Il rumore nei diodi Zener

[nikiT]

Ciao a tutti,
apro questo post per togliermi una curiosità. È noto che le giunzioni pn polarizzate inversamente hanno la cattiva abitudine di generare considerevli quantità di rumore per effetto Zener o valanga. Ad esempio, ho letto che una densità spettrale di rumore più o meno "tipica" nei diodi Zener è dalle parti dei per una corrente di polarizzazione inversa di 0,5 mA (Grey e Meyer), che corrisponde al rumore termico generato da un resistore da 620 kΩ!

Purtroppo, però, in rete sono riuscito a trovare pochissime informazioni su come cambia la densità di rumore in base alla tensione di scarica inversa e alla corrente di polarizzazione del diodo.

In particolare, mi chiedo: sono più rumorosi i diodi Zener da meno di 5 V (dove predomina l'effetto Zener) o quelli da più di 5 V (dove predomina l'effetto valanga)? Cosa accade intorno ai 5 V, dove i due fenomeni coesistono?

Inoltre, che legame c'è da attendersi tra la corrente di polarizzazione inversa e la densità di rumore?

Se qualcuno volesse suggerirmi qualche testo o qualche AN in merito, sarò felicissimo di leggerla.

Grazie!

Ciao,
Niki

[DirtyDeeds]

Bella domanda!

Purtroppo, però, in rete sono riuscito a trovare pochissime informazioni su come cambia la densità di rumore in base alla tensione di scarica inversa e alla corrente di polarizzazione del diodo.

In realtà di informazioni ce ne sono proprio poche in giro. Quando avevo fatto qualche misura avevo visto che almeno nell'intervallo di tensioni che avevo provato io la tensione di rumore era all'incirca proporzionale alla tensione inversa, mentre c'era (relativamente) poca dipendenza dalla corrente. Però le misure le avevo fatte velocemente, per cui non prendere per oro colato tali informazioni.

Ho fatto una veloce ricerca sulle riviste dell'IEEE e l'unico articolo (esplicito) che ho trovato è questo. L'articolo sembra confermare che almeno in un certo intervallo la tensione di rumore è proporzionale alla tensione inversa. Provo poi a vedere se ci sono altre informazioni nascoste in altri articoli sui generatori di rumore.

C'è comunque da dire che i generatori di rumore a Zener presentano due problemi:

1. elevato rumore 1/f (flicker); il rumore diventa bianco sopra qualche centinaio di hertz-kHz;
2. instabilità della tensione di rumore con la temperatura e nel tempo.

[nikiT]

Grazie, DirtyDeeds, per la risposta!

In effetti il documento da un'idea chiara, anche se abbastanza generica, del fenomeno. Vedendo in giro nei datasheet dei vari produttori, ho notato che alcuni modelli sono indicati come "a basso rumore", e questo mi fa pensare che esista anche una certa dipendenza rispetto al processo produttivo a complicare ulteriormente le cose.

Da un punto di vista strettamente "pratico", sempre relativamente al rumore, sarebbe interessante sapere quando convenga usare un diodo Zener polarizzato inversamente, e quando convenga invece usare una serie di diodi a giunzione polarizzati direttamente per ottenere la caduta di tensione desiderata.

Purtroppo, data la difficoltà nel reperire del materiale a proposito, temo che l'unico modo per valutare la situazione sia effettuare qualche misura. Spero di trovare il tempo nei prossimi giorni!

Nel caso a qualcuno venisse in mente qualcosa da leggere a proposito, sarò felice di dargli un'occhiata.

Di nuovo grazie!

Ciao,
Niki

[gotthard]

[Premessa]
Non ho mai affrontato l' argomento, quindi ti riporto qualche link che scovato dopo una veloce ricerca su Google.
Non li ho ben controllati, quindi potresti non trovare le informazioni che stai cercando, però tentar non nuoce...
[Fine Premessa]

Prova a dare un' occhiata in questi due link: 1 e 2

Nel link 1, quel certo Winfield Hill (controllando è l' autore del libro "The Art Of Electronics", rintracciabile in rete con una breve ricerca con Google) fa riferimento a un certo thread, dicendo che si è già parlato della questione.

Dovrebbe essere questo: 3 (fammi sapere se ti funziona questo link, perché a volte, non so perché, mi reindirizza qui)

Ci sono molti messaggi; cerca quelli di Winfield Hill e di Tony Williams..dovresti trovare quello che cerchi.

Prova anche qui e qui, non si sa mai.

[gotthard]

Ciao nikiT!

I link del post [4] ti sono stati di aiuto? In particolare, il link 3 sei riuscito a visualizzarlo?

Sei riuscito a chiarire i tuoi dubbi alla fine?

Aggiornaci!

[nikiT]

Ciao gotthard,
grazie per i link! Purtroppo il (3) reindirizza male anche me, per cui non sono riuscito a visualizzarlo.

In compenso ho trovato diversi datasheet come questo dai quali sembrerebbe che il fenomeno più rumoroso sia l'effetto valanga, in accordo con quanto suggerito da DirtyDeeds. A pag. 2 viene anche mostrato il metodo di misura che sarebbe interessante sfruttare per qualche misura "domestica".

Ciao,
Niki

[gotthard]

Bene

Ma hai trovato la risposta anche alla:

che legame c'è da attendersi tra la corrente di polarizzazione inversa e la densità di rumore?

BTW, se ti interessava dare un' occhiata al link "3", ecco dei link alternativi:

3a, 3b, 3c

(ne funzionerà almeno uno )

[nikiT]

Purtroppo non ho trovato molte informazioni circa la relazione tra corrente di polarizzazione e densità di rumore. A questo proposito ho provato ad eseguire un po' di misure a varie correnti di polarizzazione (100 µA, 1 mA e 10 mA) su una ventina di diodi Zener con tensioni comprese tra 3,3 e 24 V, e nella maggior parte dei casi ho notato un'evidente relazione di proporzionalità inversa tra corrente di polarizzazione e densità di rumore.

Ciao,
Niki

[gotthard]

A questo proposito ho provato ad eseguire un po' di misure[...]
[...]e nella maggior parte dei casi ho notato un'evidente relazione di proporzionalità inversa tra corrente di polarizzazione e densità di rumore.

Bene, direi che quindi si possa dire che ora hai la risposta anche a quel dubbio, allora.

A questo punto, ti ringrazio per aver fornito i risultati di queste tue misure; probabilmente torneranno utili a me e ad altri utenti qui nel forum.

[DirtyDeeds]

ho notato un'evidente relazione di proporzionalità inversa tra corrente di polarizzazione e densità di rumore.

Come hai eseguito queste misure nikiT? Hai tenuto conto che anche l'alimentatore è rumoroso, in genere molto più rumoroso dello zener, e che il suo rumore è proporzionale alla tensione di uscita e viene pesato dal (quadrato del) rapporto tra la resistenza dinamica di zener e la resistenza di polarizzazione?