Как сделать время выключения и включения равным в транзисторе NPN?

Более быстрый BJT, вероятно, поможет, как только вы разберетесь с основами.

Есть два (вероятно) новых чудотворных друга, с которыми вам следует познакомиться.

• Зажим Шоттки против насыщения

• Разгонный конденсатор.

• (1) Подсоедините небольшой диод Шоттки от базы к коллектору
  (анод к базе, катод к коллектору), чтобы диод смещался в обратном направлении, когда транзистор выключен.

  Когда транзистор включен, коллектор не может опускаться ниже базы более чем на «переход» Шоттки. Транзистор не может перейти в режим насыщения, а накопленный заряд намного меньше, поэтому от него быстрее избавиться при выключении. Пример этого отсюда

Посмотрите на внутренние блок-схемы для Schottky TTL. Обратите внимание, как это сравнивается. Это в первую очередь то, что позволяет Shottky TTL быть быстрее, чем стандартный TTL.

• (2) Подключите небольшой конденсатор параллельно резистору.
  Это известно как «ускоряющий конденсатор».
  Звучит отлично :-). Лучше для включения, чем для выключения, но играет роль в обоих направлениях.
  Это помогает «выметать заряд» из емкости перехода база-эмиттер при выключении и получать заряд при включении. Как показано ниже , отсюда . Эту страницу ОЧЕНЬ стоит посмотреть.

Они отмечают (более ценный материал на странице)

• Сокращение времени хранения . Самая большая общая задержка — это время хранения.
  Когда BJT находится в состоянии насыщения, базовая область заполнена носителями заряда. Когда вход становится низким, этим носителям заряда требуется много времени, чтобы покинуть область и позволить слою истощения начать формироваться. Количество времени, которое это занимает, зависит от трех факторов:

  • Физические характеристики устройства.

  • Начальное значение Ic

  • Начальное значение напряжения обратного смещения, приложенного к базе.

• Опять же, мы мало что можем сделать с первым фактором, но можем кое-что сделать с двумя другими. Если мы сможем удержать чуть ниже насыщения, то количество носителей заряда в базовой области уменьшится, а значит, и . Мы также можем уменьшить, подав высокое начальное обратное смещение на транзистор.

  Время падения. Как и время нарастания, время спада () является функцией физических характеристик транзистора, и мы ничего не можем сделать, чтобы уменьшить его значение.

  Соединяя все эти утверждения вместе, мы видим, что задержку и время хранения можно уменьшить за счет:

  Применение высокого начального значения (для уменьшения времени задержки), которое устанавливается до некоторого значения ниже, чем требуется для насыщения транзистора (для уменьшения времени хранения). Применение высокого начального обратного смещения (для уменьшения времени хранения), которое устанавливается до минимального значения, необходимого для удержания транзистора в состоянии отсечки (для уменьшения времени задержки). Все эти условия можно выполнить, просто добавив один конденсатор к базовому переключателю BJT. Этот конденсатор, называемый ускоряющим конденсатором, подключается к базовому резистору, как показано на рис. 19-7. Осциллограммы на рисунке являются результатом добавления конденсатора в цепь.

  Когда первоначально становится высоким, конденсатор действует как короткое замыкание вокруг. В результате входной сигнал на короткое время поступает непосредственно на базу. Это приводит к тому, что к базе прикладывается высокий начальный всплеск напряжения, что приводит к высокому начальному значению . По мере зарядки конденсатора снижается до точки, где удерживается чуть ниже точки насыщения.

  Когда вход сначала становится отрицательным, заряд ускоряющего конденсатора ненадолго переводит базу в состояние –5 В. Это быстро приводит к отключению транзистора. Как только конденсатор разряжается, базовое напряжение возвращается к 0 В. Это гарантирует, что переход база-эмиттер не будет сильно смещен в обратном направлении. Таким образом, удовлетворяются все желаемые критерии сокращения времени переключения.

• (3) Посмотрите, как это происходит . Если недостаточно хорошо, мы можем посмотреть, можем ли мы добавить регенеративный привод дальше.

LSTTL и еще более быстрые друзья:

Предупреждение !!!!!!!!!!!!
Глядя сюда, откуда взялась приведенная ниже диаграмма, вы можете не спать всю ночь с паяльником и/или макетной платой :-).
Много хороших идей.
Сможете ли вы сделать убийцу Миллера? :-).

