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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Steigender Leakage-Current bei Schottky-Dioden im "Sperrbetrieb"?


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Autor: Moritz A. (moritz_a)
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Moin,

folgendes Beobachtung:

Ich hatte in einer Schaltung als Power-Or (Netzteil oder externe 
12V-Speisung) lange Zeit STM STPS40M60CG-TR[1], siehe 
zusammengefrickelter Schaltplan-Ausschnitt. Nach rechts kommt neben der 
12V-Batterie G1 noch die eigentliche Schaltung hinter ihren Schalter.

Nun war bei der letzten Produktion die ST-Schottky im D2PAK obsolet 
geworden, also habe ich statdessen Vishay MBR30H60CT[2] ausgesucht.

Aufgrund der Konstruktion wusste ich, dass mit Leckströmen zu rechnen 
ist, daher R502 und R505, um diese "abzuleiten". Nun habe ich mit der 
Ersatzbestückung allerdings das Problem, dass gelegentlich die Diode 
(sehe gerade, habe da den falschen Typ reinkopiert, im Kopf A+K 
tauschen) rot, grün oder auch beides leuchtet.

Alte Diode aus dem Schrank eingelötet -> funktioniert.
Leckstrom der neuen Diode (15V Reverse) gemessen -> unter 40µA, nicht 
schön, aber reicht der LED nicht aus.
Vom Kaffee holen zurück gekommen -> es fließen >200µA?!?

Daraufhin mit weiteren der neuen Dioden getestet, und festgestellt, dass 
nach ein paar Minuten Reverse-Spannung der Leckstrom fast immer 
problemlos um mehrere Größenordnung angestiegen ist.

So, und nun zur eigentlichen Frage: Ist das ein bekanntes Verhalten? 
Geht das aus dem Datenblatt irgendwo hervor, und ich habe den Wert nur 
übersehen?

Oder ist das genau die Nebenwirkung, die hinter "(2) Pulse test: pulse 
width ≤ 40 ms" versteckt wird?

Grüße
Moritz

1: 
http://www.st.com/content/ccc/resource/technical/document/datasheet/9d/97/1f/39/1d/c2/43/5a/DM00028579.pdf/files/DM00028579.pdf/jcr:content/translations/en.DM00028579.pdf
2: https://www.vishay.com/docs/88866/mbr30h60ct.pdf

Autor: Udo K. (udok)
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Werden die warm?  Der Leckstrom ist stark von der Temperatur abhängig...

Autor: ugkzth (Gast)
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Moritz A. schrieb:
> Oder ist das genau die Nebenwirkung, die hinter "(2) Pulse test: pulse
> width ≤ 40 ms" versteckt wird?

So würde ich das nicht sagen.

Miß doch mal die Temperatur der sperrenden Schottky, denn diese erwärmt 
sich allein schon durch den Leckstrom - wodurch dieser steigt, und die 
Erwärmung ebenfalls, und...

Ist halt eine Schottky, keine PN.

Könnte einer der Gründe für ORing - Mosfets sein.

Autor: DCDC (Gast)
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Hallo,

sollte die Temperatur sein.Veränderung nach  mehreren Minuten deutet oft 
auf Temperatur, zusammen mit der bekannten starken Zunahme des 
Sperrstroms sollte das die Ursache sein. Zudem hat die neue Diode eine 
größere Flussspannung und damit auch höhere Verluste.

Gruß DCDC

Autor: Moritz A. (moritz_a)
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DCDC schrieb:
> sollte die Temperatur sein.Veränderung nach  mehreren Minuten deutet oft
> auf Temperatur, zusammen mit der bekannten starken Zunahme des
> Sperrstroms sollte das die Ursache sein. Zudem hat die neue Diode eine
> größere Flussspannung und damit auch höhere Verluste.

Ich "betreibe" die Diode nur in Sperrichtung, sind hier im Bereich von 
µA. Da wird nichts warm?

Grüße
Moritz

Autor: DCDC (Gast)
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Hi,

dann sollte das eigentlich nicht sein... seltsam, Verluste sollten dann 
kleiner 1 mW sein.... gibt es andere Elemente in der Nähe auf der 
Platine, die warm werden?

