EF 2014/2015

HF-Technik
Frequenz- und Zeitbereichsvalidierung eines
nichtlinearen Modells für eine Step-Recovery-Diode
Step-Recovery-
Dioden (SRD), auch
Snap-Off-Dioden,
Speicherschalt-Dioden
oder Ladungsspeicher-
Dioden genannt,
werden häufig in
Frequenzvervielfachern
(Kamm-Generatoren)
und in Wave-Shaping-
Anwendungen
für breitbandige
Pulsgeneratoren
verwendet [Lit. 1-3].
Übersetzung durch A. Baier,
Tactron Elektronik.
Bild 1: Microsemi Step Recovery Diode (SRD) P/N GC25176-45.
Unten 2-Port-Series-Konfiguration zwischen versetzten
Leiterplatten
Im Durchlassbetrieb speichert
die Diode Ladung in der Verarmungszone,
diese Ladung wird
bei Umpolung abgebaut (wegen
der relativ langen Lebensdauer
der Minoritätsladungsträger),
und eine hohe Sperrfeldstärke
wird aufgebaut. Das Besondere
an der SRD ist die abrupte
Änderung der Leitfähigkeit
beim Abbau der gespeicherten
Ladung. Eine herkömmliche
Diode (mit kurzer Lebensdauer
der Minoritätsladungsträger)
wirkt im wesentlichen
wie ein spannungsabhängiger
Widerstand, die harmonischen
Frequenzanteile nehmen stark
(~1/n 2 , n = Frequenzindex)
ab. Im Gegensatz dazu verhält
sich die SRD wie eine spannungsabhängige
Kapazität und
kann hohe harmonische Anteile
erzeugen. Eine Herausforderung
beim Design ist, dass die
meisten nichtlinearen Modelle
der Schaltungssimulatoren das
Bias-abhängige zeitliche Verhalten
des Forward-Reverse-
Umschaltens nicht ausreichend
beschreiben.
In diesem Beitrag beschreiben
wir ein nicht-lineares SRD-
Modell, welches das arbeitspunktabhänge
zeitliche Übergangsverhalten
gut beschreibt
und mit Frequenz- und Zeitbereichsmessungen
validiert
wird. Die verwendete Diode
GC25176-45 (Pill-Package,
Bild 1, oben links) stammt von
Microsemi. Die Charakterisierung
wurde in 2-Port-Shuntund
2-Port-Serien-Konfiguration
durchgeführt. Zunächst wird das
DC- und Kleinsignal-Verhalten
vorgestellt, danach das Großsignal-
und Zeitbereichsverhalten.
DC- und Klein-Signal
Charakterisierung
Das grundsätzliche DC- und
Kleinsignal-Verhalten wird
beschrieben und mit dem Modell
verglichen. Die Daten wurden in
der Serien-Konfiguration (Bild
1 unten) gewonnen. In Bild 2
Bild 2: Vergleich Messung und Modell für Microsemi SRD GC25176-45 bei 25°C.
Links: DC I-V (Durchlassbereich); Rechts: C-V bei 80.4 MHz und 25°C (blaue Marker - gemessen, rote Linie - Modellierung).
16 HF-Einkaufsführer 2014/2015