Zapobiegaj wysokiemu nasyceniu BJT


12

Buduję szybkie (10-20ns na tranzystorach klasy BC847) cyfrowe „bufory” / „falowniki” z BJT. Schemat jest załączony.

Chociaż mogę zapobiec nasyceniu niskiego poziomu BJT, dodając diodę Schottky'ego, to nie zadziała to w przypadku wysokiej strony. Jakieś wskazówki oprócz malejącej rezystancji rezystora podstawowego?

wprowadź opis zdjęcia tutaj


3
Wejścia? Wyjścia? Szyny zasilające? - Oczyść swój schemat, a następnie zapytaj ponownie.
Connor Wolf,

6
Tak, posprzątaj schemat. Umieść dane wejściowe po lewej stronie, dane wyjściowe po prawej stronie, szynę zasilającą u góry, ziemię na dole i pozbądź się tych wszystkich bezcelowych kropek, które tak naprawdę nie są na skrzyżowaniach.
Olin Lathrop,

1
te tranzystory staną się smaczne, jeśli pozwolisz, aby dane wejściowe były zmienne.
markrages

Odpowiedzi:


32

Diody anty-nasycające są podłączone równolegle do diody CB tranzystora, która ma być chroniona przed nasyceniem. Robisz to poprawnie na NPN (anoda u podstawy i katoda u kolektora) i powinno to być zrobione dokładnie w ten sam sposób na pnp, tylko że dioda jest odwrotnie w tym tranzystorze: katoda u podstawy, anoda przy kolektor.

Nie jestem do końca pewien, jak wybraliście rezystory podstawowe. Zakładam, że masz napięcie zasilania 5 V i prostokątny sygnał napędu podstawy (0 V, 5 V). Sugerowałbym użycie identycznych wartości dla obu oporników podstawowych. Przy 5 k prawdopodobne jest, że wysoka wartość rezystora bazowego wyrządzi więcej szkody, niż zrobiłaby to dioda anty-sat. Coś w zakresie 200 ... 500  na każdy opornik wydaje mi się lepsze.ΩΩΩ

Jeśli chcesz zwiększyć prędkość jeszcze bardziej, możesz spróbować połączyć równolegle rezystory podstawowe z małymi kondensatorami (około 22 pF). Sztuczka polegająca na znalezieniu właściwej wartości dla kondensatora polegałaby na tym, aby była ona nieco równa pojemności skutecznej u podstawy, tworząc w ten sposób dzielnik napięcia 1: 1 dla części wysokiej częstotliwości narastającego lub opadającego zbocza napięcia.

Edycja nr 1:

Oto schemat, którego użyłem do sprawdzenia za pomocą LT Spice. Sygnał wejściowy (prostokątny, 0 V i 5 V) jest doprowadzany do trzech podobnych falowników BJT, z których każdy wykorzystuje komplementarną parę BC847 i BC857. Ten po lewej nie ma specjalnych trików, aby go przyspieszyć, ten w środku używa diod Schottky'ego do zapobiegania nasyceniu, a ten po prawej stronie ma również szybkie obejście wzdłuż każdego rezystora bazowego (22 pF). Wyjście każdego stopnia ma identyczne obciążenie 20 pF, co jest typową wartością dla pewnej pojemności śladowej i późniejszego wejścia.

Schematyczny

Ślady pokazują sygnał wejściowy (żółty), powolną odpowiedź obwodu po lewej stronie (niebieski), odpowiedź za pomocą diod nasycających (czerwony) i odpowiedź obwodu, który również wykorzystuje kondensatory (zielony).

Przebiegi

Możesz wyraźnie zobaczyć, w jaki sposób opóźnienie propagacji staje się coraz mniejsze. Kursory są ustawione na 50% sygnału wejściowego i na 50% najszybszego wyjścia obwodu i wskazują bardzo małą różnicę tylko 3 ns. Jeśli znajdę czas, mogę również zhakować obwód i dodać zdjęcia z prawdziwego zakresu. W rzeczywistości konieczny będzie ostrożny układ, aby w rzeczywistości osiągnąć czasy opóźnienia poniżej 10 ns.

Edytuj # 2:

Płyta kontrolna działa ładnie i pokazuje opóźnienie <10 ns w moim zakresie 150 MHz. Zdjęcia zostaną opublikowane w tym tygodniu. Musiałem użyć moich dobrych sond, bo te tanie nie pokazały nic więcej niż dzwonienie ...

Edytuj # 3:

Ok, oto płyta:

Płyta inwertera z parą BJT i ​​diodami nasycającymi

Fala kwadratowa 1 MHz z napięciem 5 V (pkpk) wchodzi na płytkę od lewej strony przez złącze BNC i zostaje zakończona w 50  (dwa równoległe rezystory 100  , górna ukryta przez sondę). Podstawowymi opornikami są 470  , kondensatory mają 30 pF, diody Schottky'ego to BAT85, tranzystory to BC548 / BC558. Zasilanie omija 100 nF (ceramika) i mały kondensator elektrolityczny (10  F).Ω Ω μΩΩΩμ

Pierwszy zrzut ekranu pokazuje przebiegi wejściowe i wyjściowe przy 100 ns / div i przy 2 V / div dla obu wykresów. (Zakres to Tektronix 454A.)