Gruß

Autor: Udo K. (udok)
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Eine der beiden Schottky Dioden ist aber in Flussrichtung, sonst
würde die Schaltung ja nix tun?
Die Diode in Flussrichtung erwärmt vielleicht die andere in 
Sperrichtung?

Autor: Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Ich würde da zum schnellen Test einfach mal kurz mit Kältespray 
draufhalten...

: Bearbeitet durch Moderator
Autor: foobar (Gast)
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Fremderwärmung reicht ja auch. Spucke drauf und pusten - wenn die LEDs 
dann wieder ausgehen ...

Autor: Spitzenspannung (Gast)
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Denkanstoss:


Du haemmerst mit 12Vac und einer (Doppel-)Schottky halbwellenmaessig auf 
eine 12V-Batterie? Erwaermung, je nach Innenwiderstaenden, ist zu 
erwarten.

Wenn ich deinen planlosen Schaltplan (nicht boese gemeint, wir alle 
haben mal planlos angefangen) richtig verstehe, dann hast du drei 
Quellen zur Versorgung einer Schaltung? (Zweipinstecker, Dreipinstecker, 
und Batterie)
In dem Fall: drei Dioden verwenden. Oder soll mit 12Vac der Akku 
(schnell-)geladen werden?


Nebenbei: die gruene Led scheint periodische 17V Sperrspannung gut zu 
vertragen. Glueckwunsch :D

Autor: Moritz A. (moritz_a)
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Udo K. schrieb:
> Eine der beiden Schottky Dioden ist aber in Flussrichtung, sonst
> würde die Schaltung ja nix tun?

Sofern die Schaltung nicht über den Akku betrieben wird, was eigentlich 
der Normalzustand ist.

Moritz A. schrieb:
> Nach rechts kommt neben der
> 12V-Batterie G1 noch die eigentliche Schaltung hinter ihren Schalter.

DCDC schrieb:
> gibt es andere Elemente in der Nähe auf der
> Platine, die warm werden?

Im Moment sind die Dioden auf dem Labortisch an zwei Klemmen zum testen, 
da gibt es keine anderen Elemente auf der Platine ;)

Spitzenspannung schrieb:
> Du haemmerst mit 12Vac und einer (Doppel-)Schottky halbwellenmaessig auf
> eine 12V-Batterie?

Wie kommst du darauf? Das steht sogar im ersten Satz des 
Urpsrungspostings...aber da du wohl des Lesens nicht mächtig bist, spare 
ich mir auf den Rest deines Postings einzugehen.


Nochmal zum Mit-Tanzen und synchronisieren:
Diode alleine auf dem Tisch, in Sperrichtung mit 15V beaufschlagt. Beim 
Start (18:44) flossen 14µA (laut Keithley 2440), nach 10 Minuten jetzt 
sind es 85µA. Eisspray ändert nichts.

Grüße
Moritz

Autor: Spitzenspannung (Gast)
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Dein erster Satz:

Moritz A. schrieb:
> Ich hatte in einer Schaltung als Power-Or (Netzteil oder externe
> 12V-Speisung) lange Zeit STM STPS40M60CG-TR[1], siehe
> zusammengefrickelter Schaltplan-Ausschnitt

Ok, dann mach das mal so. Sollte ja auch nur ein Denkanstoss (das erste 
Wort in meinem Post) sein. Fuer meinen Fall: ich wuerde nicht mit 12Vac 
auf einer Batterie rumhaemmern.

Ansonsten, zu deiner aktuellen Verstaendnissfrage: jetzt bin ich raus, 
mir missfaellt der Ton.

Viel Erfolg!

Autor: Jürgen W. (Firma: MED-EL GmbH) (wissenwasserj)
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Ich glaube, da sind im Datenblatt "mA" und "A" beim Reverse Current 
verwechselt worden: Daß bei einer so leistungsstarken Diode bei 12V 
(20%*Vr im Bild) weniger als 1µA fließt, ist unglaubwürdig (solche Werte 
habe ich schon bei Raumtemperatur mit einigen kleinen Schottky-Dioden in 
SOD-523).

