为什么齐纳雪崩噪声呈锯齿状?

电器工程 齐纳 波形 雪崩击穿
2022-01-17 12:46:11

我有以下基于齐纳的噪声源示意图:-

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

构建后,示波器会在“噪声”节点处显示锯齿噪声信号,例如:

齐纳噪声

时基为 1us/div。谁能解释为什么信号是锯齿形的?最初,我期望一个三角形,甚至是正弦波形。我认为这与齐纳二极管的阻抗和更高的 100 kOhm 电阻有关。电子在结上自由级联,但当雪崩停止时,电阻器会限制电流流动。我们说的是60uA。结果是电荷积累比雪崩期间电流流动时更慢。

这种波形不是我的设置所特有的。当人们真正放大信号时,Interweb 上的其他地方还有其他示例,其中一个是https://youtu.be/CAas_kbTW3Q?t=714这里还有一个很好的图表,显示上升沿略微弯曲。它可能不熟悉,因为它通常以慢得多的时基显示。我对电阻/阻抗的解释是对的吗?

2个回答

考虑到你实际上有这个:

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

其中 C 是结电容,加上任何外部电容(引线、面包板等)。来自 R1 的部分电流通过 D1 泄漏,但其余部分对 C 充电。一旦电压达到一定水平,就会发生雪崩击穿,电流从 C 流过,直到雪崩停止。然后电流再次开始对 C 充电。

要计算 C,您首先需要知道泄漏。降低 V1 直到噪音消失。然后测量电流。然后将 V1 增加到 30V。测量噪声 dV/dt 的上升斜率。测量 V 的平均值。通过 R1 的电流大致恒定在 (30V - V)/100kohm。从中减去泄漏电流,然后使用 I=C dV/dt 计算电容。

击穿附近的随机放电来自于在高 E 场下击穿的随机晶体介电电荷,产生脉冲电流,该脉冲电流随着 RC 下降时间下降电压。如果你能测量下落时间有多小,你就能估计出带电粒子中 C 的大小。

如果我猜每个粒子至少看到 50kV/mm 或 50V/um 或 50mV/nm,那么电荷大小可能约为 10 至 20 nm,以获得 500 至 1000 mV。这可以根据 Si 晶格中的外延颗粒尺寸进行缩放。

与单结振荡器一样,除了在有限范围内具有随机阈值外,C 充电并且齐纳电压在非常低的电流下迅速下降 1~5%,刚好低于击穿阈值。

从波形来看,我预计这个锯齿的上升/下降时间比约为 100 或更小。