Avalance diode - Uitleg en Toepassing

Zener diodes gebruiken vanaf een bepaalde spanning meer avalanche breakdown dan het zener effect.
Fred01 heeft een pulsgenerator mbv avalanche gemaakt.

Edit:
http://www.pa4tim.nl/?p=3076

[Bericht gewijzigd door rbeckers op donderdag 27 september 2012 22:24:36 (11%)

"Avalanche Diode" is een wat vage term. Dat kan een Shockley-diode (vierlagendiode) zijn. Het kan ook een anti-parallelschakeling van twee Shockley-dioden zijn, of een neefje daarvan: de drielagendiode - die kennen we onder de naam "DIAC".
Kortom: elke diode die zich wat lawine-achtig gedraagt, kan je aanduiden als Avalanche Diode, maar dat betekent geenszins dat ze dezelfde karakteristieken hebben...

@rbeckers
Die schakeling van Fred101 heb ik gezien. Hij gebruikt het zener effect van een transistor die 'verkeerd om' is geschakeld. Ook in een schema van Pros heb ik dat wel eens gezien om ingangen tegen spanning pieken te beschermen (met de CE aan elkaar).

@Pros
Philips gebruikt in zijn datasheets "Guaranteed avalanche energy absorption capability" bij een BYV26E. Wil dit dan zeggen dat die in reverse 'erg goed' spert itt normale diodes?

http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/philips/BYV26_2.pdf

Ik lees bijvoorbeeld dat de E_rsm bij I_r=400mA bij inducieve load de energie van 10mJ kan absorberen.

Het zijn van die wit dof glazen dioden die op een kraal lijken.

Ook leuk leesvoer: http://en.wikipedia.org/wiki/Diode

Ik dacht dat het avalanche-effect niets met het sperren te maken heeft bij deze diodes, maar met het doorlaten. Op het moment dat ze opengaan, gaan ze gelijk heel erg open, waardoor ze niet alleen bij het sperren snel zijn. Overigens dacht ik dat de 1N5062 helemaal zo snel niet was, deze is het broertje van de BYW56 enzo toch?

Let wel, dit heb ik ook niet in de boeken kunnen verifieeren.

[Bericht gewijzigd door maartenbakker op donderdag 27 september 2012 23:24:54 (15%)

http://www.pa4tim.nl/?p=1677. Daar gebruikte ik het avalance effect voor het eerst door 3 torren in serie te zetten.
Overigens gebruik ik de tor niet verkeerd om. De bais ligt aan massa waardoor hij spert. Ik zet er DC op boven de breakdown spanning. Hierdoor slaat hij door en krijg je het effect. Door de weerstand zakt de spanning snel onder De sperspanning en de tor spert weer. Daardoor stijgt de sanning waardoor de tor weer doorslaat ect. Dat is sneller dan de basis te sturen,

Ik zal eens zoeken, ik heb ergens een goede uitleg over zener versus avelance in een boek staan. Ik dacht dat er sl eens een topic over geweest is. ( of als onderdeel van een topic)

Zener is een algemene naam, veel diodes die wij zeners noemen zijn geen echte zeners. Tot 5,6 V ( of ergens in doe buurt) zijn het zeners, daarboven avelance diodes. Sommige Vrefs zijn Avelance diodes.
Een zener breekt geleidelijk door. Zoals waneer je een kraan open draait. Eerst eat druppels, dan een pisstraaltje tot de kraan vol open gedraaid is.
Een avelance diode is meer een stortklep. Het ding is praktisch in een keer open. Zeg maar alsog je en emmer om kiept.

Daarom is een avelance effect zo bruikbar voor snelle pulsen. De spanning stijgt langzaam, een zener begint een beetje te geleiden, en steeds meer bij het verder stijgen, meet dat met een probe op en je krijgt een trage risetime.
De avelance diode gaat in en klap geleiden, alles of niets. Daardoor krijg je zo'n snelle puls

Elke pn ( of np ) overgang heeft een breakdown voltage, een spanning waarbij de laag doorslaat. Meestal destructief maar als je de tijd kort houdt en de stroom begrensd kan het goed gaan ( siliium puntcontact diodes waren bv waanzinnig snel maar nog sneller defect) een avalance diode wordt zo gemaakt dat ze een meer stroom aan kunnen in avelance en dat het gecontroleerder gaat.

