Mô hình nhiễu cho điốt Zener

Tôi đang cố gắng thiết kế một nguồn nhiễu bằng cách sử dụng các bóng bán dẫn rời rạc và một diode Zener trong vùng sự cố tuyết lở. Vì vậy, tôi có một số câu hỏi liên quan đến việc sử dụng diode ...

• Làm thế nào để hiện tại tĩnh ảnh hưởng mật độ tiếng ồn?
• Mật độ tiếng ồn sẽ thay đổi theo thời gian và nhiệt độ ở một dòng tĩnh như thế nào? Điều này có thể sẽ xác định liệu tôi có cần kết hợp AGC vào thiết kế của mình không.
• Cấu hình nào sẽ tối đa hóa tiếng ồn tuyết lở do Zener tạo ra?
• Sử dụng gương hiện tại thay cho điện trở để phân cực Zener tăng hay giảm mật độ nhiễu?
• Liệu một bộ khuếch đại điện áp hoặc transconductance sẽ hiệu quả hơn trong việc khuếch đại nhiễu tuyết lở?

Nếu ai đó có một mô hình nhiễu tốt cho một diode Zener hoạt động theo xu hướng ngược, nhiều câu hỏi trong số này có thể được trả lời. Tuy nhiên, tôi không thể tìm thấy nó và tôi không có thiết bị tự thực hiện các phép đo cần thiết.

Tôi hiện đang có ý định sử dụng Zener 1N4742 trong thiết kế của mình.

Trước hết, đây là một mô hình diode nhiễu cho một điểm nối PN từ sourceforge Nó bao gồm điện dung của diode$c_d$, dẫn (hoặc kháng $g_d = \frac{1}{r_d}$) và nguồn nhiễu $i_d$.

Điện trở là một nguồn tiếng ồn nhiệt tiêu chuẩn:

$S_{r_d} = 4 k T r_d$

k là hằng số Boltsmann
T là nhiệt độ tuyệt đối
và$r_d$ là điện trở của thiết bị

Nguồn tiếng ồn hiện tại đã gây ra tiếng ồn và tiếng ồn nhấp nháy:

$S_{i_d} = 2qI_d\Delta f + \frac{\alpha_H I_d}{f^{\gamma}N}$

Thuật ngữ đầu tiên là về tiếng ồn bắn, nó phụ thuộc vào điện tích $q$ bằng với $1.60217662 × 10^{-19}$ coulomb và $I_d$ bằng dòng điện qua diode.

Thuật ngữ thứ hai là về nhiễu nhấp nháy (1 / f) và tôi sẽ trình bày chi tiết vì các tham số này khó có thể tìm thấy trong biểu dữ liệu nhưng phức tạp hơn vì $\alpha_H$ phụ thuộc vào mối nối bán dẫn và có giá trị từ $5 × 10^{-6}$ đến $2 × 10^{-3}$ và $\gamma$ và $\alpha$là các hằng số vật liệu, nhưng bạn sẽ phải mô hình hóa chúng từ dữ liệu thử nghiệm cho thiết bị đó. Tuy nhiên, nếu bạn đang sử dụng thiết bị có khớp nối AC (và bỏ qua DC), bạn sẽ không phải lo lắng về nhiễu 1 / f tần số thấp.

Nguồn tiếng ồn $S_{i_d}$cũng tương quan, mà tôi sẽ không đi vào chi tiết ở đây nhưng liên kết sourceforge có toán ở đó

Một diode lý tưởng (pn- hoặc schottky-diode) tạo ra nhiễu bắn. Cả hai loại hiện tại (trường và khuếch tán) đóng góp độc lập với nó. Đó là, mặc dù hai dòng điện chạy theo các hướng khác nhau ("trừ" trong phương trình dòng điện một chiều), chúng phải được thêm vào trong phương trình nhiễu (dòng điện tỷ lệ với mật độ phổ công suất nhiễu). Có tính đến độ dẫn động$g_d$ song song với nguồn dòng nhiễu, ma trận tương quan sóng nhiễu viết như sau.