Обратите внимание, что Шоттки малой мощности использует диоды Шоттки, тогда как в более ранних ТТЛ Шоттки использовались транзисторы Шоттки - очевидный шаг назад.

Я полагаю, ваша проблема в том, что ваш BJT насыщается при включении. Это означает, что ток, проходящий через коллектор, ограничивается НЕ управляющим током, проходящим через базу, а токоограничивающим резистором на пути коллектора.

Т.е. при том же токе базы транзистор может пропускать больший ток через коллектор.

Если это так, время выключения транзистора будет относительно большим (если я правильно помню, причина в том, что тогда заряды в области базы будут выметаться в основном за счет диффузии, которая является довольно медленным физическим процессом).

Вы можете легко изменить эту ситуацию с помощью следующей схемы:

Теперь ток, проходящий через эмиттер (который лишь немного больше, чем ток, проходящий через коллектор), поднимет эмиттер до уровня, при котором базовый ток будет достаточно мал, чтобы он стал ограничивающим фактором тока, проходящего через коллектор. . Так транзистор больше не будет насыщаться и быстрее выключится.

Есть еще одно преимущество этой схемы:
эта схема будет более стабильной, когда транзистор нагревается и становится более проводящим (полупроводники становятся БОЛЕЕ проводящими при нагревании). Ток сильно не изменится (в вашей первой схеме изменится).

Имейте в виду, что ток теперь зависит не от напряжения питания, а от управляющего напряжения (Vin).

РЕДАКТИРОВАТЬ1:

Пусть
Rb Резистор на базе (может быть небольшое значение, даже 0 Ом)
Re Резистор на эмиттере
Vbe Напряжение база-эмиттер (около 0,7 В для кремниевых транзисторов)
b Усиление тока (около 50..100)
Ie = b *Iб ток эмиттера; почти равно Ic = Ie - Ib

Vin = Rb * Ib + Vbe + Ie*Re

Решите для т.е.:

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

Rb/b будет очень мала; можно отменить, поэтому
Ie = (Vin - Vbe) / Re

РЕДАКТИРОВАТЬ2:

Я сделал некоторые реальные измерения обоих вариантов схемы:

Левая версия с насыщенным транзистором (A).
Правильная версия — с ненасыщенным транзистором (B).
В обоих вариантах коммутируемый ток примерно одинаков.

А теперь посмотрите, сколько времени нужно, чтобы отключить ток в (А):
ок. 1,5 мкс между фронтом CH1 (базовое напряжение; синий) и CH2 (ток эмиттера; зеленый):

... и в (B):
почти нет задержки между фронтом CH1 (базовое напряжение; синий) и CH2 (ток эмиттера; зеленый):

Проблема здесь заключается в асимметричном характере переключения BJT.

Если порог переключения меньше половины между минимальным и максимальным базовым напряжением, транзистору потребуется меньше времени для включения, чем для выключения. Если это больше половины пути, он выключится быстрее, чем выключится.

Например, взгляните на этот упрощенный график, который я набросал:

Как видите, когда базовое напряжение становится выше порога переключения, транзистор открывается. Он остается включенным до тех пор, пока база снова не опустится ниже порога переключения. Поскольку это значение ниже средней точки, базовому напряжению требуется больше времени для достижения порога переключения, чем при включении.

Добавляя резистор между базой и землей, вы создаете делитель напряжения. Это уменьшает диапазон базового напряжения, чтобы приблизить базовые напряжения к симметрии вокруг порога переключения.

При работе в качестве усилителя вы стремитесь поместить базовые напряжения в зону переключения, чтобы транзистор никогда не был полностью включен или полностью выключен, а манипулировался вокруг этой узкой зоны переключения.

_{Отказ от ответственности: да, я знаю, что это слишком упрощенно, но он передает основной принцип, не увязая в ОП математикой и формулами.}

У меня есть аналогичная схема, высокий резистор, помещенный между эмиттером и детектором, вызывает утечку и разрыв цепи, размер вашего резистора довольно важен.

Транзистор не выключится так быстро из-за насыщения перехода база-эмиттер.

Я видел это раньше и просто поместил nmos-fet вместо транзистора. Исток к GND Затвор для управляющего сигнала (100 Ом будет более чем достаточно для последовательного подключения) Сток к светодиоду.

Это должно позволить вам включать и выключать за 10 наносекунд.