如何測(cè)量二極管電容和反向恢復(fù)

前幾天，來(lái)自采購(gòu)部門的Linda遇到了一個(gè)問(wèn)題：來(lái)自運(yùn)營(yíng)部門的Lou需要更換開(kāi)關(guān)電源上的短路二極管。 darned的東西標(biāo)有一個(gè)奇怪的部件號(hào)，沒(méi)有任何谷歌搜索可以破譯。

有一個(gè)可識(shí)別的徽標(biāo)標(biāo)記，但該制造商無(wú)法提供數(shù)據(jù)表。零件編號(hào)來(lái)自之前收購(gòu)的公司，對(duì)于特定客戶而言是獨(dú)一無(wú)二的。我們獨(dú)自一人。

幸運(yùn)的是，還有第二個(gè)相同的單元用于維修，而Lou能夠?yàn)槲姨峁┫嗤愋偷牧己枚O管?，F(xiàn)在我所要做的就是找出它是什么。標(biāo)準(zhǔn)整流二極管？齊納？肖特基？反向電壓擊穿額定值？結(jié)電容？恢復(fù)時(shí)間？

從DO-41封裝尺寸可以很容易地推斷出額定功率為瓦特。注入各種電流并測(cè)量正向壓降也很容易，以確定它不是肖特基二極管。串聯(lián)幾個(gè)電源并逐漸增加反向電壓（在達(dá)到齊納閾值時(shí)具有足夠的串聯(lián)電流限制電阻）證明它不是齊納二極管 - 至少不低于200伏。

所需的PIV額定值可以通過(guò)首先替換具有高額定電壓的測(cè)試二極管并稍后確定范圍來(lái)解決。

這只留下未知的結(jié)電容Cj和反向恢復(fù)時(shí)間Trr。這是二極管在突然從正向偏置切換到反向偏置時(shí)保持導(dǎo)通的時(shí)間。我不得不想辦法測(cè)量這些參數(shù)。沒(méi)有異國(guó)情調(diào)的設(shè)備;足以進(jìn)入球場(chǎng) - 換句話說(shuō)，一個(gè)函數(shù)發(fā)生器，具有40ns的下降時(shí)間和100MHz的范圍，這是我必須使用的。

測(cè)試設(shè)置很簡(jiǎn)單：使用5V脈沖驅(qū)動(dòng)被測(cè)二極管（DUT） - 直流偏移設(shè)置為負(fù)極以偏置二極管僅在正峰值期間開(kāi)啟。限制DUT的兩側(cè)并在關(guān)閉邊緣觸發(fā)。改變DC電壓偏移控制DUT正向電壓和傳導(dǎo)電流。測(cè)量DUT導(dǎo)通電流，測(cè)量其50Ω串聯(lián)電阻上的壓降。

首先要做的是描述測(cè)試設(shè)置。像這樣的MickeyMouse?測(cè)試如何與真正的二極管相關(guān)？這是通過(guò)首先測(cè)量一些已知的DUT進(jìn)行比較并確定設(shè)置的有效性來(lái)確定的。我測(cè)試了以下DUT，發(fā)現(xiàn)結(jié)果非常有趣：

1N4002 - 標(biāo)準(zhǔn)日常整流器，額定Cj為15pF，未指定Trr

1N4148 - 高速開(kāi)關(guān)二極管，指定Cj為4pF，Trr為8ns

MUR880 - 高電流，快速恢復(fù)整流二極管，指定Cj為300pF，Trr為200ns

神秘DUT

100ns/div的時(shí)間刻度對(duì)于所有圖像都是恒定的為了便于比較。

從1N4002開(kāi)始，設(shè)置脈沖發(fā)生器的直流偏移，使脈沖的高電平為零伏，從頂部開(kāi)始兩個(gè)分壓，降至-5V反向偏見(jiàn)。 DUT沒(méi)有進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，非常輕微的負(fù)電流（藍(lán)色跡線）是由DUT的小Cj電容引起的。

為了將來(lái)參考，臨時(shí)增加了一個(gè)120pF的電容DUT，然后移除剩余的測(cè)量值。藍(lán)色電流僅由電容引起，必須與反向電流區(qū)分開(kāi)來(lái)。

