetexperiment maar voor de RF liefhebber niet echt praktisch haalbaar. Je hebt dan minstens een 1GHz sampling scope nodig.

Edit: ik heb nu een duthouder gebruikt en 50W dyummyload. Geen losse kabels meer dus. Nu zag ik de spikes niet. is dus toch een meetfout denk ik.

Ik had dit soort metingen ook al een aantal keer uitgevoerd. De stroom (groen) gemeten over een 50 Ω weerstand, de spanning over de diode (magenta) is het verschil van de diode + weerstand spaning minus de spanning over de weerstand. Gemeten met een Agilent 33250A funktiegenerator en een 500 MHz LeCroy oscilloscoop.

Hier de reverse recovery van een 1N4148.

O ja, en een plaatje van een 1N4001 reverse recovery:

Freddy, daar kan je echt niet mee meten, sorry hoor. Maar ik zal het goed met je maken. Ik heb hier nog een hele mooie 600KHz Philips GM scoop staan. Die mag jij hebben in ruil voor dat digitale geval. Is dat geen goed voorstel

Ik ga kijken of ik bij die 1n4148 wat zie. Wat voor instellingen gebruik je met de generator ? (Frequentie, pulswidth, amplitude en offset, hoeveel stroom en hoe was je opstelling verder)

Op 30 augustus 2009 00:20:56 schreef fred101:
Edit: ik heb nu een duthouder gebruikt en 50W dyummyload. Geen losse kabels meer dus. Nu zag ik de spikes niet. is dus toch een meetfout denk ik.

Wat heb jij als DUT houder gebruikt? Iets uit de handel of zelf gefabriceerd? Mijn test snoer is op dit moment 4cm met van die meet haakjes eraan, geen krokodil snoeren meer.

Ik volg dit topic al een tijdje, gewoon al plezant om te lezen.
@flash2B: in dit topic staat onderaan ook nog wat info over recovery times, zowel forward als reverse recovery. Ook forward en reverse reaction time.

- - big bang - -

@fred101,
De instellingen van de funktiegenerator zijn niet zo spannend. Dit was 1 kHz bij 20% duty-cycle, maar dit had net zo goed 1 Hz of iets anders kunnen zijn. Veel belangrijker zijn de stijg- en daaltijd van de flanken: deze is gespecificeerd op <8ns.
Bij de meting aan de 1N4148 stond de spanning van de generator ingesteld op 8Vpp (in 50 Ω ), dit komt dus neer op 8 Vp open klemspanning. In 100 Ω (50 Ω interne generator weerstand en 50 Ω stroommeetweerstand) minus de diodespanning komt dit neer op ongeveer 70 mA doorlaatstroom.

Geen fototoestel bij de hand, maar ik zal het de opstelling proberen te omschrijven. In het kort komt het er op neer dat de diode en meetweerstand in serie op de generator zijn aangesloten. Hiervoor is de generator met een 1 meter lang 50 Ω coax aangesloten op een BNC=>banaan adapter aangesloten. (Niet om hier lange meetsnoeren op aan te sluiten maar omdat hier rechtsteeks draden in geklemt kunnen worden.) De meetweerstand is een 50 Ω BNC afsluitweerstand en op een tweede BNC=>banaan adapter geschroefd. De beide massa klemmen van de twee BNC=>banaan adapters zijn met een kort draadje (ca. 10 mm ruimte tussen de klemmen) met elkaar verbonden. De diode zit nu geklemd tussen beide signaal aansluitingen van de BNC=>banaan adapters.
Het korte draadje tussen beide adapters is de massa en hierop zijn beide massa-aansluitingen van de oscilloscoopprobes geklemd. De beide probes (1:10) zijn nu aan weerszijden verbonden met de anode en kathode van de diode.

Nu is deze opstelling niet ideaal. Doordat de generator niet consequent een 50 Ω belasting ziet (ca 100 Ω tijdens geleiding van de diode en ∞ Ω tijdens sperren) zullen reflecties ontstaan. Gelukkig hebben deze weing invloed op de negatieve stroomimpuls waar het om te doen was (getest met 2 meter coax en rechtstreeks op de generator geklemd). Wel zie je de reflecties terug in het spergebied als wiebeltjes. Maar deze waren toch niet van belang.

Een verdere verbetering is om de stroommeetkabel en de generatorspanningmeting met 50 Ω kabels met de juiste afsluitingen aan weerszijden uit te voeden. Zo kunnen nog kortere recovery tijden gemeten worden.

Ik zie op de foto's van flash2b uit de startpost draadgewonden weerstanden zitten. Dit soort dingen zijn echt uit den boze wil je korte schakeltijden meten.

Volgens mij is de oscilloscoop niet echt het meest handige instrument om dit mee door te meten.
Want je hebt meteen een overdreven goede oscilloscoop nodig om een beetje interressante diodes door te meten.

Het meest simpele wat ik kan bedenken is de volgende (principe)schakeling:

               ___            
blokgolf -----[___]----|>|------------,
                            |    |    | 
                            |    |    | 
                           |`|  ===  (V) 
                           |_|   |    | 
                            |    |    | 
aarde---------------------------------`

De blokgolf wordt door de diode gelijkgericht. Daardoor gaat er een bepaalde stroom lopen door de weerstanden, die door de condensator wordt afgevlakt. Maar doordat de diode te lang blijft geleiden wordt niet netjes alleen het positieve deel van de blokgolf doorgelaten, maar ook een klein stukje van het negatieve. Dit zorgt ervoor dat de spanning over de condensator ook wat kleiner is dan verwacht zou worden.
Je moet natuurlijk wel compenseren voor de doorlaatspanning van de diode. Maar die valt gewoon statisch te meten.

Met deze methode meet je natuurlijk niet alleen de RRT, maar ook de FRT (heet dat zo?) speelt ook meteen mee. Maar dat valt wel te compenseren.

Dit lijkt mij de methode om met de meest minimale middelen dit goed te meten. Doordat je de blokgolf probleemloos een redelijk hoge frequentie kan geven zou dit aardig moeten werken.

Het meten van de reverse recovery time aan de hand van een gemiddelde spanning zal niet werken. Je ziet aan de twee metingen die ik heb verricht aan een 1N4148 en een 1N4001 dat de vorm van de negatieve stroomimpuls afhankelijk is van de te meten diode. Het gemddelde is daarmee niet alleen afhankelijk van de hersteltijd. Ook de amplitude van de reverse stroom is type afhankelijk, en daarmee van invloed op de gemiddelde stroom.