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