Außerdem hat Dein neues Modell 150A-Rating ggü 20A beim ST-Modell.

Gehen wir davon aus, daß die Skalierung in Fig 4. in Ampere (nicht mA) 
gegeben ist, dann wäre IR bei 25°C ca. 400µA - also bist Du mit Deiner 
Messung durchaus im grünen Bereich.

: Bearbeitet durch User
Autor: Michael B. (laberkopp)
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Moritz A. schrieb:
> Ist das ein bekanntes Verhalten?

Daß der Leckstrom von Schottky-Diodn erheblichb ist, ist bekannt und 
normal, natürlich steigend mit Erwärmung.

Dein Schalötplan ist Unsinn.

Moritz A. schrieb:
> sehe gerade, habe da den falschen Typ reinkopiert, im Kopf A+K
> tauschen)

Macht die Schaltung nicht besser.

Moritz A. schrieb:
> Aufgrund der Konstruktion wusste ich, dass mit Leckströmen zu rechnen
> ist, daher R502

Es gibt keinen R502.

Bei LD1 red/green leuchtet nur die grüne, nämlich wenn 12V_AC anliegen.

Eine CR-AA ist keine 12V Batterie und darf niemals nicht geladen werden.

Man lädt keine Batterie mit 12V AC durch eine Diode ohne 
Strombebrenzung.

Deine Schaltung ist also völlig verhunzt. Beginne bei Grundlagen der 
Elektrotechnik.

Autor: Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Moritz A. schrieb:
> Nochmal zum Mit-Tanzen
Ja schön, dass man mal erfährt, welche Musik da eigentlich gespielt 
wird.

> Beim Start (18:44) flossen 14µA (laut Keithley 2440), nach 10 Minuten
> jetzt sind es 85µA.
Und was passiert, wenn du die Spannung mal abschaltest und eine Stunde 
später wieder ein?

Autor: noreply@noreply.com (Gast)
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Ich hab zwar keine Ahnung, aber wenn ich Figure 8 des Datenblattes 
anschaue, sind die Werte gerechtfertigt. Der Rest wird Grundkurs 
Thermodynamik sein.

Autor: noreply@noreply.com (Gast)
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Lothar M. schrieb:
>> Beim Start (18:44) flossen 14µA (laut Keithley 2440), nach 10 Minuten
>> jetzt sind es 85µA.
> Und was passiert, wenn du die Spannung mal abschaltest und eine Stunde
> später wieder ein?

Das Datenblatt sagt in Tabelle 4 für die Sperrströme:

Pulse test: tp = 5 ms, δ < 2 %

was auch immer das heißen mag.

Autor: Stefan R. (1975rstefan)
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Im einfachsten Fall die Datenblätter einer 1N4001 und einer SB160 
vergleichen. Bei der SB160 wird der Sperrstrom in mA angegeben und bei 
der 1N4001 in µA.
Dazu kommt noch die Verlustwärme im Betrieb.
Was soll da jetzt ungewöhnlich sein?

Autor: Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Stefan R. schrieb:
> Dazu kommt noch die Verlustwärme im Betrieb.
> Was soll da jetzt ungewöhnlich sein?
Welche Verlustwärme?
Also, ich finde den Effekt, der ja offenbar (wie im Thread zu lesen) 
nicht von warm und kalt abhängt, durchaus interessant. Und dass ein 
Leckstrom im ms spezifiziert ist, das kommt  überraschend...

Autor: soso... (Gast)
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noreply@noreply.com schrieb:
> Lothar M. schrieb:
>>> Beim Start (18:44) flossen 14µA (laut Keithley 2440), nach 10 Minuten
>>> jetzt sind es 85µA.
>> Und was passiert, wenn du die Spannung mal abschaltest und eine Stunde
>> später wieder ein?
>
> Das Datenblatt sagt in Tabelle 4 für die Sperrströme:
>
> Pulse test: tp = 5 ms, δ < 2 %
>
> was auch immer das heißen mag.

