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

Hoy descubrí que un diodo Zener de 5 V con plomo axial empaquetado en vidrio se convierte en una fuente de alrededor de 0,450 voltios cuando el paquete de vidrio se sostiene en el haz de un puntero láser violeta de baja potencia (405 nm).

La configuración de prueba: sonda de alcance (con clip de tierra) conectada a través del zener. Con el láser apagado, el alcance lee cero voltios como se esperaba. Al encender el láser y apuntarlo al paquete de vidrio del diodo, el alcance lee 450 mv bastante estables (aunque ruidoso: 30 mv pp ~ 100 kHz). (editar: este ruido podría ser producto del circuito elevador del controlador láser)

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

La interrupción del haz con materiales opacos detiene instantáneamente la lectura de voltaje 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 hasta donde mi osciloscopio puede ver).

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

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

Relacionado: Las EPROM borrables UV con ventana de cuarzo utilizadas en entornos de oficina perdieron su programa con el tiempo debido a la luz de los tubos fluorescentes estándar. Mucho antes de que se detectara un fallo grave del programa, el funcionamiento del programa se podía alterar cambiando la luz que entraba en la EPROM, por ejemplo, simplemente pasando la mano por encima de ella en una oficina iluminada. Pregúntame cómo lo sé :-). REVISIÓN: aplique pegatinas a prueba de luz como se supone que se debe hacer.
Las personas informaron que intentaron borrar una EPROM con cuerpo de cerámica usando rayos X, pero nunca escuché que esto tuviera éxito. Sin embargo, se descubrió que esta era una forma de implementar un reemplazo para el Signeics 25120 WOM muy difícil de obtener.
@RussellMcMahon, un amigo me dijo la razón por la que nunca había tenido una sola falla UV-EPROM en el campo: porque colocó dos capas de cinta de cobre autoadhesiva gruesa sobre las ventanas de cuarzo y escribió "NO QUITAR LA CINTA" en la parte superior en marcador permanente. :)
Hace mucho tiempo solíamos borrarlos al sol. Bastante efectivo: el sol de Nueva Zelanda es parte de la niebla rica en EE. UU. En la tierra (en realidad), pero cualquier sol viejo servirá si aplica suficiente. AFAIR 20-30 minutos fue el mínimo, pero usamos ~= medio día soleado a través de la ventana de una oficina. El edificio tenía alféizares de ventanas de ladrillo vidriado en el interior y colocamos las EPROM en eso para borrar. Un porcentaje sustancial (¿10 %?) entregó memorias de solo escritura en el proceso. Después de pensarlo bien, comenzamos a colocarlos en espuma conductora mientras los borrábamos y no tuvimos más pérdidas. ESD? Oh sí. Mire la hoja de datos de WOM anterior y luego vea ...
Sí, yo mismo he observado este efecto en diodos de vidrio. Puede leer un voltaje a través del diodo en un DMM regular si coloca el diodo al sol o cualquier otra fuente de luz brillante adecuada.

Respuestas (3)

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

Más bien sospecho que su diodo zener cuando se usa normalmente con un flujo de varios mA tendría una respuesta insignificante a la luz normal de la habitación. Los Zeners no son dispositivos terriblemente precisos en primer lugar. Sin embargo, supongamos que lo está utilizando como fuente de ruido, por ejemplo, para audio o criptografía, es posible que desee mantenerlo oscuro o utilizar un dispositivo de plástico.

Vale la pena considerar tales efectos si tiene un circuito muy sensible y está expuesto a la luz, ya sea por aberturas en el gabinete o porque algún diseñador ha salpicado la PCB con LED altamente luminosos que se modulan o parpadean.

Eso incluye paquetes MELF de vidrio, así como paquetes de plomo axial (foto de Digikey).

ingrese la descripción de la imagen aquí

"tienden a tener cierta sensibilidad a la luz" Todos los diodos PN son potencialmente fotodiodos. En algunos circuitos sensibles, esto puede aparecer durante la prueba, ya que la placa de circuito está iluminada por la iluminación de la habitación. El fluorescente es peor debido a su componente de 60 Hz.
@WhatRoughBeast ITYM 120Hz (o 100Hz), asumiendo que los balastos magnéticos son viejos.
@SpehroPefhany, no estaba tratando deliberadamente de usarlo como fuente de ruido, sino simplemente experimentando por pura curiosidad. Me alegro de haberlo hecho. :)

¿ O es demasiado específico para ser un problema del mundo real? No, en absoluto. Es un problema para mí, ya que los uso para la generación criptográfica de números aleatorios. Recientemente he estado usando diodos Zener BZX85C24. Ejecutarlo a 30uA puede crear un nivel de ruido de 1V pico a pico (si lo mide suficientes veces). Pero eso es en total oscuridad. Si le da un poco de luz solar, el ruido se reduce drásticamente a una cuarta parte o menos. Peor aún es obtener iluminación alimentada por la red como incandescentes. Simplemente recoge una masa de zumbido de red en toda la señal que destroza totalmente la salida de entropía.