脈沖發(fā)生器直流偏移設(shè)置為400mV更正，才開(kāi)始打開(kāi)DUT。在下降沿之前的左側(cè)的高黃色部分顯示DUT兩端的400mV正向電壓。大電壓階躍導(dǎo)致小的反向電流流動(dòng)。

直流偏移提高100mV，使DUT更硬，Vf = 500mV。反向電流為2V/50Ω= 40mA，持續(xù)時(shí)間約為100ns。

直流偏移再升高100mV，使DUT開(kāi)啟得更硬，Vf = 600mV。現(xiàn)在反向電流達(dá)到60mA，恢復(fù)時(shí)間變得非常明顯。

如果Vf = 700mV，正向電流= 16mA，則再增加100mV的DC偏移。二極管驅(qū)動(dòng)為正向?qū)ㄔ嚼щy，反向恢復(fù)時(shí)間越長(zhǎng)。上圖顯示DUT的導(dǎo)通電流約為1200ns，在開(kāi)關(guān)關(guān)閉之前，整個(gè)結(jié)點(diǎn)的電壓約為600mV。這表明標(biāo)準(zhǔn)整流二極管在50或60Hz時(shí)是如何正常使用的，其中逐漸平滑變?yōu)榉聪蚱帽榷O管的Trr長(zhǎng)得多。但是你可以看到，在突然的開(kāi)關(guān)模式操作中，二極管在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)成為虛擬短路。不好。

現(xiàn)在讓我們將上面的內(nèi)容與1N4148進(jìn)行比較。

調(diào)整DC偏移以使1N4148接通硬，Vf = 800mV，If = 20mA。在這個(gè)邊緣速度下沒(méi)有可測(cè)量的反向恢復(fù)時(shí)間。

調(diào)整直流偏移和幅度，使1N4148硬接通到脈沖發(fā)生器的極限，50歐姆終端在DUT輸入端暫時(shí)移除，最大正向電流為100mA，仍然沒(méi)有可測(cè)量的反向電流。請(qǐng)注意，比例已暫時(shí)更改為5V/div。

接下來(lái)讓我們比較MUR880。

MUR880，Vf = 0伏。較高的Cj導(dǎo)致下降沿的電流流動(dòng) - 基于先前測(cè)量的120pF電容值，約為100pF - 優(yōu)于300pF的數(shù)據(jù)手冊(cè)規(guī)格。

MUR880硬接通，Vf = 600mV，If = 20mA。根據(jù)數(shù)據(jù)表，Trr約為200ns。

MUR880像以前一樣被驅(qū)動(dòng)到脈沖發(fā)生器的極限。 If和Irr都是100mA。刻度暫時(shí)改為5V/div。正如預(yù)期的那樣，反向恢復(fù)時(shí)間仍為200ns。
小型Trr使得該二極管適用于高電流開(kāi)關(guān)模式，但即便如此，工作頻率的限制之一是二極管的導(dǎo)通速度有多快。同步驅(qū)動(dòng)的FET代替二極管可以克服這一限制。

最后我們看一下未知的二極管。

未知的DUT，Vf = 0伏。我暫時(shí)提高了藍(lán)色靈敏度并用DUT代替小電容來(lái)發(fā)現(xiàn)DUT Cj在零偏壓時(shí)約為25pF。

未知DUT硬接通，Vf = 600mV，If = 20mA。 Trr大約是100ns。

未知的DUT，像以前一樣被驅(qū)動(dòng)到脈沖發(fā)生器的極限。 If和Irr都是100mA。請(qǐng)注意，刻度已暫時(shí)更改為5V/div。反向恢復(fù)時(shí)間仍為100ns。

根據(jù)上述測(cè)量結(jié)果，UF4004或UF4007將是替代未知快速恢復(fù)DUT的不錯(cuò)選擇。我告訴Linda得到兩者并讓Lou首先嘗試1000V UF4007，測(cè)量峰值Vr，如果足夠低，使用400V UF4004，其前向VI曲線更接近未知。