Vermutung :
Der Griechische Krakel steht für Dutycycle oder so. Begründung: Man 
findet die Angabe in den Datenblättern für den Leckstrom von Dioden oft 
auf diese Art - es wird mit Pulsen mit kleinem Dutycycle geprüft.

Das wäre dann: Die Spannung ist für 5ms eingeschaltet, dann für 250ms 
aus.
Man könnte das tun, um die Sperrschichttemperatur der Diode konstant zu 
halten.

Über einen Effekt, nachdem der Leckstrom über die Zeit ansteigt bei 
gleicher Temperatur finde ich über Google auf die Schnelle nichts. 
Nachdem die Leckstromproblematik bei Schottkys hinlänglich bekannt ist, 
denke ich, irgendwer wäre darüber schon einmal gestolpert.

Daher wäre der erste Ansatzpunkt, den Messaufbau zu prüfen.
Ich bin schon sovielen Geistern hinterhergelaufen, dass ich eine gesunde 
Skepsis gegenüber meinen eigenen und fremden Messungen entwickelt 
habe...

Autor: ugkzth (Gast)
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soso... schrieb:
> Vermutung :
> Der Griechische Krakel steht für Dutycycle oder so.
> (...)
> Die Spannung ist für 5ms eingeschaltet, dann für 250ms aus.

Scheint so. Hatte ich auch vereinzelt in diversen Dokumenten
bzgl. Schaltregler entdeckt. Mal stand da "δ", mal auch "δ(t)".
Gemeint war regelmäßig der Duty-Cycle.

soso... schrieb:
> Man könnte das tun, um die Sperrschichttemperatur
> der Diode konstant zu halten.

Das denke ich auch (immer noch).

Auch Deine übrigen Aussagen / Vorschläge unterstütze ich, weder
wissen wir über den Meßaufbau bescheid (weder dessen genaue
Konfiguration, noch Eventualitäten) noch können wir uns im
Moment schon darüber klar sein, inwieweit der TO das tut.

ugkzth schrieb:
> Miß doch mal die Temperatur der sperrenden Schottky, denn diese
> erwärmt sich allein schon durch den Leckstrom - wodurch dieser
> steigt, und die Erwärmung ebenfalls, und...

Der Vorgang ist vielleicht einfach nur ein, zwei Größenordnungen
unter dem für 99,9% der Anwendungen interessierenden Bereich.

Und daher auch für betreffende Her-Steller [bzw. direkter:
Er-Steller von solchen Datenblättern?], sowie in den meisten
Fällen dann auch dem/n Anwender/n nicht wichtig genug, und/oder
wurde zu selten oder gar noch nie festgestellt? I don't know.

Für den leichten Anstieg könnte schon eine minimale Erwärmung
ursächlich sein. "Da wird nichts warm." - Nun, wie man "warm"
definiert. Mit den Fingern wird man wohl nichts feststellen.

Es wird doch Verlustleistung umgesetzt, wenn auch sehr wenig.
Und das muß zwangsläufig zu einer leichten Erwärmung führen.
Da dadurch der Leckstrom steigt, muß sich die Leistung erhöhen.

Welche Art Temperaturmessungen wurden überhaupt durchgeführt?
Vielleicht bräuchte man was hochgenaues, bzw. zumindest halt sehr
fein aufgelöst. Und die Messung am Die selbst wäre wohl sinniger,
als die am Gehäuse. (Alternativ und/oder zusätzlich: Aufbau mal
länger testen, vielleicht wird was (leichter) meßbar.)

Der Sache müßte schon auf die Spur zu kommen sein.   ;-P

Autor: Moritz A. (moritz_a)
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Michael B. schrieb:
> Man lädt keine Batterie mit 12V AC durch eine Diode ohne
> Strombebrenzung.

Okay, jetzt wird mir klar wie alle auf den AC-Trichter kommen: Das 
sind 12V, die aus einem I/U-begrenzten Netzteil kommen, aber natürlich 
als DC. Ohne den Rest vom Schaltplan mag 12V_AC hier wirklich eine 
verwirrende Benennung sein (die nebenbei auch nicht von mir, sondern vom 
Vor-Designer der Schaltung stammt).