Espero que no mucha gente utilice fuentes de ruido analógicas para las pruebas, ya que hay disponibles fuentes generadas digitalmente. Pero para la criptografía, absolutamente necesita la variedad analógica. Puede usar recintos herméticos a la luz, pero prefiero usar tubos termorretráctiles en los diodos. Si no toma precauciones contra el efecto fotoeléctrico en estas aplicaciones, todo el dispositivo puede no proporcionar números aleatorios seguros.

Muy interesante. Durante mucho tiempo he estado interesado en la criptografía y también en el campo relacionado de la síntesis de ruido aleatorio. En mi trabajo diario, he visto fuentes de ruido de diodo utilizadas en laboratorios de EMC como estímulo de banda ancha en pruebas de inmunidad. La aleatoriedad es uno de esos objetivos etéreos (como la generación de frecuencia estable) que se nos escapa a cada paso. ¡Maldita física!
@Wossname: bueno, la aleatoriedad como tal es fácil de obtener. La aleatoriedad con una distribución bien controlada, eso es más difícil. Afortunadamente, puede "reparar" distribuciones desiguales bastante bien siguiendo una fuente de entropía física con algún paso pseudoaleatorio digital, pero supongo que esto puede no estar a la altura de algunos estándares de criptografía.
Lo que me pregunto es: si el ruido de disparo de diodo tiene tales problemas, ¿por qué no se usa el ruido de Johnston en su lugar? Las resistencias seguramente no son fotosensibles de esta manera, y las variaciones de temperatura no deberían ser lo suficientemente rápidas como para causar muchos problemas.
@leftaroundabout: tiende a ser un problema de "no hay suficiente", es un dolor en el culo obtener suficiente ruido de resistencia para no ser inundado por otras fuentes de ruido ...
@leftaroundabout En realidad, es bastante fácil obtener una aleatoriedad distribuida uniformemente de cualquier fuente de entropía. El truco consiste en comprimir la entropía más allá de un umbral medido para que su entropía de entrada sea> 2 veces la entropía de salida. Es como la destilación del whisky. Comienza con una entropía de fuente de 2 bits/byte, comprime (refina) 5 veces y obtendrás una entropía de 8 bits/byte. Esa es una distribución aleatoria uniforme pura de calidad criptográfica. Para la compresión utilizo un hash de Pearson, pero las funciones SHA tradicionales también servirán.
El Raspberry Pi 2 sufría de esto: un diodo tenía un empaque no opaco, lo que no lo afectaba durante el funcionamiento normal, pero causaba un pico de voltaje lo suficientemente grande como para hacer que se apagara cuando se exponía al flash de una cámara.

Todos los semiconductores

... tienen un efecto fotoeléctrico que incluye LED que se pueden utilizar como detectores de luz ambiental.

Entonces, si está operando con mucha luz ambiental y la baja corriente afecta su operación, 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.

En realidad, esta es la razón por la que estaba jugando con los láseres en primer lugar, estaba enfocando el láser en un LED y midiendo el voltaje generado (2.3V para un LED amarillo claro de 5 mm). Luego vi un zener al azar tirado en el banco y lo probé para ver qué pasaba. Tenía la falsa impresión de que los zeners de vidrio no serían susceptibles debido a lo que pensé que era una capa continua de metal dentro del vidrio.
Una vez demostramos cómo se podría usar una UV-EPROM para capturar un código de barras a corta distancia con buena iluminación al escanear la memoria en busca de voltaje de carga. Luego, poco después, salieron los chips de las cámaras digitales.
eso suena fascinante, ¿tienes algún enlace relacionado con eso? Por una extraña coincidencia, tengo una marca ST "M27C2001-12F1" (cosecha de 1994) en mi escritorio como adorno, ya que es tan hermosa.
no, hicimos esto antes de que naciera internet
Sí, especialmente las DRAM en paquetes de cerámica eran útiles para esos propósitos: tenían pequeñas cubiertas de metal que podían quitarse fácilmente exponiendo el troquel a la luz. Las celdas de memoria dispuestas regularmente podrían usarse como sensor de imagen (mucho antes de que los CCD estuvieran disponibles o fueran baratos).
Recuerdo un proyecto en una de las revistas de electrónica de aficionados a finales de los 80 que usaba un dram como cámara y cronometraba el decaimiento de las celdas después de una actualización para producir resultados. Y sí, el ruido de calidad criptográfica es difícil.
@DanMills Hubo este en el 75 en Popular Electronics que no recuerdo de ese momento, pero estoy bastante seguro de haber leído al fin otro en una fecha posterior (habría dicho finales de los 70/principios de los 80, pero no estoy seguro).
@DanMills Probablemente esté pensando en la cámara DRAM en Circuit Cellar de Ciarcia en Byte Magazine, septiembre de 1983. Google Books tiene una copia escaneada en línea: books.google.com/books?id=fBuiNpYlyHcC&pg=RA2-PA19
Lo hicimos en el 79-80
Diodos Zener en paquete axial de vidrio: ¿no están inherentemente protegidos contra el efecto fotoeléctrico?
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