Oscylogram falownika, 100 ns

Drugi i trzeci zrzut ekranu pokazują przejścia od niskiego do wysokiego i od wysokiego do niskiego na wejściu z 2 ns / dz (podstawa czasu 20 ns z dodatkowym 10-krotnym powiększeniem poziomym). Ślady są teraz wyśrodkowane pionowo na ekranie, aby ułatwić wyświetlanie opóźnienia propagacji przy 1 V / dz. Symetria jest bardzo dobra i pokazuje różnicę <4 ns między wejściem a wyjściem.

Oscylogram falownika, 2 ns, LH Oscylogram inwertera, 2 ns, HL

Twierdziłbym, że możemy rzeczywiście zaufać symulowanym wynikom.

Czasy narastania i opadania są w rzeczywistości prawdopodobnie szybsze i ograniczone jedynie czasem narastania lunety, ale nie mogę wymyślić żadnego powodu, dla którego opóźnienie między dwoma sygnałami nie powinno być wyświetlane poprawnie.

Należy zwrócić uwagę na jedną rzecz: przy każdym przejściu od niskiej do wysokiej i od wysokiej do niskiej oba tranzystory mają tendencję do bardzo krótkiego krzyżowania się. Przy wyższych częstotliwościach sygnału wejściowego (około> 2 MHz) obwód falownika zaczyna pobierać dużo prądu i robi dziwne rzeczy ...


2
Cóż za idealna odpowiedź, która teraz działa idealnie :-) 5k było tam tylko dlatego, że odkryłem, że istnieje równowaga między szybkością ładowania pojemności a spowolnieniem nasycenia. Teraz niższe wartości dają lepszą wydajność, bardzo dziękuję :-)
BarsMonster

Dodałeś jeszcze więcej niesamowitości :-) W tej chwili
drukuję

2
Twoja trzecia aktualizacja sprawia, że ​​twoja odpowiedź jest nie do pobicia. Począwszy od +500 nagród za Ciebie :-)
BarsMonster

Pochlebia mi Ale hej, pytanie było fajne, a kiedy jest jakiś powód do zhakowania deski do krojenia, i tak jestem gotowy na zabawę, jeśli pozwala na to czas. Zwłaszcza gdy w grę wchodzą standardowe części, które mogę wyjąć z mojej szuflady śmieci. Poza tym, nawet proste układy do chleba to prawdopodobnie jeden z najmilszych sposobów, aby nie zapomnieć Jima Williamsa, największego hakera w historii wszech czasów: edn.com/article/… Smutne, smutne, nowości ... To jeden z jego najładniejszych kawałków: cds.linear.com/docs/Application%20Note/AN128f.pdf
zebonaut

Właśnie skończyłem moją płytkę drukowaną - push-pull + 2 T-triggery ... Zdobywanie frontów 15-20ns ... Ale mam problem z wykrywaniem krawędzi - electronics.stackexchange.com/questions/15979/… - może będziesz miał kilka wskazówek ...
BarsMonster,

6

Nie dostaniesz wydajności 10-20 ns z takich dyskretnych części. Jak powiedział Zebonaut, dioda Schottky'ego znajduje się w niewłaściwym miejscu dla Q9. Te zawsze przechodzą między kolektorem a bazą.

Nie ma mowy, żeby działało to z pożądaną prędkością z 5KOhm na ścieżce sygnału. Weź pod uwagę, że stała czasowa 5KOhm i 10pF wynosi 50ns. W praktyce będzie istniała pewna indukcyjność szeregowa i inne rzeczy spowalniające sygnały. Będziesz musiał użyć znacznie niższych rezystancji, aby dostać się gdziekolwiek w pobliżu prędkości przełączania 10ns. Jaka jest pojemność diod Schottky'ego? Zauważ, że zostanie to pomnożone przez bazę. Efektywna pojemność, którą musi napędzać rezystor, prawdopodobnie znacznie przekracza 10 pF.

O ile nie masz doświadczenia w projektowaniu obwodów RF, w tym układu, takie prędkości są domeną zintegrowanych układów scalonych.


Tak, te kondensatory przyspieszające są również świetne, zbyt smutne, że nie mogą zaakceptować wielu odpowiedzi ...
BarsMonster

Czy pojemność diod Schottky'ego nie zostałaby dodana do pojemności podstawowej? (Mówisz: „zwielokrotniony”).
zebonaut

1
Pojemność zostałaby dodana tylko wtedy, gdy drugi koniec klucza Schottkey miałby stały potencjał. Ponieważ napięcie na drugim końcu jest odwrócone, więcej prądu przepłynie przez kondensator, przez co kondensator wydaje się większy.
Olin Lathrop,

to SchottkynieSchottkey
stevenvh
Korzystając z naszej strony potwierdzasz, że przeczytałeś(-aś) i rozumiesz nasze zasady używania plików cookie i zasady ochrony prywatności.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.