> Eine CR-AA ist keine 12V Batterie und darf niemals nicht geladen werden.
> Deine Schaltung ist also völlig verhunzt. Beginne bei Grundlagen der
> Elektrotechnik.

Deine Glaskugel ist dekalibriert. Ja, eine CR-AA ist keine 12V-Batterie, 
aber in der Schaltung sitzt dort nunmal eine 12V-Batterie (Pb), ob du es 
glaubst oder nicht. Aber zumindest für dich ist mein Gedanke, da zum 
intuitiveren Verständnis ein grob richtiges Symbol hinzupacken statt wie 
eigentlich im Plan vorhanden nur eine Klemme ohne sprechenden Namen ist 
zumindest bei dir ganz offensichtlich nicht aufgegangen.

noreply@noreply.com schrieb:
> Ich hab zwar keine Ahnung, aber wenn ich Figure 8 des Datenblattes
> anschaue, sind die Werte gerechtfertigt.

Das Datenblatt der neuen Diode geht nur bis Fig. 6...und selbst bei der 
alten STM-Diode, bei der es Fig8 geht lese ich bei großzügigen 50°C und 
15V <40µA.

Jürgen W. schrieb:
> Außerdem hat Dein neues Modell 150A-Rating ggü 20A beim ST-Modell.

Peak forward surge current 8.3 ms single half sine-wave superimposed
on rated load per diode IFSM 150 A

Das ist aber nicht der Dauerbetrieb, bei der alten wurde auch 
spezifiziert:  IFSM Surge non repetitive forward current tp = 10 ms 
sinusoidal 220 A

soso... schrieb:
> Daher wäre der erste Ansatzpunkt, den Messaufbau zu prüfen.
> Ich bin schon sovielen Geistern hinterhergelaufen, dass ich eine gesunde
> Skepsis gegenüber meinen eigenen und fremden Messungen entwickelt
> habe...

Den Gedanken hatte ich auch schon, Tatsache ist allerdings dass bei 
einigen Platinen (würde aus dem Bauch auf 10 von 250 tippen) "irgendwo" 
ein Strom fließt, der die LED zum leuchten bringt, und nach dem Entlöten 
des Beinchens der relevanten Anode die LED nicht mehr leuchtet.

Ich nutze jetzt aber erst einmal das Wochenende und überlege mir, wie 
ich da Montag sinnvoll weitermache.

Autor: Dieter (Gast)
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Ganz einfache Lösung wäre:

R501 parallel zur roten LED und R505 parallel zur grünen LED.
Dann sollte das Glimmen weg sein.

Autor: Spitzenspannung (Gast)
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Der threadtitel ist wirklich zu interessant um loszulassen.

@Dieter:
Es geht doch hier in keinster weise um das glimmen der Leds. Das 
(glimmen der Leds) hat doch ueberhaupt erst hierher gefuehrt.

Ich war kurz davor einen Parallelthread mit aehnlichem Namen 
aufzumachen, kann aber kein solches verhalten (des Halbleiters, nicht 
des TOs) weder nachvollziehen noch messen. Auch nicht mit Waschmittel 
und Regentanz.

Moritz A. schrieb:
> Okay, jetzt wird mir klar

Moritz, schreiben ist wohl nicht deine staerke? Es reicht ja 
offensichtlich nichtmal zum abschreiben! Lesen des eigenen ersten Satzes 
wohl auch nicht?

SCNR - genug sauer.

Ich will mal gleiches nicht mit gleichen vergelten, ist mir (jetzt) auch 
voellig egal sein wie du welche Akkus in welcher idiotischen weise 
laedst, und (kleinkindsdumme) Luegengeschichten ueber idiotische 
Schaltungen erzaehlst. Oder warum die Doppeldiode heiss wird.  Da "genug 
sauer" erspare ich mir weitere Zitate.

