Zenerdioden im Glas-Axialgehäuse - nicht inhärent gegen Photoeffekt abgeschirmt?

Ich habe heute entdeckt, dass eine in Glas verpackte axial bedrahtete 5-V-Zenerdiode zu einer Quelle von etwa 0,450 Volt wird, wenn die Glasverpackung in den Strahl eines violetten (405 nm) Laserpointers mit niedriger Leistung gehalten wird.

Der Testaufbau: Scope-Sonde (mit Masseklemme) über dem Zener angebracht. Bei ausgeschaltetem Laser zeigt das Oszilloskop wie erwartet Null Volt an. Wenn Sie den Laser einschalten und auf das Glasgehäuse der Diode richten, liest das Zielfernrohr ziemlich stabile 450 mV (allerdings laut: 30 mv pp ~ 100 kHz). (Bearbeiten: Dieses Rauschen könnte ein Produkt der Lasertreiber-Aufwärtsschaltung sein)

Der Laser ist billig und soll 1 mW haben.

Das Unterbrechen des Strahls mit undurchsichtigen Materialien stoppt sofort die Spannungsmessung von der Diode. Die Modulation des Lasers mit einer 5-kHz-Rechteckwelle bewirkt, dass die Diode eine 5-kHz-Antwort zeigt (in Phase mit der Modulation des Lasers, soweit mein Oszilloskop das beurteilen kann).

Mir ist klar, dass das ziemlich unwissenschaftlich ist, aber meine Frage ist folgende:

Ist dies typisch für Glas-Zener und wenn ja, sollte ein Designer die Verwendung von Glas-Zenern in empfindlichen analogen Schaltungen vermeiden? Oder ist das zu spezifisch, um ein reales Problem zu sein?

Verwandte: UV-löschbare EPROMs mit Quarzfenster, die in Büroumgebungen verwendet werden, verloren mit der Zeit ihr Programm aufgrund des Lichts von Standard-Leuchtstoffröhren. Lange bevor ein grober Programmfehler feststellbar ist, könnte der Programmbetrieb gestört werden, indem das in das EPROM einfallende Licht verändert wird, indem zB in einem beleuchteten Büro einfach mit der Hand darüber geschwenkt wird. Fragen Sie mich, woher ich das weiß :-). FIX: Bringen Sie lichtbeständige Aufkleber an, wie man es tun sollte.
Leute berichteten, dass sie versuchten, EPROMs mit Keramikkörpern mit XRays einmal zu löschen, aber ich habe noch nie davon gehört, dass dies erfolgreich war. Es stellte sich jedoch heraus, dass dies eine Möglichkeit war, einen Ersatz für das sehr schwer zu beschaffende Signeics 25120 WOM zu implementieren
@RussellMcMahon, ein Freund erzählte mir den Grund, warum er noch nie einen einzigen UV-EPROM-Ausfall im Feld hatte - weil er zwei Schichten dickes selbstklebendes Kupferband über die Quarzfenster geklebt und oben "DO NOT REMOVE TAPE" geschrieben hatte im Permanentmarker. :)
Vor langer Zeit haben wir sie in der Sonne gelöscht. Ziemlich effektiv – die neuseeländische Sonne ist (wirklich) einer der nebligen US-Reiche auf Erden, aber jede alte Sonne reicht aus, wenn Sie genug davon auftragen. AFAIR 20-30 Minuten war das Minimum, aber wir haben ~= einen halben sonnigen Tag durch ein Bürofenster verwendet. Das Gebäude hatte innen Fensterbänke aus verglasten Backsteinen, und wir legten die EPROMS zum Löschen darauf. Ein beträchtlicher Prozentsatz (10 %?) hat dabei Write-Only-Memories abgegeben. Nach reiflicher Überlegung fingen wir an, sie beim Löschen in leitfähigen Schaum zu legen und hatten keine Verluste mehr. ESD? Oh ja. Schauen Sie sich das WOM-Datenblatt oben an und sehen Sie dann ....
Ja, ich habe diesen Effekt bei Glasdioden selbst beobachtet. Sie können eine Spannung über der Diode auf einem normalen DMM ablesen, wenn Sie die Diode in die Sonne oder eine andere ausreichend helle Lichtquelle stellen.

Antworten (3)

Dioden aller Art, einschließlich der allgegenwärtigen 1N4148, die in transparenten Gehäusen verpackt sind, neigen dazu, eine gewisse Lichtempfindlichkeit zu haben (sowohl photoleitend als auch photovoltaisch, wie Sie beobachtet haben). Der 1N4148 kann anscheinend 10 nA in direktem Sonnenlicht erzeugen .

