ГОСТ 18986.16-72 Диоды полупроводниковые выпрямительные. Методы измерения среднего значения прямого напряжения и среднего значения обратного тока / 18986 16 72

Диоды Шоттке КДШ2105В

В корзину

• Описание и характеристики
• Отзывы(0)
• Инструкция

Мощный кремниевый эпитаксиально-планарный диод с барьером Шоттки КДШ2105В предназначен для использования в импульсных источниках питания, конверторах, устройствах заряда батарей, преобразователях напряжения и других блоках, и узлах радиоэлектронной аппаратуры широкого применения.

Основные электрические параметры

Наименование параметра	Обозначение	Един. измер.	Режимы измерения	Норма, не более	Темпер. среды, C
Постоянный обратный ток	I обр.	мА	U обр.=40В,	2,0	-45
диода			tи 300мкс, Q 50	1,0	25
				10	100
Постоянное прямое	U пр.	В	I пр=1,0А;	0,69	-45
напряжение диода			tи 300мкс, Q 50	0,60	25
				0,58	100
Постоянное прямое напряжение диода	U пр.	В	I пр=2,0А; tи 300мкс, Q 50	0,80	25
Пробивное напряжение диода*	U проб.	В	Iобр.=10 мА	40	25
Общая емкость диода*	Сд	пФ	Uобр.=4В, f = 1МГц	110	25

* Справочные данные

Предельно допустимые электрические режимы

Наименование параметра (режим и условия измерения)	Обозначение	Единица измерения	Значение
Постоянное обратное напряжение диода	U обр.max	В	40
Средний прямой ток диода (Q 2, Тср. 100 C)	I пр.ср. max	А	1,0
Неповторяющийся импульсный прямой ток диода (tи 8,3мс)	I пр. и.нп.max	А	10
Температура перехода	Тпер. max	C	125
Тепловое сопротивление переход-среда	Rt пер-ср.	С/Вт	125

Отзывы

мультиметр — Большое сопротивление диодов измеряется омметрами

Напряжение холостого хода у современного цифрового мультиметра в режиме Ом определяется не очень четко — я мерил несколько и они варьировались от менее 0,6В до более 2В.

Большинство из них допускают некоторую проводимость кремниевого диода, диода Шоттки или германиевого диода, поэтому в некотором диапазоне вы можете получить индикацию полярности от обычного типа диода (хотя, вероятно, не от светодиода).

Функция диода обычно пропускает около 1-2 мА через датчики с соответствием более 2,5 В, поэтому она дает вам некоторое представление о прямом напряжении диода (и, возможно, красного или ИК-светодиода) при ощутимом токе.

Ваш 1N34A — это, конечно, древний германиевый диод и имеет относительно низкое прямое напряжение. Может быть, 300 мВ при 1 мА, а не 600 мВ. Это падение быстро увеличивается при более высоких токах. Если вы используете диодный режим, вы сможете легко увидеть разницу между 1N34A и, скажем, 1N914/1N4148, а датчик Шоттки, такой как BAT54 или 1N5817/19, будет легко отличить, скажем, от UF4007.

Вы правы в том, что инкрементное прямое сопротивление маленького германиевого диода составляет порядка ста Ом при мА-токах (порядок величины), но помните, что показания омметра .0012 не измеряет добавочное сопротивление , он измеряет общее падение напряжения на нелинейном устройстве и делит его на упомянутый мной ток (обычно измеряемый путем получения опорного значения АЦП от гасящего резистора), чтобы получить эквивалентное полное сопротивление.

Например, «жесткий» источник напряжения 0,3 В (добавочное сопротивление 0\$\Omega\$) даст большое значение сопротивления в некотором диапазоне (при правильной полярности). (очевидно, что вы не должны подавать вольты в метр в диапазоне омов, но это то, что произойдет).

Напомним, динамическое сопротивление идеального (модель Шокли) диода при токе I равно:

r = \$\frac{\eta V_T}{I}\$

, где \$\eta\$ коэффициент идеальности (между 1 и 2 — ~=1,3 для диода 1N34A), I — ток диода, а \$V_T\$ — тепловое напряжение — 26 мВ при комнатной температуре.

Таким образом, при 1 мА r ~= 34\$\Omega\$

Чтобы найти «сопротивление», которое будет измерять мультиметр, предположим, что он находится в диапазоне 20 кОм, а измерительный ток составляет около 50 мкА (то, что использует один из моих) , а \$\eta\$ = 1,3, Is = 200 нА (от SPICE-модели 1N34A).

