Як зробити вимкнення та включення часу рівним у транзисторі NPN?

У мене простий перемикач NPN, дивіться схему.

Я подаю квадратну хвилю 100 КГц (TTL) до основи цього транзистора, і він вмикається дуже швидко (кілька nSec), але він не вимикається так швидко, для його вимкнення майже потрібен 2uSec. (Дивлюся на колектор цієї схеми). Діод - це лазер, транзистор відбігає від фрези NPN ( таблиця даних ). Я також спробував з іншим NPN від ONSemi, який має більш швидку (принаймні те, що я думаю) ту саму історію.

Чому транзистор не вимикається так швидко?

Як змусити його вимкнутись за кілька nSec?

Чи краще в цьому випадку використовувати MOSFET, ніж NPN?

** ОНОВЛЕННЯ **

Я додав 1K замість цієї колодки з конденсатором NA і використовую швидший BJT, все трохи покращилося. (Власне, я виявив, що BJT має схожу швидкість, але менша вихідна ємність колектора, 2pF проти 6pF). У всякому разі, зараз я бачу відключення приблизно 120nSec. Я додам обмеження на прискорення та звіт про результати звідси.

Швидший BJT, ймовірно, допоможе, як тільки ви розберете основи.

Є два (напевно) нових чудотворних друзів, яких вам слід зустріти.

• Антинасичення затискача Шоткі

• Прискорений конденсатор.

• (1) Підключіть невеликий діод Шоткі від основи до колектора
  (анод до основи, катод до колектора), щоб діод був зворотним зміщеним, коли транзистор вимкнений.

  Коли транзистор увімкнений, колектор не може впасти більше, ніж «перехід» Шоткі нижче основи. Цей транзистор не може перейти в насичення, а накопичений заряд набагато менший, тому швидше позбутися від вимкнення. Приклад цього звідси

Подивіться на внутрішні блок-схеми для Шоткі TTL. Зверніть увагу, як це порівнюється. Це в першу чергу те, що дозволяє Shottky TTL бути швидшим, ніж стандартний TTL.

• (2) Паралельно резистору підключіть невеликий конденсатор.
  Це відомо як "конденсатор прискорення".
  Звучить добре :-). Краще для включення, ніж для вимкнення, але роль має обидва способи.
  Це допомагає "підмітати заряд" з ємності базового випромінювача базового випромінювання на розвороті і отримати заряд там увімкнено. Як на прикладі нижче звідси . Цю сторінку ДУЖЕ варто переглянути.

Вони відзначають (більш вартий матеріал на сторінці)

• Скорочення часу зберігання . Найбільша загальна затримка - це час зберігання.
  Коли BJT знаходиться в насиченні, базову область заливають носіями заряду. Коли вхід знизиться, потрібно тривати довгий час, коли ці носії заряду покинуть область і дозволяють шару виснаження починати формуватися. Кількість часу, що займає це, залежить від трьох факторів:

  Фізичні характеристики пристрою.

  Початкове значення Ic

  Початкове значення напруги зворотного зміщення, прикладеного до основи.

  Знову ж таки, ми не можемо зробити багато щодо першого фактора, але можемо щось зробити і щодо двох інших. Якщо ми можемо тримати трохи нижче насичення, то кількість носіїв заряду в базовій області зменшується і так. Ми також можемо зменшити, застосувавши високий початковий зворотний зміщення до транзистора.

  Час осені. Як і час підйому, час падіння () є функцією фізичних характеристик транзистора, і ми нічого не можемо зробити, щоб зменшити його значення.

  Збираючи всі ці заяви разом, ми бачимо, що затримку та час зберігання можна скоротити на:

  Застосування високого початкового значення (для зменшення часу затримки), яке осідає до деякого значення, нижчого, ніж необхідне для насичення транзистора (для скорочення часу зберігання). Застосування високого початкового зворотного зміщення (для скорочення часу зберігання), яке встановлюється до мінімального значення, необхідного для утримання транзистора в обрізанні (для скорочення часу затримки). Виконати всі ці умови можна просто додавши один базовий конденсатор до базового BJT-комутатора. Цей конденсатор, який називається прискорювальним конденсатором, з'єднаний через базовий резистор, як показано на малюнку 19-7. Форми хвилі на рисунку є результатом додавання конденсатора до ланцюга.

  Коли спочатку йде високо, конденсатор діє як коротке замикання навколо. В результаті вхідний сигнал на короткий момент підключається безпосередньо до основи. Це призводить до того, що високий початковий сплеск напруги застосовується до основи, створюючи високе початкове значення. Коли конденсатор заряджається, він зменшується до точки, де він тримається трохи нижче точки насичення.

  Коли вхід спочатку стає негативним, заряд на конденсаторі, що прискорює швидкість, на короткий час підводить базу до –5 В. Це швидко приводить транзистор в обріз. Як тільки конденсатор розряджається, напруга основи повертається до 0 В. Це гарантує, що з'єднання база-випромінювач не буде сильно зворотним зміщеним. Таким чином виконуються всі бажані критерії скорочення часу перемикання.