Ich vermute eher, dass Ihre Zenerdiode bei normaler Verwendung mit mehreren fließenden mA eine vernachlässigbare Reaktion auf normales Raumlicht haben würde. Zener sind in erster Linie keine besonders präzisen Geräte. Angenommen, Sie verwenden es als Rauschquelle, beispielsweise für Audio oder Kryptografie, möchten Sie es möglicherweise dunkel halten oder ein in Kunststoff verpacktes Gerät verwenden.

Es lohnt sich, solche Effekte in Betracht zu ziehen, wenn Sie einen sehr empfindlichen Schaltkreis haben und dieser Licht ausgesetzt ist, entweder durch Öffnungen im Gehäuse oder weil ein Designer die Leiterplatte mit hochleuchtenden LEDs gespickt hat, die moduliert werden oder blinken.

Dazu gehören Glas-MELF-Gehäuse sowie Axial-Lead-Gehäuse (Foto von Digikey).

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

"neigen zu einer gewissen Lichtempfindlichkeit" Alle PN-Dioden sind potenziell Fotodioden. Bei einigen empfindlichen Schaltkreisen kann dies während des Tests auftreten, da die Leiterplatte durch die Raumbeleuchtung beleuchtet wird. Fluoreszierend ist wegen seiner 60-Hz-Komponente schlechter.
@WhatRoughBeast ITYM 120 Hz (oder 100 Hz), vorausgesetzt, Sie haben alte magnetische Vorschaltgeräte.
@SpehroPefhany, ich habe nicht absichtlich versucht, es als Rauschquelle zu verwenden, sondern nur aus Neugier experimentiert. Ich bin froh, dass ich es getan habe. :)

„ Oder ist das zu spezifisch, um ein reales Problem zu sein? “ Überhaupt nicht. Es ist ein Problem für mich, da ich sie für die Generierung kryptografischer Zufallszahlen verwende. Ich habe kürzlich BZX85C24 Zenerdioden verwendet. Der Betrieb mit 30 uA kann einen Rauschpegel von 1 V von Spitze zu Spitze erzeugen (wenn Sie ihn oft genug messen). Aber das ist in völliger Dunkelheit. Wenn Sie etwas Sonnenlicht darauf bekommen, sinkt das Rauschen dramatisch auf ein Viertel oder weniger. Noch schlimmer ist es, netzbetriebene Beleuchtung wie Glühlampen zu bekommen. Sie nehmen einfach eine Menge Netzbrummen im gesamten Signal auf, das den Entropie-Ausgang völlig ruiniert.

Ich gehe davon aus, dass nicht viele Leute analoge Rauschquellen zum Testen verwenden, da digital erzeugte Quellen verfügbar sind. Aber für die Kryptografie braucht man unbedingt die analoge Variante. Sie können lichtdichte Gehäuse verwenden, aber ich ziehe es vor, Schrumpfschläuche an den Dioden selbst zu verwenden. Wenn Sie bei diesen Anwendungen keine Vorkehrungen gegen den photoelektrischen Effekt treffen, kann das gesamte Gerät keine sicheren Zufallszahlen liefern.

Sehr interessant. Ich interessiere mich seit langem für Kryptographie und auch für das verwandte Gebiet der Zufallsrauschsynthese. In meiner täglichen Arbeit habe ich Dioden-Rauschquellen gesehen, die in EMV-Labors als Breitband-Stimulus bei Immunitätstests verwendet wurden. Zufälligkeit ist eines dieser ätherischen Ziele (wie die Erzeugung stabiler Frequenzen), das uns auf Schritt und Tritt entgeht. Verfluchte Physik!
@Wossname: Nun, Zufälligkeit als solche ist leicht zu erreichen. Zufälligkeit mit einer gut kontrollierten Verteilung, das ist schwieriger. Glücklicherweise können Sie ungleichmäßige Verteilungen ziemlich gut „reparieren“, indem Sie einer physikalischen Entropiequelle mit einem digitalen Pseudozufallsschritt folgen, aber ich nehme an, dass dies einigen Standards der Kryptographie nicht standhalten kann.
Was ich mich frage, ist: Wenn Diodenschussrauschen solche Probleme hat, warum wird dann nicht stattdessen Johnston-Rauschen verwendet? Widerstände sind auf diese Weise sicherlich nicht lichtempfindlich, und Temperaturschwankungen sollten nicht schnell genug sein, um große Probleme zu verursachen.
@leftaroundabout - es ist tendenziell ein Problem von "nicht genug davon" - es ist ein Ärgernis, genug Widerstandsrauschen zu bekommen, um nicht von anderen Rauschquellen überschwemmt zu werden ...
@leftaroundabout Es ist eigentlich ziemlich einfach, aus jeder Entropiequelle eine vollständig gleichmäßig verteilte Zufälligkeit zu erhalten. Der Trick besteht darin, die Entropie über einen gemessenen Schwellenwert hinaus zu komprimieren, sodass Ihre eingehende Entropie > 2x die ausgehende Entropie ist. Es ist wie bei der Destillation von Whisky. Sie beginnen mit 2 Bit / Byte Quellentropie, komprimieren (verfeinern) 5 Mal und erhalten 8 Bit / Byte Entropie. Das ist eine reine gleichmäßige Zufallsverteilung kryptografischer Qualität. Zur Komprimierung verwende ich einen Pearson-Hash, aber die herkömmlichen SHA-Funktionen reichen auch aus.
Der Raspberry Pi 2 litt darunter – eine Diode hatte eine undurchsichtige Verpackung, die sie während des normalen Betriebs nicht beeinträchtigte, aber eine Spannungsspitze verursachte, die groß genug war, um sie abzuschalten, wenn sie einem Kamerablitz ausgesetzt wurde.

