Jak sprawić, aby czas wyłączania i włączania był równy w tranzystorze NPN?

Mam prosty przełącznik NPN, patrz schemat.

Podaję falę prostokątną 100 kHz (TTL) do podstawy tego tranzystora i włącza się bardzo szybko (kilka nSec), ale nie wyłącza się tak szybko, że prawie potrzebuje 2uSec, aby się wyłączyć. (Patrzę na kolektor tego obwodu). Dioda jest laserem, tranzystor jest pobierany z młyna NPN (karta danych ). Próbowałem też z inną NPN z ONSemi, która jest szybsza (przynajmniej tak mi się wydaje) ta sama historia.

Dlaczego tranzystor nie wyłącza się tak szybko?

Jak mogę to wyłączyć w kilku nSec?

Czy w takim przypadku lepiej jest użyć MOSFET niż NPN?

** AKTUALIZACJA **

Dodałem 1K zamiast tego padu kondensatora NA i używam szybszego BJT, rzeczy nieco się poprawiły. (Właściwie stwierdziłem, że BJT ma podobną prędkość, ale niższą pojemność wyjściową kolektora, 2pF vs. 6pF). W każdym razie, teraz widzę wyłączyć około 120nSec. Dodam limit przyspieszenia i przedstawię wyniki tutaj.

Szybszy BJT prawdopodobnie pomoże, gdy opanujesz podstawy.

Jest dwóch (prawdopodobnie) nowych przyjaciół pracujących z cudami, z którymi powinieneś się spotkać.

• Zacisk Schottky'ego przeciw nasyceniu

• Kondensator przyspieszenia.

• (1) Podłącz małą diodę Schottky'ego od podstawy do kolektora
  (anoda do podstawy, katoda do kolektora), aby dioda była odchylona do tyłu, gdy tranzystor jest wyłączony.

  Gdy tranzystor jest włączony, kolektor nie może spaść bardziej niż „połączenie” Schottky'ego poniżej podstawy. Tranzystor, którego nie można nasycić, a nagromadzony ładunek jest znacznie mniejszy, więc szybciej się go pozbywa po wyłączeniu. Przykład tego stąd

Spójrz na wewnętrzne schematy blokowe dla Schottky TTL. Zwróć uwagę, jak to się porównuje. To przede wszystkim pozwala Shottky TTL być szybszym niż standardowe TTL.

• (2) Podłącz mały kondensator równolegle z rezystorem.
  Jest to znane jako „kondensator przyspieszenia”.
  Brzmi dobrze :-). Lepiej włączać niż wyłączać, ale ma swoją rolę w obie strony.
  Pomaga „zmiatać ładunek” z podstawowej pojemności złącza emitera po wyłączeniu i uzyskać tam ładunek po włączeniu. Jak na poniższym przykładzie stąd . Ta strona jest BARDZO warta obejrzenia.

Zauważają (bardziej wartościowy materiał na stronie)

• Skrócenie czasu przechowywania . Największe ogólne opóźnienie to czas przechowywania.
  Gdy BJT jest nasycone, region podstawowy jest zalewany nośnikami ładunku. Gdy poziom wejściowy spadnie do niskiego poziomu, te nośniki ładunku opuszczają region i pozwalają na tworzenie się warstwy wyczerpania. Czas potrzebny na to jest funkcją trzech czynników:

  Fizyczne cechy urządzenia.

  Wartość początkowa Ic

  Początkowa wartość napięcia napięcia zwrotnego przyłożona do podstawy.

  Ponownie nie możemy wiele zrobić z pierwszym czynnikiem, ale możemy zrobić coś z pozostałymi dwoma. Jeśli uda nam się utrzymać nieco poniżej nasycenia, liczba nośników ładunku w regionie bazowym zostanie zmniejszona i tak też będzie. Możemy również zmniejszyć, stosując wysokie początkowe napięcie zwrotne do tranzystora.