Je kan een 1n4007 bv best gebruiken als zener. Het is alleen de vraag hoeveel mA hij aankan en hoelang hij dat volhoudt. ( de "zener" spanning ligt met 1000 V ook een beetje hoog )

Net zoals je een gewone diode als varicap kan gebruiken. Alleen wordt en varicao zo gemaakt dat het effect zo constant mogelijk is en dat het effect gedocumnteerd wordt in de datasheet.

Dank jullie wel allemaal voor de reacties.

Dat zener diodes >5.6V avalance diodes zijn had ik al wel eerder gelezen. Maar die dingen worden als referentie gebruikt in sper richting en ik begrijp de werking. Met een van mijn curve tracers kan ik ook 'verkeerd om' meter (zie ook mijn foto in mijn avatar) maar het is maar -15V dus (vaak) niet genoeg om het effect te zien.

Specifiek gaat het over de diodes die ik in mijn start post heb staan. Dit zijn "Controlled Avalance Rectifier" diodes, dus primair bedoeld om in "Forward" mode te staan.

Wat Maartenbakker schrijft lijkt mij plausibel, en kan ik me een beeld mee vormen.

Echter wat me bevreemd is dat het Avalance effect altijd wordt genoemd in dezelfde zin als Reverse. Fred101 schakeling laat zien dat het ook andersom kan!

Als ik met met een puls generator nou in "Forward" een puls aanbied die net onder de drempelspanning zit, dan zou ik er een pulse shaper of schmitt trigger van moeten kunnen maken toch?

Goed van het weekend maar ff weer eens meten (als ik tenminste er weer tijd voor heb).

Edit:
Fred's schakeling is natuurlijk ook in-reverse.

Het is ook reverse. Ik gebruik hem niet forward. De collector emitter overgang van een npn met de basis aan massa is gesperd. Maar net als elke diode overgang heeft die ook een max reverse spanning.

Omgekeerd, een diode die die heel snel avelanced zal ook heel snel forward schakelen. Meestal want ook daar schijnen ze weer dingen op de bedenken. Het is maar net waar men conmercieel de nadruk op legt. Of wat je bewust gaat maken.
Er zijn bv situaties waar men heel snel open wil maar een langzame recovery. Dus krijg je slow recovery diodes.
Zo'n ding kun jepima gebruiken om gewoon 50Hz gelijk te richten, het is alleen wat overkill. Dus als je snel wil schaklen in een smps dan is een avelance diode vast bruikbaar als stroom en spanning tenmiste kloppen. Je wil wel de snelle forward schakeltijd, de fast recovery maar niet dat hij in avelance gaat.

Dat geeft me een idee. Zo kun je een smps msken onder regelelectronica. Zet een avelance diode naar massa ipv en mosfet en laat die de spoel schakelen. Zo kun je een auto- boost converter maken. ( wel redelijk ongeregeld maar misschien kun je er bv nixies mee voeden.

Ik begin nu wel aan mezelf te twijfelen, hoe plausibel het ook klinkt. Laten we nog even doorzoeken naar een bron.

Laten we het gewoon eens meten

Alleen wat willen we weten.
Ik denk
- de T-rise, bij Vf , dus turn on time, en hoe die curve er uit ziet. Haaks of met een grote bocht.
- de RRT ( en het er bij horende stuk waar ik even de naam van kwijt ben, ik dacht iets als recombination time of zo)
- Vf curve tov stroom, hoewel de Tr daar ook wat over zegt is het interessant te weten of het met een hogere stroom bv sneller gaat en wat Vf doet. Bij de meeste diodes wordt die hoger bij grotere stroom.
-V-reverse, idem, maar dan ook T-fall . Bij zo'n avelance pulser kun je ook op de collector kijken hoe snel hij omlaag gaat, (maar ook op de emitter hoe snel hij omhoog komt, feitelijk komt het denk ik op het zelfde neer) maar het gaat
- capaciteit in sper vs spanning. Heeft en snellere diode meer of minder capaciteit. Zou bv iets lulligs ls een speedup condensator bij een diode ook wat doen ?

