Bagaimana cara saya mematikan dan menghidupkan waktu sama dengan transistor NPN?

Saya memiliki saklar NPN sederhana, lihat diagram.

Saya memberi makan gelombang persegi 100KHz (TTL) ke pangkalan transistor ini dan nyalakan sangat cepat (beberapa nSec) tetapi tidak mati dengan cepat, hampir membutuhkan 2uSec untuk mematikannya. (Saya melihat pengumpul di sirkuit ini). Dioda adalah laser, transistor dijalankan dari pabrik NPN ( datasheet ). Saya juga mencoba dengan NPN lain dari ONSemi yang lebih cepat (setidaknya apa yang saya pikirkan) cerita yang sama.

Mengapa transistor tidak mati secepat itu?

Bagaimana saya bisa mematikannya dalam beberapa nSec?

Apakah lebih baik menggunakan MOSFET daripada NPN dalam kasus ini?

** PEMBARUAN **

Saya telah menambahkan 1K bukan pad kapasitor NA dan menggunakan BJT lebih cepat, semuanya membaik sedikit. (Sebenarnya, saya menemukan bahwa BJT memiliki kecepatan yang sama tetapi kapasitansi keluaran kolektor lebih rendah, 2pF vs 6pF). Lagi pula, sekarang saya melihat mematikan sekitar 120nSec. Saya akan menambahkan batas kecepatan dan melaporkan hasil dari sini.

BJT yang lebih cepat mungkin akan membantu setelah Anda menyelesaikan dasar-dasarnya.

Ada dua (mungkin) teman kerja ajaib yang harus Anda temui.

• Klem Schottky anti saturasi

• Kapasitor speedup.

• (1) Hubungkan dioda Schottky kecil dari basis ke kolektor
  (Anoda ke pangkalan, Katoda ke kolektor), sehingga dioda bias balik saat transistor dimatikan.

  Ketika transistor dihidupkan kolektor tidak dapat jatuh lebih dari satu "persimpangan" Schottky jatuh di bawah pangkalan. Transistor ini tidak bisa masuk ke saturasi dan akumulasi muatan jauh lebih kecil sehingga lebih cepat untuk menyingkirkan saat dimatikan. Contoh dari sini

Lihatlah diagram blok internal untuk Schottky TTL. Perhatikan bagaimana ini membandingkan. Ini terutama yang memungkinkan Shottky TTL lebih cepat dari TTL standar.

• (2) Hubungkan kapasitor kecil secara paralel dengan resistor.
  Ini dikenal sebagai "kapasitor speedup".
  Kedengarannya bagus :-). Lebih baik untuk hidup daripada mati tetapi memiliki peran dua arah.
  Ini membantu untuk "menyapu biaya" keluar dari kapasitansi persimpangan basis emitor pada saat mematikan dan untuk mendapatkan muatan di sana pada gilirannya. Seperti contoh di bawah ini dari sini . Halaman ini SANGAT layak untuk dilihat.

Mereka mencatat (lebih banyak materi bermanfaat di halaman)

• Mengurangi waktu penyimpanan . Penundaan keseluruhan terbesar adalah waktu penyimpanan.
  Ketika BJT berada dalam saturasi, wilayah basis dibanjiri dengan pembawa muatan. Ketika input menjadi rendah, perlu waktu lama bagi operator muatan ini untuk meninggalkan wilayah dan membiarkan lapisan penipisan mulai terbentuk. Jumlah waktu yang dibutuhkan adalah fungsi dari tiga faktor:

  Karakteristik fisik perangkat.

  Nilai awal dari Ic

  Nilai awal dari tegangan bias balik diterapkan di pangkalan.

  Sekali lagi, kita tidak dapat berbuat banyak tentang faktor pertama, tetapi kita dapat melakukan sesuatu tentang dua faktor lainnya. Jika kita bisa tetap di bawah saturasi, maka jumlah pembawa muatan di wilayah basis berkurang dan begitu juga. Kita juga dapat mengurangi dengan menerapkan bias balik awal yang tinggi ke transistor.

  Waktu jatuh. Seperti waktu naik, waktu jatuh () adalah fungsi karakteristik fisik dari transistor, dan tidak ada yang bisa kita lakukan untuk mengurangi nilainya.

  Menyatukan semua pernyataan ini, kami melihat bahwa waktu tunda dan penyimpanan dapat dikurangi dengan:

  Menerapkan nilai awal yang tinggi (untuk mengurangi waktu tunda) yang mengendap ke beberapa nilai lebih rendah dari yang diperlukan untuk menjenuhkan transistor (untuk mengurangi waktu penyimpanan). Menerapkan bias balik awal yang tinggi (untuk mengurangi waktu penyimpanan) yang mengendap pada nilai minimum yang diperlukan untuk menjaga transistor dalam cutoff (untuk mengurangi waktu tunda). Dimungkinkan untuk memenuhi semua kondisi ini hanya dengan menambahkan kapasitor tunggal ke saklar BJT dasar. Kapasitor ini, yang disebut kapasitor percepatan, dihubungkan melintasi resistor dasar seperti yang ditunjukkan pada Gambar 19-7. Bentuk gelombang pada gambar adalah hasil dari penambahan kapasitor ke sirkuit.

