Почему лавинообразный шум пилы Zener имеет форму зуба?

У меня есть следующая схема источника шума на основе стабилитрона: -

схематический

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

При сборке осциллограф обнаруживает шумовой сигнал пилы в узле «Шум», например:

Временной интервал составляет 1 мс / дел. Кто-нибудь может объяснить, почему сигнал имеет форму зуба? Первоначально я ожидал треугольной или даже синусоидальной формы волны. Я думаю, что это как-то связано с сопротивлением стабилитрона в сочетании с гораздо более высоким резистором 100 кОм. Электроны свободно каскадируются через переход, но резистор ограничивает ток, когда лавина останавливается. Мы говорим 60uA. В результате происходит более медленное накопление заряда, чем при протекании тока во время лавины.

Эта форма волны не является особенной для моей установки. В других местах на веб-сайтах есть и другие примеры, когда люди действительно увеличивают сигнал, например https://youtu.be/CAas_kbTW3Q?t=714 . Кроме того, есть хороший график здесь показывает нарастающий фронт , чтобы быть слегка изогнут. Это, вероятно, незнакомо, поскольку обычно показывается с гораздо более медленной временной базой. Прав ли я в объяснении сопротивления / импеданса?

zener waveform avalanche-breakdown

— Пол Ушак
источник

Есть ли конденсатор, о котором вы нам не сказали? Или какова емкость перехода диода?

— Брайан Драммонд

@BrianDrummond Нет, только то, что показано, и 50-омный вывод прямо в прицел. Это был припаянный баг в стиле (явно без блока питания 30В).

— Пол Ушак,

Ответы:

Учтите, что у вас есть это:

схематический

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

где C - емкость соединения, плюс любая внешняя емкость (провода, макет и т. д.). Некоторая часть тока от R1 протекает через D1, но остальная часть заряжается C. Как только напряжение достигает определенного уровня, происходит лавинообразный пробой, и ток течет от C до тех пор, пока лавина не прекратится. Затем ток начинает заряжаться снова.

Чтобы рассчитать C, сначала нужно узнать утечку. Уменьшайте V1, пока шум не исчезнет. Затем измерьте ток. Затем увеличьте V1 до 30V. Измерьте нарастающий наклон шума dV / dt. Измерьте среднее значение V. Ток через R1 приблизительно постоянен при (30 В - В) / 100 кОм. Вычтите из этого ток утечки, затем используйте I = C dV / dt для расчета емкости.

— τεκ
источник

Как вы пришли к значению 10pF, пожалуйста? И считаете ли вы, что пробой через короткую позицию по стабилитрону является эффективным?

— Пол Ушак,

@PaulUszak Я добавил немного о том, как рассчитать емкость (которая также включает емкость макета, если вы строите это на макете). Типичные значения для емкости перехода стабилитронов, кажется, находятся в диапазоне 10-100 пФ. Посмотрите на график на странице 6 этой таблицы . Они также делают стабилитроны с низкой емкостью.

— τεκ

@PaulUszak Когда происходит пробой, это сопротивление Зенера (70 Ом). Если вы увеличите масштаб достаточно, вы, вероятно, сможете оценить это и по наклону, особенно если вы добавили больше емкости, чтобы замедлить его.

— τεκ

Можно ли использовать эту настройку в компараторе для ШИМ-контроллера, предназначенного для преобразователя постоянного тока, просто в качестве хобби-проекта?

— Даниэль Торк

@DanielTork, чтобы получить случайное время импульса?

— τεκ

Случайные разряды вблизи пробоя происходят от случайных зарядов кристаллического диэлектрика, разрушающихся под сильным E-полем, создавая импульсный ток, который падает со временем падения RC. Если бы вы могли измерить, как мало было время падения, вы могли бы оценить размер C в этой заряженной частице.

Если я предполагаю, что каждая частица видит, по крайней мере, 50 кВ / мм или 50 В / мкм или 50 мВ / нм, то размер заряда может составлять от 10 до 20 нм, чтобы получить от 500 до 1000 мВ. Это можно масштабировать в соответствии с размерами эпиксаксических частиц в кристаллической решетке Si.

Как и однопереходный генератор, за исключением случайных порогов в ограниченном диапазоне, C заряжается, и напряжение Зенера быстро падает на 1 ~ 5% чуть ниже порога пробоя при очень низких токах.

Глядя на форму волны, я ожидаю, что отношение времени нарастания / спада будет ~ 100 или меньше в этом пилообразном.

— Тони Стюарт Sunnyskyguy EE75
источник