Ik ben wel in voor dit soort experimentjes. Kan tot iets van 100 pS meten. En heb pulsers die onder 1ns ( en een die tot 185V) gaan

Ik heb binnenkort een Tek plugin om aan torren te meten. Geen curvetracer maar een leuke rariteit uit begin jaren 60 voor onderzoek naar torren, om bv Tr, breakdown, saturatie, schakelsnelheid ect van torren en diodes te meten. Nu heeft dat ding een middeleeuwse BW maar met wat mazzel zijn die Tr en BW data gebaseerd op de scopen waar hij toen in gebruikt werd en kan ik de output ergens intern ook uitkoppelen en bv een snellere pulser inkoppelen naar een samplesoop (heb nog niet het hele manual in detail bestudeerd)

Ik zal even het wezenlijk verschil tussen een avalanchediode en een gewone uitleggen:

Een 1N4007 1A/1000V diode: die is gemaakt om in doorlaatzin 1A te verwerken met een doorlaatspanning van 1V. De diode verstookt dan ca1W.
De chipgrootte en aansluitingen en thermische weerstand zijn daarop berekend.Stel dat de breakdown van de diode bij 1001V is, als de diode doorslaat krijgt de chip 1Ax1001V = 1001W te verduren.
Die brandt natuurlijk direct door. Avalanchediodes zijn geselecteerd op hun doorslagspanning, en de chipgrootte is zo ontworpen dat ze een korte grote vermogenpiek kunnen weerstaan.
Ze worden vaak gebruikt als overspanningsbeveiliging, omdat ze veel sneller reageren dan bijvoorbeeld een MOV of gasarrestor.
In een gewone gelijkrichtschakeling kunnen ze voor 2 redenen gebruikt worden.
1)Het beveiligen van de load tegen in en uitschakelpieken.
2) Doordat ze zo robuust uitgevoerd zijn kunnen ze niet aalleen in inverse zin, maar ook in voorwaartse zin een veel grotere kortstondige piek belasting aan. Ze gaan dus niet zo snel stuk als de gelijkrichter bijvoorbeeld aangesloten is op een flinke batterij afvlakcondensatoren, of lampen voedt. De inschakelstroom van een lamp kan tot 6x de nominale stroom bedragen.

@fred101
Als we gaan meten, dan kunnen we deze parameters als referentie gebruiken:

Maar het gaat mij voornamelijk over het "Avalance Effect".

Ik vond ook nog dit over soft vs. abrupt recovery.

@grotedikken
Ik had al in de datasheets gezien dat de piek stromen van deze diodes erg hoog zijn. Ook zijn de aansluit draden redelijk dik en zitten ze in een hermetisch afgesloten glazen/keramiek behuizing. Jouw verhaal maakt voor mij een stuk duidelijker waar deze diodes voor zijn bedoeld. Ik heb ze ook al gezien in zo'n zware metalen schroef behuizing.

Ben benieuwd of op een scope goed te zien is wat voor diode er tussen de klemmen hangt.

Even een snelle test met mijn eigenbouw reverse recovery tester. Forward stroom pulse was 250mA.

Hieronder een 1N5062 (avalanche diode), niet zo heel snelle t_rr maar wel met een mooie softe recovery. Volgens de specs een recovery time van 3µS, ik meet 3.6µS,. Maartenbakker had gelijk, geen snelle diode. (ik had de datasheet niet goed bestudeerd)

Hieronder een PH68, kon geen datasheet vinden, maar het is een schakel diode van Philips. Let op, de tijdbasis staat nu 2x zo snel in dit plaatje tov. hierboven. De recovery time is 560 nS, maar dit is géén soft recovery gezien het uitslingeren. Dit is trouwens geen avalanche diode.

