Come faccio a spegnere e riaccendere il tempo di accensione in un transistor NPN?

Ho un semplice interruttore NPN, vedi il diagramma.

Alimento un'onda quadra a 100 KHz (TTL) alla base di questo transistor e si accende molto velocemente (alcuni nSec) ma non si spegne così velocemente, ci vogliono quasi 2uSec per spegnersi. (Sto guardando il collezionista di questo circuito). Il diodo è un laser, il transistor viene eseguito dal mulino NPN ( scheda tecnica ). Ho anche provato con un altro NPN di ONSemi che è la stessa storia più veloce (almeno quello che penso).

Perché il transistor non si spegne così velocemente?

Come posso farlo spegnere in pochi nSec?

In questo caso è meglio usare un MOSFET che NPN?

** AGGIORNARE **

Ho aggiunto un 1K invece di quel pad condensatore NA e uso un BJT più veloce, le cose sono migliorate un po '. (In realtà, ho scoperto che il BJT ha una velocità simile ma una capacità di uscita del collettore inferiore, 2pF contro 6pF). Comunque, ora vedo spegnere circa 120nSec. Aggiungerò un limite massimo e riferirò i risultati da qui.

Un BJT più veloce probabilmente aiuterà una volta che i fondamenti saranno risolti.

Ci sono due (probabilmente) nuovi amici miracolosi che dovresti incontrare.

• Morsetto Schottky anti saturazione

• Condensatore Speedup.

• (1) Collegare un piccolo diodo Schottky dalla base al collettore
  (Anodo alla base, Catodo al collettore), in modo che il diodo sia polarizzato al contrario quando il transistor è spento.

  Quando il transistor è acceso, il collettore non può cadere più di una goccia di "giunzione" Schottky sotto la base. Il transistor non può andare in saturazione e la carica accumulata è molto più piccola, quindi è più veloce liberarsene allo spegnimento. Esempio di questo da qui

Guarda gli schemi a blocchi interni per Schottky TTL. Nota come si confronta. Questo è principalmente ciò che consente a Shottky TTL di essere più veloce del TTL standard.

• (2) Collegare un piccolo condensatore in parallelo con la resistenza.
  Questo è noto come "condensatore di accelerazione".
  Suona bene :-). Meglio per acceso che spento, ma ha un ruolo in entrambi i modi.
  Aiuta a "caricare la carica" ​​fuori dalla capacità di giunzione dell'emettitore di base allo spegnimento e ad ottenere la carica all'accensione. Come da esempio sotto da qui . Questa pagina è MOLTO interessante da vedere.

Notano (materiale più utile a pagina)

• Riduzione dei tempi di conservazione . Il più grande ritardo complessivo è il tempo di conservazione.
  Quando un BJT è in saturazione, la regione di base viene invasa da portatori di carica. Quando l'input si riduce, è necessario molto tempo perché questi portatori di carica lascino la regione e consentano allo strato di esaurimento di iniziare a formarsi. La quantità di tempo necessaria dipende da tre fattori:

  Le caratteristiche fisiche del dispositivo.

  Il valore iniziale di Ic

  Il valore iniziale della tensione di polarizzazione inversa applicata alla base.

  Ancora una volta, non possiamo fare molto per il primo fattore, ma possiamo fare qualcosa per gli altri due. Se riusciamo a mantenere appena al di sotto della saturazione, il numero di portatori di carica nella regione di base viene ridotto e così è. Possiamo anche ridurre applicando un elevato bias inverso iniziale al transistor.

  Tempo di caduta. Come il tempo di salita, il tempo di caduta () è una funzione delle caratteristiche fisiche del transistor e non c'è nulla che possiamo fare per ridurne il valore.

  Mettendo insieme tutte queste affermazioni, vediamo che il ritardo e il tempo di conservazione possono essere ridotti di:

  Applicando un valore iniziale elevato di (per ridurre il tempo di ritardo) che si assesta su un valore inferiore a quello necessario per saturare il transistor (per ridurre il tempo di conservazione). Applicazione di un bias inverso iniziale elevato (per ridurre il tempo di memorizzazione) che si assesta al valore minimo richiesto per mantenere il transistor in cutoff (per ridurre il tempo di ritardo). È possibile soddisfare tutte queste condizioni semplicemente aggiungendo un singolo condensatore a uno switch BJT di base. Questo condensatore, chiamato condensatore di accelerazione, è collegato attraverso la resistenza di base, come mostrato nella Figura 19-7. Le forme d'onda nella figura sono il risultato dell'aggiunta del condensatore al circuito.

  Quando inizialmente sale, il condensatore si comporta come un corto circuito. Di conseguenza, il segnale di ingresso viene accoppiato direttamente alla base per un breve istante. Ciò comporta un picco di tensione iniziale elevato applicato alla base, generando un valore iniziale elevato di. Mentre il condensatore si carica, diminuisce fino al punto in cui si trova appena sotto il punto di saturazione.

  Quando l'ingresso diventa negativo per la prima volta, la carica sul condensatore di accelerazione porta brevemente la base a –5 V. In questo modo il transistor passa rapidamente in cutoff. Non appena il condensatore si scarica, la tensione di base torna a 0 V. Ciò garantisce che la giunzione emettitore di base non sia fortemente polarizzata al contrario. In questo modo vengono soddisfatti tutti i criteri desiderati per ridurre i tempi di commutazione.