ZUM THEMA:
Es ist DEIN Thread. Also leite ihn "auf den Punkt" (welcher im Titel 
steht).
Hinweis: "leiten" und "beleidigen" schreibt (und liest) sich anders.
SCNR

Moritz A. schrieb:
> Ich nutze jetzt aber erst einmal das Wochenende und überlege mir, wie
> ich da Montag sinnvoll weitermache

Nutze das WE zum ausspannen!
Ueberlegen kannst du auch naechtste Woche noch; da kommt mehr bei raus, 
glaub mir.

Und selbst naechste Woche: Ueberlegen ist die eine Sache. Folgen der 
Ideen, und beantworten der hier gestellten, offenen Fragen zum Thema 
(warum sonst dieser Thread)

a:) Ich picke hier mal eine raus:

Lothar M. schrieb:
> Moritz A. schrieb:
>> Nochmal zum Mit-Tanzen
> Ja schön, dass man mal erfährt, welche Musik da eigentlich gespielt
> wird.
>
>> Beim Start (18:44) flossen 14µA (laut Keithley 2440), nach 10 Minuten
>> jetzt sind es 85µA.
> Und was passiert, wenn du die Spannung mal abschaltest und eine Stunde
> später wieder ein?

b:) Eine weitere neu:
Was passiert wenn anstatt der einen Shottky-Diode (wohl inzwischen 
einzelbetrieb einer Doppel-Shottky) ein, sagen wir mal, 1 Megaohm 
Kohleschicht Widerstand (unter ansonsten gleiche Bedingungen) vermessen 
wird.



c:) Ernsthaft, ohne boshaft:

Moritz A. schrieb:
> Diode alleine auf dem Tisch, in Sperrichtung mit 15V beaufschlagt

Ist das wirklich richtig???

Oder meinst du eher:
15V an Diode in Sperrichtung an Strommessgeraet (Typenbezeichnung 
welches auch immer zum Angeben gebraucht wird, ein Affe mit einem 
Werkzeug ist: ein Affe. Bin wohl immernoch sauer. Zu meinem Glueck nicht 
neidisch :D)

Nur fuer den Fall der sorgfaelligen Fehlerkorrektur ("in Sperrichtung 
mit 15V beaufschlagt"): lass diesen voellig unnoetigen Schaltungsteil 
testweise mal weg.



Und jetzt bin ich nochmehr neugierig als vorher.
Werden wir (=das Forum) deinen Denk- oder Messfehler finden?
Oder bringst Du, Moritz, allen hier etwas bei?
Das darf selbstverstaendlich(!) auch (d)ein Messfehler sein, wir alle 
lernen gerne. Deswegen treffen wir uns hier, oder?


Schoenes Wochenende!

Autor: foobar (Gast)
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Spitzenspannung, wenn du das Problem nicht verstehst, halt doch einfach 
die Klappe.

Autor: Dieter (Gast)
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Und die Äußerung von @foobar, zeugt nicht gerade von guter Kinderstube.

Wie so oft in der Physik, sind Vorteile immer mit Nachteilen verbunden. 
Eine geringere Durchlassspannung wird erreicht mit dem Effekt eines 
schlechteren Sperrverhaltens.

Die Schottky-Dioden sind noch empfindlicher auf IR-Strahlungen. Die 
Eigenerwärmung führt auch zur Änderung im internen als schwarzer 
Strahler. Das könnte durchaus zu einer kleinen potenzierung der Erhöhung 
führen. Bei bestimmten Spannungen gibt es beim IR-Spektrum durch den 
Sperrstrom auftretende Maxima/Minima-Muster. Dabei gibt es im Halbleiter 
auch eine inhomogene Wärmeverteilung in der Sperrschicht. Der Zustand 
braucht aber immer etwas Zeit um sich einzupendeln. Die Zeit hätte ich 
im niedrigen Sekundenbereich angesiedelt.

Ein solches Verhalten bei Großflächendioden zur Strahlungsmessung (HERA, 
DAISY) war ein großes Problem bei der Sperrstrommessung an 
Testplättchen. Es gab hier auch so ein Wandern über die Zeit. Schneller 
konnte man aber auch nicht messen, wegen der Diodenkapazitäten.

Autor: 90SQ035 (Gast)
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