Als laatste een BYV27-100 welke wel een avalanche diode is en te boek staat als een 'Ultra Fast Low Loss' diode. De recovery time volgens de datasheet is 25nS, maar het is geen soft recovery.

Dit was slechts een snelle test, ik zal een betere test uitvoeren met mijn nieuwe puls generator die veel stijlere flanken heeft in zijn pulsjes.

Edit:
Sorry mannen, ik had dit weekend geen tijd meer om verder te meten. Moest nog wat 'inkasten' en wat andere niet electronica gerelateerde dingen. Maar ik zal er aan gaan meten.

http://www.avtechpulse.com/appnote/techbrief9/. Hier nog wat mooie voorbeelden van Trr met uitleg.
Dat heeft me wel aan het denken gezet. Ze pulsen hier met +100 tot -200V en een aantal Amperes.
Ik kan me voorstellen dat dat wat doet met de respons.

Ik ga dadelijk eens in mijn diode bak snuffelen, ik heb nog wat van die grijs zwarte geglazuurde kralen liggen.

Jij hebt nu de Trr gemeten maar je wilde toch het Avalance effect bestuderen ? Ik heb en 185V pulser, ik zal eens kijken of het daarmee lukt.

Dit topic en een experiment dit weekend met Hi Z probes heeft me doen beseffen mijn Philips pulser toch te houden. De snelle Tek modules kunnen niet het vermogen leven wat die Philips kan, en de golfvorm van die Philips is veel strakker en stabieler en aangezien ik nog een 1S1 moet afregelen en dat toen ook alleen daarmee lukte kan ik hem beter houden. Is stiekem onder dat bescheiden uiterlijk toch wel een erg goede pulser. ( maar er zat aardig wat afregelwerk in voor hij dat was)

Goed plan fred.

Ik weet ik heb naar Trr gekeken. Was ook met mijn bescheiden Diode Reverse Recovery Tester wegens gebrek aan tijd.

Over je PM5770 pulser goedzo, ik kan met my PM5715 uit de voeten om zo te proberen het effect zichtbaar te maken.

[Bericht gewijzigd door flash2b op donderdag 4 oktober 2012 14:36:41 (11%)

Op 28 september 2012 15:06:40 schreef grotedikken:
Ik zal even het wezenlijk verschil tussen een avalanchediode en een gewone uitleggen:

Een 1N4007 1A/1000V diode: die is gemaakt om in doorlaatzin 1A te verwerken met een doorlaatspanning van 1V. De diode verstookt dan ca1W.
De chipgrootte en aansluitingen en thermische weerstand zijn daarop berekend.Stel dat de breakdown van de diode bij 1001V is, als de diode doorslaat krijgt de chip 1Ax1001V = 1001W te verduren.
Die brandt natuurlijk direct door. Avalanchediodes zijn geselecteerd op hun doorslagspanning, en de chipgrootte is zo ontworpen dat ze een korte grote vermogenpiek kunnen weerstaan.

Even ter aanvulling:

Controlled avalanche diodes krijgen natuurlijk net zoveel vermogen te dissiperen als normale dioden. Het verschil is dat bij een controlled avalanche diode de avalanche spanning over het hele kristal binnen nauwe toleranties valt. Hierdoor treden er slechts minimale verschillen op in de stroomdichtheid door het kristal. Er treden dus geen lokale 'hot spots' op en dat maakt de diode een heel stuk betrouwbaarder. De kans dat deze dioden een korte spanningspiek die over de avalanche grens heen gaat weet te weerstaan ligt veel hoger dan bij dioden die niet ontworpen zijn voor controlled avalanche.