Alle Halbleiter

... haben einen photoelektrischen Effekt, einschließlich LEDs, die als Umgebungslichtdetektoren verwendet werden können.

Wenn Sie also bei starkem Umgebungslicht arbeiten und ein niedriger Strom Ihren Betrieb beeinträchtigt, blockieren Sie einfach das Licht.

Laserinduzierte Lichtbögen sind in kleinen Luftspalten möglich, die wie ein Halbleiter während der Ionisation ebenfalls einen negativen Widerstand haben.

Eigentlich war das der Grund, warum ich überhaupt mit Lasern herumgespielt habe, ich habe den Laser in eine LED gestrahlt und die erzeugte Spannung gemessen (2,3 V für eine klare gelbe 5-mm-LED). Dann entdeckte ich einen zufälligen Zener, der auf der Bank lag, und probierte ihn aus, um zu sehen, was passierte. Ich hatte den falschen Eindruck, dass Glas-Zener aufgrund einer meiner Meinung nach durchgehenden Metallschicht im Glas nicht anfällig sein würden.
Wir haben einmal gezeigt, wie ein UV-EPROM verwendet werden kann, um einen Strichcode im Nahbereich bei guter Beleuchtung zu erfassen, indem der Speicher nach Ladespannung gescannt wird. Dann kamen bald darauf Chips für Digitalkameras heraus
das klingt spannend, hast du irgendwelche Links dazu? Durch einen seltsamen Zufall habe ich eine ST-Marke "M27C2001-12F1" (Jahrgang 1994) als Schmuck auf meinem Schreibtisch, weil sie so schön ist.
Nein, wir haben das gemacht, bevor das Internet geboren wurde
Ja, besonders DRAMs in Keramikgehäusen waren für diese Zwecke nützlich: Sie hatten kleine Metallabdeckungen, die leicht entfernt werden konnten, wodurch der Chip dem Licht ausgesetzt wurde. Die regelmäßig angeordneten Speicherzellen konnten als Bildsensor verwendet werden (lange bevor CCDs verfügbar oder billig waren).
Ich erinnere mich an ein Projekt in einem der Hobby-Elektronikmagazine in den späten 80er Jahren oder so, bei dem ein Dram als Kamera verwendet wurde und das Abklingen der Zellen nach einer Auffrischung zeitlich festgelegt wurde, um eine Ausgabe zu erzeugen. Und ja, kryptografisches Qualitätsrauschen ist hart.
@DanMills Es gab dieses '75 in Popular Electronics , an das ich mich aus der Zeit nicht erinnere, aber ich bin mir ziemlich sicher, dass ich zu einem späteren Zeitpunkt endlich ein anderes gelesen habe (ich hätte gesagt, Ende der 70er / Anfang der 80er, aber bin mir nicht sicher).
@DanMills Sie denken wahrscheinlich an die DRAM-Kamera in Ciarcias Circuit Cellar im Byte Magazine, September 1983. Google Books hat eine gescannte Kopie online: books.google.com/books?id=fBuiNpYlyHcC&pg=RA2-PA19
Wir haben es 79-80 gemacht
Zenerdioden im Glas-Axialgehäuse - nicht inhärent gegen Photoeffekt abgeschirmt?
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