(Liên kết sourceforge có giải thích về điều này nhưng Nguyên tắc cơ bản của Điện tử công nghiệp 11.2.2 (tiếng ồn bắn) và 11.2.4 (tiếng ồn nhấp nháy) Đây là một liên kết khác về Nguyên tắc cơ bản của Điện tử công nghiệp )

Nguồn: Mã nguồn PN Junction

Nếu bạn muốn xem tiếng ồn trông như thế nào, đây là một con số tuyệt vời từ EDN. Đây là từ một zener 12V và độ nhiễu đã tăng lên gấp 10 lần. Lưu ý rằng họ cắt tần số của đồ thị ở mức 1Hz, nếu chúng ta thấy thấp hơn mức này, nhiễu 1 / f sẽ bắt đầu chiếm ưu thế. Ngoài ra còn có một tần số cắt cao trên 100kHz mà không thấy từ điện dung của mạch.

Hình 2 Mật độ phổ công suất của đầu ra nhiễu rất phẳng từ 1Hz đến 100kHz. Để so sánh, tiếng ồn của bộ điều chỉnh LM317 cũng được vẽ, vì bộ điều chỉnh này thường được cho là rất ồn.

Bây giờ đến câu hỏi của bạn.

Làm thế nào để hiện tại tĩnh ảnh hưởng mật độ tiếng ồn?

và

Mật độ tiếng ồn sẽ thay đổi theo thời gian và nhiệt độ ở một dòng tĩnh như thế nào? Điều này có thể sẽ xác định liệu tôi có cần kết hợp AGC vào thiết kế của mình không.

Dòng tĩnh ảnh hưởng đến cả nhiễu bắn và nhiễu nhấp nháy thông qua giá trị $I_d$ mặc dù có thể dễ dàng hơn để tổng hợp tổng dòng qua thiết bị vào $I_d$ và sau đó mô hình tiếng ồn bắn và nhấp nháy.

Vấn đề là mô hình hóa một diode zener sẽ yêu cầu bạn đo các tham số nhiễu vì chúng không được đo bởi các nhà sản xuất (ngay cả các đường cong nhiễu cũng không được cung cấp trên hầu hết các bảng dữ liệu). Vì bạn phải thực hiện các phép đo, nên việc dễ nhất là xây dựng mạch với tất cả những ý tưởng này trong tay và đo tiếng ồn vào cuối ngày.

Tối thiểu, bạn có thể mô hình hóa ảnh chụp và nhiễu nhiệt và từ 1 hoặc 10Hz đến $c_d$ cắt tiếng ồn nên có màu trắng.

Cấu hình nào sẽ tối đa hóa tiếng ồn tuyết lở do Zener tạo ra?

Vận hành nó trong chế độ tuyết lở hoặc trong phần điện áp diode đảo ngược của đường cong sẽ tối đa hóa tiếng ồn tuyết lở. Tuy nhiên, một sự thay đổi lớn trong hiện tại$I_d$ sẽ chỉ tạo ra một sự thay đổi nhỏ về điện áp bởi vì nó đang hoạt động ở phần dốc nhất của đường cong.

Nguồn: Hướng dẫn Zener Diode

Sử dụng gương hiện tại thay cho điện trở để phân cực Zener tăng hay giảm mật độ nhiễu?

Tôi sẽ nói rằng nó sẽ làm tăng mật độ tiếng ồn hiện tại. Bởi vì một điện trở thường đủ để điều chỉnh điện áp bằng cách sử dụng điện trở, thường là cách cung cấp dòng điện cho zener, sau đó, việc thêm một gương hiện tại sẽ thêm nhiễu 1 / f mà điện trở không có nên có thể không có lợi để thêm một gương hiện tại so với một điện trở.

Một tổ hợp điện trở zener \ thường là nguồn cho hầu hết các bộ điều chỉnh điện áp. Mẹo nhỏ là giữ cho dòng điện vào điện trở (và đo điện áp bằng op amp) càng cố định càng tốt.

Liệu một bộ khuếch đại điện áp hoặc transconductance sẽ hiệu quả hơn trong việc khuếch đại nhiễu tuyết lở?

Bộ khuếch đại điện áp là cách nó thường được thực hiện. Bộ khuếch đại transconducance có ít khả dụng hơn, và có trở kháng thấp hơn và nhiều tiếng ồn hơn (từ những gì tôi đã thấy trong các IC có sẵn) tất cả đều là những đặc điểm không mong muốn.