Ik heb wat dodes gevonden ( waarvan ik de datasheet kon vinden.) Twee avalanche diodes, een fast recover schottkey, en een gewone dikke schottkey.
Ik heb nu op de curvetracer gehad. Probleem is de nog al hoge reverse spanning. De ene sloeg pas door bij 1080V maar ik heb er een gevonden die bij iets meer dan 100V doorslaat dus daar kan ik aan meten.
Er was ook een diode die (volgens mij) een negatieve weerstand vertoonde.

Maar ik kreeg mijn 1S1 sample plugin even niet aan de praat , hij heeft het een hele tijd goed gedaan maar nu wilde hij ineens weer niet triggeren en reageert verkeerd op de DC offset, dat deed hij al eerder maar iedere keer als ik daar naar wil kijken besluit het ding het ineens weer goed te doen. ( en ik moet even uitrekenen hoeveel spanning er over die 50 Ohm ( en stroombegrens voorschakel weerstand) valt.

@fred101:

Controlled avalanche heeft weinig van doen met de Trr. Althans je hebt zowel fast recovery als ultra fast recovery dioden die gespect zijn voor controlled avalanche.

Uiteraard blijft het meten van de Trr een leuke bezigheid

Op 4 oktober 2012 11:56:30 schreef fred101:

Jij hebt nu de Trr gemeten maar je wilde toch het Avalance effect bestuderen ? Ik heb en 185V pulser, ik zal eens kijken of het daarmee lukt.

Daarom had ik dit al eerder gepost en was nu op zoek naar een diode die ik kan laten avalanchen ik ga dus niet alleen Trr meten ( want dat is iid best leuk )

Edit: Trr meten gaat prima, ( kon het niet laten) ook het effect als je niet door nul gaat maar van positief naar nul met een hele snelle puls.

Maar een gecontroleerde avalanche meten, zoals bij torren is een ander verhaal. Met de CT lukt dat wel maar met pulsgenerators lukte het niet. Toen met DC bij de 290V versie net ls bij torren, maar hij gaat bij 290V gewoon een paar mA lekken en daarna kwam ik er achter dat ik de begrenzingsweerstand was vergeten. Gelukkig had ik een gloeilamp in serie staan maar het was een mooie dubbele flits
Dat moet dus even opnieuw met 5 M in serie.

[Bericht gewijzigd door fred101 op donderdag 4 oktober 2012 20:11:36 (42%)

http://www.pa4tim.nl/?p=216

Eerst twee Trr plaatjes.

BYV27 avalance diode

BYW178 ultrafast avalance sinteredglass diode.

Dan de avalance bij Vr. Helaas geen stroom versus tijd plaatje maar wel spanning versus stroom op de curvetracer. Ik probeer morgen nog of ik een diode aan het pulsen krijg.

Bij een U850 fast recovert diode zag ik iets wat volgens mij negatieve weerstand is, klopt dat ? Ik kon het niet fotograferen vanwege de grote helderheidverschillen.

Wow, mooie plaatjes, dank je wel Fred101.

Hoe maak ik pulsen van >100V? Of is het gewoon een variac + brug + condensator en daarachter een hoogohmige weerstand + DUT ?

Op je site is het onderschrift van je tweede Hameg screenshot verkeerd, dat is de BYV27 of is het nauw andersom? In je plaatjes hieronder is de BYV27=11.6nS en de BYW178=41.2nS. Ik zou andersom verwachten.

Verloopt het avalanche gedrag bij forward nu degenlijk anders dan met een normale diode?

Heb je al mooie uitslingering gezien, of ligt het bij mij aan mijn bekabeling?

Die ondrschriften zijn goed, je ziet de filenaam ook rechts op het plaatje. Die tweede foto is geen Trr maar zomaar uit nieuwsgierigheid kijken wat een snele diode doet ( met een forse capaciteit) op het negatief worden van spanning. Bv als je zo'n diode in sper gebruikt als protectie op een gevoelige ingang, wat je verwacht is dat hij perfect beschermd, maar blijkbaar duurt dat bij deze snelle jongen nog 12 ns. Dat valt me tegen. Ik ga ook eens kijken wat 1n4007 of 1n4148 doen.