\$R_{EQ} = \frac{\eta V_T \ln(I/I_S)}{I}\$= 3,7k\$\Omega\$

ток ниже 50 мкА, может быть, 30 мкА. Вы можете измерить приблизительно, используя другой измеритель в текущем режиме.

Для сравнения, динамическое сопротивление при 50 мкА меньше 700\$\Омега\$, так что разница огромная.

Величина показаний «сопротивления», которые вы получаете от диода в режиме сопротивления, в основном бессмысленна, если вы не знаете внутреннюю работу мультиметра, поэтому все, что вы можете предположить, это то, что диод в некоторой разумной степени проводит в этом конкретном направлении. . Как вы заметили, они будут резко меняться от одного диапазона сопротивления к другому. В диодном режиме вы обычно получаете показание, указывающее на прямое падение напряжения примерно на уровне мА или двух, что гораздо полезнее. Они плохо контролируют ток, часто плохо его документируют, это просто бесплатная дополнительная функция, но тем не менее удобная.

Между прочим, почти все цифровые мультиметры (в режиме измерения сопротивления) имеют красный щуп в качестве положительного выхода в режиме диода/сопротивления, но старые аналоговые мультиметры часто переворачивают его.

Измерение силовых диодов

Силовые диоды не являются простыми для измерения деталями. Для проектирования цепей требуются высококачественные модели, а для этого требуются высококачественные данные — при высокой мощности. Как правило, это требует больших инвестиций в очень специализированное оборудование. Чтобы разработать программу тестирования и определения характеристик мощных светодиодов, Boulder Engineering Studio создала серию инструментов, позволяющих использовать гораздо более распространенные инструменты для сбора этих данных.

Если деталь предназначена для работы при токе 30-40 А и нескольких вольтах, критически важным является самонагрев во время измерения. Когда более ста ватт выбрасывается в небольшое пространство, температура перехода достаточно быстро поднимается настолько, что измерения становятся неверными. Просто взгляните на эту симуляцию температуры силового полупроводника за несколько миллисекунд:

Чтобы эти эффекты были ограничены точкой, в которой могут быть собраны точные данные, нам нужно вложить большое количество энергии в диод, а затем немедленно удалите его с достаточно чистым импульсом, чтобы избежать вторичных эффектов, таких как (потенциально нелинейные) реактивные сопротивления и неплоская переходная характеристика оборудования из-за внесения ошибки. Наша цель состояла в том, чтобы изменить ток от нуля до как минимум 45 А не более чем за полмикросекунды, давая еще полмикросекунды или около того для стабилизации системы, а затем еще 2-4 микросекунды времени удержания, в течение которых можно было провести измерение. Эти большие числа (90 МА/с!) требует очень тщательной разработки генератора импульсов.

Причина, по которой необходимо хорошо контролировать тепловые эффекты, заключается в том, что поведение этих устройств зависит от температуры. Хорошая модель учитывает температуру и может предсказать ее поведение в любом месте предполагаемого рабочего диапазона. Следствием минимизации самонагрева устройства является необходимость контроля температуры устройства. Мы выбрали максимальную температуру испытаний 85 °C, что достаточно для того, чтобы охарактеризовать устройства, но не настолько, чтобы сделать конструкцию измерительной схемы непрактичной. Поскольку сигналы распространяются очень быстро, соединения между тестируемым оборудованием и устройством должны быть очень короткими. Это означает, что часть самого измерительного прибора должна быть нагрета до той же температуры, что и сам прибор. Ключевым аспектом нашей разработки является отделение контроля и отбора проб от реальных измерений. Основная задача испытательного оборудования, помещаемого в печь, состоит в точном преобразовании мощных сигналов, размер петли которых должен строго контролироваться, в режим передачи сигналов, совместимый с линией передачи, который позволяет отправлять данные за пределы печи для контроль и измерение отдельными приборами.

Общая архитектура

Наше оборудование состоит из пары плат крепления, одна для измерения больших токов, а другая для измерений слабых токов. Это позволяет каждому сосредоточиться на своих сильных сторонах. В противном случае для проведения слаботочных измерений, необходимых для полной характеристики поведения полупроводника в переходной области между выключением и включением, потребовалось бы, чтобы сильноточная схема также оказывала незначительное влияние на измерения на уровне наноампер. Их разделение позволяет специализировать каждую систему.