  Czas upadku. Podobnie jak czas narastania, czas opadania () jest funkcją fizycznych właściwości tranzystora i nic nie możemy zrobić, aby zmniejszyć jego wartość.

  Zestawiając wszystkie te stwierdzenia, widzimy, że opóźnienie i czas przechowywania można skrócić poprzez:

  Zastosowanie wysokiej wartości początkowej (w celu zmniejszenia czasu opóźnienia), która ustala się do pewnej wartości niższej niż wymagana do nasycenia tranzystora (w celu skrócenia czasu przechowywania). Zastosowanie wysokiego początkowego obciążenia zwrotnego (w celu skrócenia czasu przechowywania), które ustala się do minimalnej wartości wymaganej do utrzymania tranzystora w stanie odcięcia (w celu skrócenia czasu opóźnienia). Możliwe jest spełnienie wszystkich tych warunków poprzez dodanie jednego kondensatora do podstawowego przełącznika BJT. Kondensator ten, zwany kondensatorem przyspieszającym, jest podłączony przez rezystor podstawowy, jak pokazano na rysunku 19-7. Przebiegi na rysunku są wynikiem dodania kondensatora do obwodu.

  Kiedy początkowo osiąga wysoki poziom, kondensator działa jak zwarcie wokół. W rezultacie sygnał wejściowy jest przez krótką chwilę sprzężony bezpośrednio z bazą. Powoduje to, że do bazy przykłada się wysoki skok napięcia początkowego, generując wysoką wartość początkową wynoszącą. Gdy kondensator ładuje się, zmniejsza się do punktu, w którym utrzymuje się tuż poniżej punktu nasycenia.

  Kiedy sygnał wejściowy jest najpierw ujemny, ładunek na kondensatorze przyspieszającym na krótko doprowadza podstawę do –5 V. To powoduje szybkie wyłączenie tranzystora. Gdy tylko kondensator się rozładuje, napięcie bazowe powraca do 0 V. To zapewnia, że ​​złącze baza-emiter nie jest silnie odwrócone. W ten sposób spełnione są wszystkie wymagane kryteria skracania czasu przełączania.

• (3) Zobacz, jak to idzie . Jeśli nie jest wystarczająco dobry, możemy sprawdzić, czy możemy dodać trochę regeneracji.

LSTTL i jeszcze szybsi przyjaciele:

Ostrzeżenie !!!!!!!!!!!!
Przyglądanie się tutaj, skąd pochodzi poniższy schemat,
może spowodować, że ty i twoja lutownica i / lub deska do krojenia nie będą spać całą noc :-).
Wiele dobrych pomysłów.
Czy potrafisz zabić Millera? :-).

Zauważ, że Schottky o niskiej mocy wykorzystuje diody Schottky'ego, podczas gdy wcześniejszy Schottky TTL używał tranzystorów Schottky'ego - pozorny krok wstecz.

Przypuszczam, że twoim problemem jest to, że twój BJT jest nasycony po włączeniu. Oznacza to, że prąd przepływający przez kolektor NIE jest ograniczony przez prąd sterujący przepływający przez bazę, ale przez rezystor ograniczający prąd na ścieżce kolektora.

Tj. Z tym samym prądem bazowym tranzystor może przyjmować większy prąd przepływający przez kolektor.

Jeśli tak jest, czas wyłączenia tranzystora będzie względnie długi (jeśli dobrze pamiętam, powodem jest to, że wówczas ładunki w obszarze podstawowym zostaną zmiecione głównie przez dyfuzję, która jest raczej wolnym procesem fizycznym).

Możesz łatwo zmienić tę sytuację, wykonując następujące czynności:

Teraz prąd przepływający przez emiter (który jest tylko nieznacznie większy niż prąd przechodzący przez kolektor) podniesie emiter do poziomu, który sprawia, że ​​prąd podstawowy jest na tyle mały, że będzie to czynnik ograniczający prąd przepływający przez kolektor . Tranzystor nie będzie już nasycony i szybciej się wyłączy.

