Diodos Zener en envase axial de vidrio: ¿no están intrínsecamente protegidos contra el efecto fotoeléctrico?

Question

Hoy he descubierto que un diodo Zener de 5 V con cable axial empaquetado en vidrio se convierte en una fuente de aproximadamente 0,450 voltios cuando el paquete de vidrio se mantiene en el haz de un puntero láser púrpura de baja potencia (405 nm).

La configuración de la prueba: Sonda de osciloscopio (con pinza de masa) conectada a través del zener. Con el láser apagado, la sonda lee cero voltios, como era de esperar. Encendiendo el láser y apuntándolo al paquete de cristal del diodo, el osciloscopio lee 450mv bastante estables (aunque ruidosos: 30mv p-p ~100kHz). (edición: este ruido podría ser producto del circuito elevador del excitador láser)

El láser es barato y tiene una potencia nominal de 1mW.

Interrumpir el haz con materiales opacos detiene instantáneamente la lectura de tensión del diodo. La modulación del láser con una onda cuadrada de 5 kHz hace que el diodo muestre una respuesta de 5 kHz (en fase con la modulación del láser por lo que puedo ver en mi osciloscopio).

Me doy cuenta de que esto es poco científico, pero mi pregunta es la siguiente:

¿Es esto típico de los zeners de vidrio y, en caso afirmativo, debería un diseñador evitar el uso de zeners de vidrio en circuitos analógicos sensibles? ¿O es demasiado específico para ser un problema del mundo real?

Answer 1

Los diodos de todo tipo, incluido el omnipresente 1N4148, empaquetados en envases transparentes tienden a tener cierta sensibilidad a la luz (tanto fotoconductora como fotovoltaica, como usted ha observado). El 1N4148 aparentemente puede producir 10nA con luz solar directa .

Sospecho que su diodo zener cuando se utiliza normalmente con varios mA fluyendo tendría una respuesta insignificante a la luz normal de la habitación. En primer lugar, los zeners no son dispositivos terriblemente precisos. Sin embargo, si lo utilizas como fuente de ruido, por ejemplo para audio o criptografía, puede que quieras mantenerlo en la oscuridad o utilizar un dispositivo con envoltorio de plástico.

Merece la pena tener en cuenta estos efectos si tienes un circuito muy sensible y está expuesto a la luz, ya sea por las aberturas de la caja o porque algún diseñador ha salpicado la placa de circuito impreso con LED muy luminosos que se modulan o parpadean.

Esto incluye tanto los paquetes MELF de vidrio como los paquetes de plomo axial (foto de Digikey).

Answer 2

" ¿O es demasiado específico para ser un problema del mundo real? " En absoluto. Para mí es un problema, ya que los utilizo para la generación criptográfica de números aleatorios. Recientemente he estado utilizando diodos Zener BZX85C24. Funcionando a 30uA puede crear un nivel de ruido de 1V pico a pico (si lo mides suficientes veces). Pero eso es en la oscuridad total. Si le da la luz del sol, el ruido baja drásticamente a una cuarta parte o menos. Peor aún es encenderlo con la luz de la red eléctrica, como las incandescentes. Sólo tienes que recoger una masa de zumbido de red en toda la señal que destroza totalmente la salida de entropía.

Supongo que no mucha gente utiliza fuentes de ruido analógicas para las pruebas, ya que existen fuentes generadas digitalmente. Pero para la criptografía, es absolutamente necesaria la variedad analógica. Se pueden utilizar cajas estancas a la luz, pero yo prefiero utilizar tubos termorretráctiles en los propios diodos. Si no se toman precauciones contra el efecto fotoeléctrico en estas aplicaciones, todo el dispositivo puede fallar a la hora de proporcionar números aleatorios seguros.

Answer 3

Todos los semiconductores

... tienen un efecto fotoeléctrico, incluidos los LED que pueden utilizarse como detectores de luz ambiental.

Por lo tanto, si está trabajando con mucha luz ambiental y la baja corriente afecta a su funcionamiento, simplemente bloquee la luz.

Los arcos inducidos por láser son posibles en pequeños espacios de aire que también tienen resistencia negativa como un semiconductor durante la ionización.