Общая компоновка системы

Во-первых, нам нужна была согласованная конструкция, которая позволила бы легко заменять устройства, поддерживать точный контроль температуры, позволять проводить измерения от наноампер до 45 А, обеспечивать силовые соединения с низкой индуктивностью и высокоскоростные соединения Кельвина с устройствами, все в поддержку точных измерений. Мы создали систему, позволяющую устанавливать устройства с произвольными посадочными местами с помощью промежуточного устройства для каждого посадочного места, которое можно создать всего за несколько минут. Эти промежуточные платы крепятся к испытательным приспособлениям на четырех запрессованных винтовых стойках M6, каждая из которых способна выдерживать ток более 100 А. Расстояние между стойками позволяет легко интегрировать схему драйвера между ними, чтобы поддерживать минимальную индуктивность. Затем шестиконтактный разъем обеспечивает дифференциальную пару для измерения напряжения между платами, а также соединение экрана и блокировку для отключения системы, если плата не установлена. Датчик температуры крепится непосредственно к тестируемому устройству методом, определяемым типом основания устройства.

Измерения больших токов

Импульсы высотой 45 А и шириной всего 5 мкс не могут быть отправлены по кабелю в печь. Чтобы обеспечить эти импульсы, мы разработали тестовую приборную панель под названием Mighty. Mighty потребляет большой постоянный ток от внешнего программируемого источника питания. Он балластирует ток, используя группу катушек индуктивности, и локально генерирует управляющий импульс с программируемой шириной импульса от 2 мкс до 7 мкс. Энергия поступает из накопленного магнитного поля индукторов, а не из самого источника питания. Этот импульс приводит в действие пару управляющих полевых МОП-транзисторов, которые на короткое время отводят балластный ток в тестируемое устройство. Затем выходная система Mighty выбирает между результирующим сигналом напряжения и парой встроенных калибровочных эталонов для передачи через коаксиальный кабель на осциллограф. Измерение тока производится отдельно от напряжения тестируемого устройства с помощью широкополосного трансформатора измерения тока, что позволяет выполнять оба измерения без необходимости подавления синфазного сигнала (что было бы чрезвычайно сложно при таких скоростях нарастания).

Рисунок: эскиз схемы Майти.

Рисунок: собранная плата Mighty с пустым разъемом тестируемого устройства. Рис.

Рисунок: Важность демпфирования. Каждое тестируемое устройство имеет разные реактивные свойства, поэтому для очистки сигналов предусмотрен регулируемый пользователем демпфер.

Измерения малых токов

Измерения малых токов для мощных светодиодов включают ВАХ для малых токов (примерно до 2 А), обратные и прямые утечки и емкость ИУ в диапазоне напряжения обратного смещения. Эти требования представляют собой новый набор проблем. Измерения необходимо проводить при высоких импедансах, чтобы зафиксировать область низкой инжекции, и опять же это необходимо делать в широком диапазоне температур, поэтому приборы должны быть защищены от нагревания. Наше второе приспособление, названное Tiny, имеет резистивные тройники смещения для ввода стимулов и высокоточные буферы для передачи результирующих напряжений по системным кабелям, и все это с особым вниманием к токам смещения и утечкам. Пучок коаксиальных кабелей передает эти сигналы в систему и из нее. Тройники смещения позволяют подавать напряжение на тестируемое устройство и изолировать его от измерителя емкости, а также иметь реле для их обхода для измерений выше микроампер. Измеритель B&K Precision LCR обеспечивает измерение емкости, а Keithley SourceMeter обеспечивает измерение как источников смещения, так и тока.

Рисунок: эскиз схемы Tiny.

Рисунок: собранная плата Tiny. В сокете установлена ​​калибровочная плата, на ней установлен сверхнизкотемпературный резистор.