• (3) Подивіться, як це відбувається . Якщо недостатньо добре, ми можемо побачити, чи зможемо далі додати якийсь відновлювальний привід.

LSTTL та ще швидші друзі:

Увага !!!!!!!!!!!!
Якщо ви заглянете сюди, звідки виникла наведена нижче схема,
це може призвести до того, що ви і ваш паяльник та / або дошка залишаєтеся неспаними цілу ніч :-).
Багато хороших ідей.
Чи можете ви зробити вбивцю Міллера? :-).

Зауважимо, що Шоткі малої потужності використовує діоди Шоткі, тоді як раніше ТТЛ Шоткі використовував транзистори Шоткі - очевидний крок назад.

Я думаю, що ваша проблема полягає в тому, що ваш BJT насичується при включенні. Це означає, що струм, що проходить через колектор, НЕ обмежений контрольним струмом, що проходить через базу, а обмежувальним струмом резистора на шляху колектора.

Тобто з однаковим базовим струмом транзистор міг допустити більше струму, що проходить через колектор.

Якщо це так, час відключення транзистора буде відносно довгим (якщо я пам’ятаю правильно, причина полягає в тому, що тоді заряди в базовій області будуть витіснені головним чином дифузією, що є досить повільним фізичним процесом).

Ви можете легко змінити цю ситуацію, виконавши наступний контур:

Тепер струм, що проходить через випромінювач (що лише трохи більше, ніж той, що проходить через колектор), підніме випромінювач до рівня, який робить базовий струм просто невеликим, що буде обмежувальним фактором струму, що проходить через колектор . Так транзистор більше не буде насиченим і швидше відключиться.

Також є ще одна перевага цієї схеми:
ця схема буде більш стійкою, коли транзитор нагрівається і стає більш струмопровідним (напівпровідники стануть БІЛЬШИМ провідними при нагріванні). Поточний звичай сильно зміниться (у першому ланцюзі це буде).

Майте на увазі, що струм зараз залежить не від напруги живлення, а від регулятора волату (Vin).

EDIT1:

Нехай буде
резистор Rb в основі (може бути невеликим значенням; навіть 0 Ом).
Резистор на емітері
Vbe напруга базового випромінювача (приблизно 0,7 В для транзисторів Si)
b посилення струму (приблизно 50..100)
Ie = b * Ib випромінювальний струм; майже дорівнює Ic = Ie - Ib

Vin = Rb * Ib + Vbe + Ie * Re

Вирішіть для Ie:

Тобто = (Vin - Vbe) / (Rb / b + Re)

Rb / b буде дуже маленьким; може бути відсторонено, тому
Ie = (Vin - Vbe) / Re

EDIT2:

Я зробив кілька реальних вимірювань обох варіантів ланцюга:

Ліва версія - версія з насиченим транзистором (А).
Правильна версія - версія з ненасиченим транзистором (B).
В обох варіантах струм комутації приблизно однаковий.

Але тепер подивіться, скільки часу потрібно для вимкнення струму в (A):
ca. 1,5 мкс між ребром CH1 (напруга основи; синій) та CH2 (струм випромінювача; зелений):

... і в (B):
майже немає затримки між ребром CH1 (базова напруга; синій) та CH2 (струм випромінювача; зелений):

Проблема тут полягає в асиметричному характері перемикання BJT.

Якщо поріг перемикання становить менше половини шляху між мінімальною та максимальною базовою напругою, тоді транзистору знадобиться менше часу для включення, ніж відключення. Якщо вона перебуває на половині шляху, вона вимикається швидше, ніж вимикається.

Наприклад, подивіться на це над спрощеним графіком, який я викреслив:

Як бачите, коли напруга в базі піднімається вище порога комутатора, транзистор включається. Він залишається увімкненим, поки основа знову не опуститься нижче порогу комутатора. Оскільки це нижче півдороги, то для досягнення базової напруги досягти порогу вимикача потрібно довше, ніж це було при включенні.

Додавши резистор між базою і землею, ви створюєте дільник напруги. Це зменшує діапазон базової напруги, щоб наблизити базові напруги до симетрії навколо порогу комутації.

Працюючи як підсилювач, ви прагнете встановити базові напруги в зоні комутації, щоб транзистор ніколи не був повністю включений або повністю відключений, а маніпулював навколо цієї напруженої зони комутації.

_{Відмова: Так, я знаю, що це надто спрощено, але він отримує основний принцип, не замислюючи ОП з математикою та формулою.}

У мене є аналогічна схема, високий резистор, розміщений між випромінювачем і детектором, викликає його витік і розрив ланцюга, розмір вашого резистора досить критичний

Транзистор не вимкнеться так швидко через насичений перехід базового випромінювача.

Я бачив це раніше і просто поміщав на транзистор nmos-fet. Джерело до воріт GND для керування сигналом (100ом буде більше, ніж достатньо великим у серії) Стік до світлодіода.

Це має дозволяти вам включати та вимикати за 10 секунд наносекунд