Ik maak die pulsen met een Tektronix 576 curvetracer, die kan tot 1500V. Alleen zijn dat hele trage 100Hz pulsen. ( gewoon gelijkgerichte niet afgevlakte 50Hz)
Om avalance pulsen proberen op te wekken en dan de snelheid van het effect te meten moet je via een dikke weerstand over de Vr heen gaan. Dan gaat er stroom lopen die niet veel hoger mag zijn dan Ir. Door de stroom door die weerstand die dan gaat lopen krijg je een spanningsval. Die zorgt dat de spanning weer boven Vr stijgt en de diode weer spert. Daardoor krijg je met alleen DC een pulser en kun je de tijd van het doorbreken meten.

Er is toch geen forward avalance effect ?

Die uitslingeringen kunnen uit de diode komen maar waarschijnlijk is het je bekabeling of opstelling. Ik gebruik t stukken, de 50 ohm scoop ingang en inline terminators en verzwakker. Dus elke kabel is aan beide kanten afgesloten in 50 ohm. Op mijn Rigol fotos zie je het ook. Daar heb ik de zelfde opstelling gebruikt. Alleen een andere generator en andere dummyload. Die generator is goed maar die dummy is maar geschikt tot ongeveer 50MHz. Nu heb ik een dummy tot 1 GHz gebruikt. Met scoopprobes had ik er nog meer last van. Ook zie je op de Rigol bij mij een 6 ns fase fout, de diode is sneller dan de puls. Ik kan dat nu niet meer testen want ik heb die scoop niet meer maar ik denk dat het een fout tussen beide kanalen is.

[Bericht gewijzigd door fred101 op vrijdag 5 oktober 2012 09:42:16 (26%)

1N4004 in Avalance op de curvetracer, het lukte niet met DC hem te laten autopulsen of "oscilleren"

U850 in avalance, hierbij lukte het wel. De avalance diodes wilde niet. Dit is waarschijnlijk een recovery probleem. Bij de BYV en BYW ontstond gewoon DC, geen pulsen.

Dat waren de enige die ik aan het oscilleren kreeg, Toen ik de U850 op de samplescoop wilde pakken kwam er ineens rook uit mijn 1200V voeding. Er zit een analoge meter die tot 650V gaat, die kan ik omschakelen naar 1200V om meet resolutie te hebben want boven de 500V gebruik ik hem zelden. Ik was die vergeten om te zetten. Ik heb hem nog niet opengemaakt, de output is nog goed, de meter wijst te laag aan dus ik denk de spanningsdeler voor de meter (lullige 1/4W weerstandjes en een instelpotje )

Er staan ook nieuwe Trr fotos, vooal interessant is de 1n4148
Eerst op een 1GHz scoop, Dan de 350MHz Hameg, dan de Rigol DS1102D

De Trr verschilt hier nogal enorm, maar ook de undershoot en ringing is een verschil van dag en nacht.

Verschil tussen de BYW178 en 1N4004 is toch wel dat het avalanche-effect een super vertikale steep opleverd, bijna haaks.

Ik wist niet dat je (philips) 1Gz scope ook al digitale karakters ondersteunde, vind dat toch wel het mooiste plaatje van de drie.

Zou dat pulsen van de U850 door de negatieve weerstand komen?

Edit:
Lees net dat het je Tek is, vandaar die gave plaatjes !

[Bericht gewijzigd door flash2b op vrijdag 5 oktober 2012 22:26:51 (10%)

Dat is een 1GHz Tektronix 1S1 in een dubbel exposure. Hij zit in een 132 unit die aan een 7603 als monitor zit vanwege het lekkere grote scherm ( kan jet het nog volgen ) amplitude en frequentie kloppen maar je moet niet naar de read out kijken. Alles is coaxiaal en 50 ohm middels inline terminators en verzwakkers ( GR, hameg en tektronix)

Ik heb een 1n4148 erbij gedaan ( en en bat 85 op mijn site) omdat ik benieuwd was wat jou tester daarmee doet.