Безопасность

Это мощные светодиоды! Некоторые из них могут излучать интенсивный в видимый свет. Это означает, что оператор никоим образом не должен подвергаться воздействию излучения светодиодов во время работы. Чтобы обеспечить это, мы внедрили несколько функций безопасности, особенно на Mighty. Управляющий сигнал генератора импульсов последовательно проходит через две блокировки: одну на самой плате тестируемого устройства, чтобы убедиться, что она правильно вставлена, а другую — через микропереключатель на двери испытательного корпуса, настроенный на замыкание при закрывании двери. Схема управления предназначена для отключения сигналов в нескольких избыточных местах, когда система управления дает команду «выключить». В случае короткого замыкания основного драйвера MOSFET конструкция приводного моста, в которой второй MOSFET всегда включен, когда он не работает, отводит большую часть тока привода от светодиода. В малой вероятности того, что приводной полевой МОП-транзистор выйдет из строя, а шунтирующий МОП-транзистор выйдет из строя, программное обеспечение автоматизации может обнаружить избыточное рассеивание мощности в виде повышения напряжения короткого замыкания, о котором сообщает источник питания, и полностью отключиться. Наконец, одна часть требуемого участия человека в испытании (регулировка переменного контура демпфирования) удалена за счет прикрепления гибкого вала к демпфирующему реостату, который проходит снаружи корпуса.

Генерация импульсов

Импульсы возбуждения узкие и разреженные: микросекундная ширина с частотой повторения от килогерца до одиночного импульса. Поскольку многие коммерческие генераторы сигналов имеют ограничения по минимальной ширине импульса, которые зависят от частоты повторения, мы решили разместить схему генератора импульсов локально на Mighty. Эта схема состоит из быстрого двойного таймера TLC556, операционного усилителя и пары логических частей серии 7400. (Не ожидал прочитать это предложение в 2022 году, не так ли!?) ЦАП R-2R со сдвиговым регистром позволяет компьютеру устанавливать управляющее напряжение половины 556, работающего в моностабильном режиме, для генерации самого импульса, а другие биты из регистра сдвига управляют другой половиной как автономным генератором и обеспечивают некоторые другие управляющие сигналы.

В качестве бонуса все эти схемы очень общие. Вполне могут быть детали, которые могут сделать это из коробки, но многие из них, такие как почтенная серия TimerBlox от Analog Devices, было очень трудно купить во время Великой пандемии нехватки деталей в 2020, 2021, 2022 годах. Если нам нужно восстановить платы крепления в будущем для замены поврежденных блоков или масштабирования испытаний, эквивалентные детали будет легко найти.

Получение моделей

Конечно, было бы несправедливо предполагать, что это чисто электрическая задача. Осциллографы и истометры и громоздкие блоки питания не выдают модели SPICE без адекватного уговора в виде пакета программ. Наша команда инженеров-программистов создала систему, состоящую из трех частей, чтобы координировать все это:

• Система отслеживания для индексации тестируемых устройств и сопоставления их с тестовыми параметрами и данными.
• Программа автоматизации испытательного оборудования, позволяющая заполнить стойку оборудованием для проведения измерений.
• Пакет подбора модели для преобразования необработанных данных в имитационные модели и графики.

Чтобы охарактеризовать устройство при сильном токе, тестовое программное обеспечение настраивает источник питания и осциллограф для проведения измерений. Затем он приказывает Mighty издавать калибровочные сигналы; они используются для калибровки усиления и смещения канала напряжения. Для калибровки канала тока можно выполнить серию измерений с использованием эталонного резистора Vishay Precision с низкими индуктивностью и температурным коэффициентом. После того, как оператор-человек настраивает схему демпфирования для устранения паразитных резонансов из системы, компьютер пропускает Mighty и тестируемое устройство через ряд управляющих токов, обычно в диапазоне от 2 А до максимального номинального импульсного тока устройства. Каждый сигнал ограничивается и обрезается, чтобы найти только пригодные для использования тестовые данные, а затем добавляется к набору точек.

После этого устройство характеризуется низким током. Он перемещается в Tiny, и компьютер продолжает свою тестовую последовательность. Ток теперь снижен с 2 А до диапазона микроампер или наноампер, и эти точки также добавлены в коллекцию. Отдельно включаются тройники смещения и измеряется емкостное перенапряжение в номинальном обратном диапазоне тестируемого устройства.

Эти тесты повторяются при нескольких температурах. Затем эти данные перемещаются в пакет подбора модели, который вычисляет параметры модели SPICE. Аппроксимация кривой методом наименьших квадратов обернута вокруг симуляции SPICE с одним диодом, что позволяет подбирать параметры таким образом, чтобы получить наиболее близкое представление о поведении устройства.

В конце этого тестирования создается полная модель SPICE и ряд графиков. Они отправляются инженерам для проверки, а затем готовы к объединению и выпуску.

Подводя итоги, можно сказать, что Boulder Engineering Studio создала систему для тестирования, определения характеристик и моделирования мощных светодиодов с использованием стандартного и заказного испытательного оборудования.