ПОВЫШЕНИЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКОГО КАЧЕСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕНИ ОБРАТНОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДИОДОВ

Актуальность работы обусловлено тем, что на сегодняшний день, существующие методы, стандарты и способы измерения времени обратного восстановления диодов [1-3], не способны должным образом учитывать все нюансов процесса измерения времени обратного восстановления диода. А именно, влияние измерительный тракта на фронты импульса тока обратного восстановления диода.

Кроме этого, метод измерения времени обратного восстановления диодов [1], которому следуют при изготовлении диодов, предъявляет строгие требования к источнику пикосекундных импульсов и осциллографу. В соответствии с ним, длительность переходной характеристики осциллографа должна быть не более 0,2t_вос. Осциллографы с длительностью фронта переходной характеристики менее 0,2t_вос имеют очень высокую стоимость, что делает процесс измерения времени дорогостоящим и долгим, из-за их производственной загруженности. Использование низкочастотных осциллографов увеличивает погрешность измерения и искажает как передний, так и задний фронт импульса обратного тока восстановления диода.

Из всего выше сказано вытекает цель статьи: уменьшение погрешности измерения времени обратного восстановления диода, при использовании узкополосных осциллографов.

Выбор первой отсчетной точки и калибровка экспоненциальной части импульса тока обратного восстановления диода

Правило выбора отсчетной точки, описанное в статье [4], гласит, что при различных длительностях фронта импульса обратного напряжения, прикладываемых к диоду, на семействе кривых импульса тока обратного восстановления диода имеется точка, численно равная полусумме прямого и обратного тока восстановления диода. Выбор данной точки в качестве отчета, позволяет снизить погрешность измерения в 5,5 раз, относительно стандартного метода.

Рисунок 1 иллюстрирует экспериментальные кривые обратного тока диода 2Д510 (t_вос=2 нс), полученные в ходе измерения с помощью Rigol DS6064 и Agilent DSO9254A. Кривые восстановления на рисунке 1 расположены в соответствии с правилом выбора первой отсчетной точки описанное в статье [4].

Рисунок 1. Экспериментальный ток обратного восстановления диода 2Д510. Кривые 1 и 2 соответствуют осциллографам Rigol DS6064 и Agilent DSO9254A

Разница между временами t_вос1 t_вос2 на рисунке 1 составило 6,6%. Rigol DS6064 значительно искажает экспоненциальную часть импульса обратного тока диода. Для достижения цели работы, решено провести коррекцию экспоненциальной части.

Настройка трансверсального фильтра происходит следующим образом: на вход фильтра подается сигнал с формирователя импульсов (см. рис. 2, кривая 1). Далее происходит варьирование коэффициентов фильтра (табл. 1) с целью минимизирования осцилляций на нижней полке обратного напряжения (см. рис. 2, кривая 2).

Данный подход позволяет скомпенсировать искажения, вносимые измерительным трактом, начиная от формирователя пикосекундных импульсов и заканчивая искажением входного усилителя осциллографа.

Таблица 1

Коэффициенты трансверсального фильтра

Рисунок 2. Обратное напряжение формирователя. Кривые 1 и 2 соответствуют сигналам на входе и выходе фильтра

Был пропущен импульс тока обратного восстановления диода 2Д510 через трансверсальный фильтр и получены кривые обратного тока диода, представленные на рисунке 3.

Рисунок 3. Экспериментальный ток обратного восстановления диода 2Д510 после коррекции. Кривые 1 и 2 соответствуют осциллографам Rigol DS6064 и Agilent DSO9254A

Рисунок 3 иллюстрирует результативность проведённой коррекции обратного тока диода. Из рис. 3 видно, что экспоненциальная часть обратного тока Rigol DS6064 близка по форме сигнала, полученного с помощью Agilent DSO9254A. Расхождение между t_вос составило 1,7 %. С помощью коррекции удалось снизить расхождения во временах в 4 раза. Это позволяет использовать осциллографы с узкой полосой пропускания. При этом будет получаться близкое по значению время, как и с помощью высокочастотного осциллографа.

Заключение

Предложена коррекция экспоненциальной части импульса тока обратного восстановления диода, позволяющая совместно с правилом выбора первой отсчетной точки [4], уменьшить расхождение во временах, полученных на низкочастотном и высокочастотном осциллографах. Эксперимент показал, что применение осциллографа с длительностью фронта переходной характеристики 0,3t_вос, позволяет получать близкое по значению время обратного восстановления, как при длительности фронта переходной характеристики 0,2t_вос, оговоренной в стандарте [1]. При этом, погрешность измерения составляется 1,7 %, что меньше в 4 раза по сравнению со стандартным методом.

Список литературы:

1. ГОСТ 18986.8-73. Диоды полупроводниковые. Метод измерения времени обратного восстановления. – М.: ИПК Издательство стандартов, 1973 – 5 с.
2. Karadzinov L.V. Analysis of the Influence of Diode Re-verse Recovery on the Operation and Design of High-Frequency Rectifiers / L.V. Karadzinov, D.C. Hamill // IEEE Transactions on Power Electronics. – 2000. – Vol. 15, No. 2. – P. 386–398. – doi:10.1109/63.838112
3. 2. Deane J.H.B. Instability, subharmonics, and chaos in power electronic systems / J.H.B. Deane, D.C. Hamill // IEEE Trans. Power Electron. – 1991. – Vol. 5, No. 2. – P. 260–268. – doi:10.1109/63.56516.
4. Семенов Э.В. Уменьшение погрешности измерения времени обратного восстановления быстровосстанавливающихся диодов / Э.В. Семенов, О.Ю. Малаховский // СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии (КрыМиКо ‘2018): Материалы 28-ой Международной Крымской конференции. – Севастополь: Вебер, 2018. – С. 1269–1273