• (3) Guarda come va . Se non abbastanza buono possiamo vedere se possiamo aggiungere un po 'di energia rigenerativa dopo.

LSTTL e amici ancora più veloci:

Avvertimento !!!!!!!!!!!!
Guardando qui da dove proviene il diagramma seguente,
è probabile che tu e il tuo saldatore e / o tagliere restiate svegli tutta la notte :-).
Molte buone idee
Sai fare un killer Miller? :-).

Si noti che Schottky a bassa potenza utilizza diodi Schottky mentre il precedente TTL Schottky utilizzava transistor Schottky, un evidente passo indietro.

Suppongo che il tuo problema sia che il tuo BJT sia saturo quando acceso. Ciò significa che la corrente che attraversa il collettore NON è limitata dalla corrente di controllo che attraversa la base ma dalla resistenza di limitazione della corrente nel percorso del collettore.

Vale a dire con la stessa corrente di base il transistor potrebbe ammettere più corrente che passa attraverso il collettore.

In questo caso, il tempo di spegnimento del transistor sarà relativamente lungo (se ricordo bene, la ragione è perché le cariche nella regione di base saranno spazzate via principalmente dalla diffusione che è un processo fisico piuttosto lento).

Puoi cambiare facilmente questa situazione seguendo il circuito:

Ora la corrente che attraversa l'emettitore (che è solo leggermente più di quella che attraversa il collettore) aumenterà l'emettitore a un livello che rende la corrente di base appena abbastanza piccola da essere il fattore limitante della corrente che attraversa il collettore . Quindi il transistor non sarà più saturo e si spegnerà più rapidamente.

C'è anche un altro vantaggio di questo circuito:
questo circuito sarà più stabile quando il transitore si riscalda e diventa più conduttivo (i semiconduttori diventano PIÙ conduttivi quando riscaldati). La corrente non cambierà molto (nel tuo primo circuito lo farà).

Essere consapevoli del fatto che la corrente ora non dipende dalla tensione di alimentazione, ma dalla tensione di controllo (Vin).

Edit1:

Sia un
resistore Rb alla base (può essere un valore piccolo; anche 0 Ohm)
Resistenza all'emettitore
Vbe tensione-emettitore base (circa 0,7 V per transistor Si)
b amplificazione corrente (circa 50..100)
Ie = b * Ib corrente emettitore; quasi equalt a Ic = Ie - Ib

Vin = Rb * Ib + Vbe + Ie * Re

Risolvi per Ie:

Vale a dire = (Vin - Vbe) / (Rb / b + Re)

Rb / b sarà molto piccolo; può essere negelegted, quindi
Ie = (Vin - Vbe) / Re

EDIT2:

Ho fatto alcune misurazioni del mondo reale di entrambe le varianti di circuito:

La versione sinistra è quella con transistor saturo (A).
La versione giusta è quella con transistor non saturo (B).
In entrambe le varianti la corrente commutata è pressoché la stessa.

Ma ora guarda quanto ci vuole per spegnere la corrente in (A):
ca. 1,5 µs tra il bordo di CH1 (tensione di base; blu) e CH2 (corrente di emettitore; verde):

... e in (B):
quasi nessun ritardo tra il bordo di CH1 (tensione di base; blu) e CH2 (corrente di emissione; verde):

Il problema qui è la natura asimmetrica della commutazione di un BJT.

Se la soglia di commutazione è inferiore a metà tra la tensione di base minima e massima, il transistor impiegherà meno tempo ad accendersi che a spegnersi. Se è oltre la metà, si spegnerà più velocemente di quanto si spenga.

Ad esempio, dai un'occhiata a questo grafico semplificato che ho scritto:

Come puoi vedere, quando la tensione di base sale al di sopra della soglia di commutazione, il transistor si accende. Rimane acceso fino a quando la base non scende di nuovo sotto la soglia dell'interruttore. Poiché questo è al di sotto del punto intermedio, la tensione di base impiega più tempo a raggiungere la soglia dell'interruttore rispetto a quando ha fatto l'accensione.

Aggiungendo una resistenza tra la base e la terra si crea un partitore di tensione. Ciò riduce l'intervallo della tensione di base per avvicinare le tensioni di base alla simmetria attorno alla soglia di commutazione.

Quando si esegue come amplificatore, si mira ad adattare le tensioni di base nella zona di commutazione, in modo che il transistor non sia mai completamente acceso o completamente spento, ma venga manipolato attorno a quella stretta zona di commutazione.

_{Disclaimer: Sì, lo so che è eccessivamente semplicistico, ma ottiene il principio di base senza impantanare l'OP con matematica e formule.}

Ho un circuito simile, un resistore alto posto tra l'emettitore e il rivelatore lo fa fuoriuscire e rompere il circuito, la dimensione del resistore è piuttosto critica

Il transistor non si spegne così velocemente a causa della saturazione della giunzione dell'emettitore di base.

L'ho già visto prima e ho semplicemente posizionato un nmos-fet al posto del transistor. Sorgente a GND Gate per controllare il segnale (100 ohm sarebbe più che abbastanza grande in serie) Scarico a LED.

Ciò dovrebbe consentire di accendere e spegnere in 10 secondi di nanosecondi