Istnieje również kolejna zaleta tego obwodu: obwód
ten będzie bardziej stabilny, gdy tranzystor nagrzeje się i stanie się bardziej przewodzący (półprzewodniki stają się WIĘCEJ przewodnikiem po podgrzaniu). Prąd nie zmieni się znacznie (w pierwszym obwodzie to zmieni).

Należy pamiętać, że prąd nie zależy teraz od napięcia zasilania, ale od napięcia sterującego (Vin).

EDYCJA 1:

Niech będzie
rezystorem Rb u podstawy (może być małą wartością; nawet 0 Ohm)
Re rezystorem na emiterze
Vbe napięcie-emiter bazy (ok. 0,7 V dla tranzystorów Si)
b wzmocnienie prądu (ok. 50..100)
Ie = b * Prąd emitera Ib; prawie równa się Ic = Ie - Ib

Vin = Rb * Ib + Vbe + Ie * Re

Rozwiąż dla Ie:

Ie = (Vin - Vbe) / (Rb / b + Re)

Rb / b będzie bardzo mały; można pominąć, więc
Ie = (Vin - Vbe) / Re

EDYCJA 2:

Wykonałem kilka pomiarów rzeczywistych obu wariantów obwodów:

Wersja lewa to wersja z nasyconym tranzystorem (A).
Właściwą wersją jest ta z tranzystorem nienasyconym (B).
W obu wariantach prąd przełączany jest mniej więcej taki sam.

Ale teraz spójrz, ile czasu zajmuje wyłączenie prądu w (A):
ok. 1,5 µs między krawędzią CH1 (napięcie podstawowe; niebieski) a CH2 (prąd emitera; zielony):

... oraz w (B):
prawie bez opóźnienia między zboczem CH1 (napięcie podstawowe; niebieski) i CH2 (prąd emitera; zielony):

Problemem jest tutaj asymetryczny charakter przełączania BJT.

Jeśli próg przełączania jest mniejszy niż połowa między minimalnym i maksymalnym napięciem bazowym, tranzystor zajmie mniej czasu na włączenie niż wyłączenie. Jeśli jest w połowie, wyłączy się szybciej niż się wyłączy.

Spójrz na przykład na uproszczony wykres, który napisałem:

Jak widać, gdy napięcie podstawowe wzrasta powyżej progu przełączania, tranzystor włącza się. Pozostaje włączony, dopóki podstawa nie spadnie ponownie poniżej progu przełączania. Ponieważ jest to poniżej połowy, osiągnięcie przez napięcie podstawowe progu przełączania trwa dłużej niż podczas włączania.

Dodając rezystor między podstawą a ziemią, tworzysz dzielnik napięcia. Zmniejsza to zakres napięcia podstawowego, aby zbliżyć napięcia podstawowe do symetrii wokół progu przełączania.

Pracując jako wzmacniacz, starasz się dopasować napięcia podstawowe do strefy przełączania, tak aby tranzystor nigdy nie był całkowicie włączony lub całkowicie wyłączony, ale był manipulowany wokół tej ciasnej strefy przełączania.

_{Oświadczenie: Tak, wiem, że jest to zbyt uproszczone, ale przenosi podstawową zasadę bez obciążania PO za pomocą matematyki i formuł.}

Mam podobny obwód, wysoki rezystor umieszczony między emiterem a detektorem powoduje wyciek i przerwanie obwodu, rozmiar twojego rezystora jest dość krytyczny

Tranzystor nie wyłącza się tak szybko z powodu nasycenia złącza emitera bazy.

Widziałem to wcześniej i po prostu umieściłem nmos-fet zamiast tranzystora. Źródło do bramki GND do sterowania sygnałem (100 omów byłoby wystarczająco więcej niż wystarczająco szeregowo) Drain to LED.

Powinno to umożliwić włączanie i wyłączanie w 10 nanosekundach