  Ketika awalnya menjadi tinggi, kapasitor bertindak seperti korsleting. Akibatnya, sinyal input digabungkan langsung ke pangkalan untuk sesaat. Ini menghasilkan lonjakan tegangan awal yang tinggi yang diterapkan ke pangkalan, menghasilkan nilai awal yang tinggi. Sebagai kapasitor mengisi, berkurang ke titik di mana diadakan tepat di bawah titik jenuh.

  Ketika input pertama menjadi negatif, muatan pada kapasitor kecepatan secara singkat mendorong basis ke –5 V. Hal ini mendorong transistor dengan cepat ke cutoff. Segera setelah kapasitor keluar, tegangan basis kembali ke 0 V. Ini memastikan bahwa sambungan basis-emitor tidak terlalu bias terbalik. Dengan cara ini, semua kriteria yang diinginkan untuk mengurangi waktu switching terpenuhi.

• (3) Lihat bagaimana kelanjutannya . Jika tidak cukup baik kita dapat melihat apakah kita dapat menambahkan beberapa drive regeneratif berikutnya.

LSTTL & teman yang lebih cepat:

Peringatan !!!!!!!!!!!!
Mencari di sini dari mana diagram di bawah ini berasal,
bertanggung jawab untuk menghasilkan Anda dan besi solder Anda dan / atau papan tempat memotong roti tetap terjaga sepanjang malam :-).
Banyak ide bagus.
Bisakah Anda melakukan pembunuh Miller? :-).

Perhatikan bahwa Schottky berdaya rendah menggunakan dioda Schottky sedangkan Schottky TTL sebelumnya menggunakan transistor Schottky - sebuah langkah yang jelas mundur.

Saya kira masalah Anda adalah, bahwa BJT Anda jenuh ketika dihidupkan. Ini berarti arus yang melalui kolektor TIDAK dibatasi oleh arus kontrol yang melalui basis tetapi oleh resistor pembatas arus di jalur kolektor.

Yaitu dengan basis arus yang sama transistor bisa mengakui lebih banyak arus melalui kolektor.

Jika demikian, waktu mematikan transistor akan relatif lama (jika saya ingat benar, alasannya adalah karena kemudian biaya di wilayah basis akan terhapus terutama oleh difusi yang merupakan proses fisik yang agak lambat).

Anda dapat mengubah situasi ini dengan mudah dengan mengikuti sirkuit:

Sekarang arus yang mengalir melalui emitor (yang hanya sedikit lebih banyak dari yang mengalir melalui kolektor) akan menaikkan emitor ke tingkat yang membuat arus basis cukup kecil sehingga akan menjadi faktor pembatas arus yang mengalir melalui kolektor. . Jadi transistor tidak akan jenuh lagi dan akan mati lebih cepat.

Ada juga keuntungan lain dari rangkaian ini: Sirkuit
ini akan lebih stabil ketika transitor memanas dan menjadi lebih konduktif (semikonduktor menjadi LEBIH konduktif saat dipanaskan). Saat ini tidak akan banyak berubah (di sirkuit pertama Anda akan).

Ketahuilah bahwa saat ini arus tidak tergantung pada tegangan suplai, tetapi pada kendali volatge (Vin).

EDIT1:

Membiarkan menjadi
resistor Rb di pangkalan (mungkin nilai kecil; bahkan 0 Ohm)
Re resistor pada
basis emitor Vbe-emitor-tegangan (sekitar 0,7 V untuk transistor Si)
b amplifikasi arus (sekitar 50..100)
Ie = b * Ib emitor saat ini; hampir sama dengan Ic = Ie - Ib

Vin = Rb * Ib + Vbe + Ie * Re

Pecahkan untuk Ie:

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

Rb / b akan sangat kecil; dapat diabaikan, jadi
Ie = (Vin - Vbe) / Re

EDIT2:

Saya melakukan beberapa pengukuran dunia nyata dari kedua varian sirkuit:

Versi kiri adalah versi dengan transistor jenuh (A).
Versi yang tepat adalah yang dengan transistor non-saturated (B).
Pada kedua varian, arus yang diaktifkan hampir sama.

Tapi sekarang lihat berapa lama untuk mematikan arus dalam (A):
ca. 1,5μs antara tepi CH1 (tegangan dasar; biru) dan CH2 (arus emitor; hijau):

... dan dalam (B):
hampir tidak ada penundaan antara tepi CH1 (tegangan dasar; biru) dan CH2 (arus emitor; hijau):

Masalahnya di sini adalah sifat asimetrik dari pergantian BJT.

Jika ambang switching kurang dari setengah jalan antara tegangan basis minimum dan maksimum, maka transistor akan membutuhkan waktu lebih sedikit untuk menghidupkan daripada mematikan. Jika lebih dari setengahnya akan mematikan lebih cepat daripada mematikannya.

Sebagai contoh, lihat ini di atas grafik sederhana yang telah saya tuliskan:

Seperti yang Anda lihat, ketika tegangan dasar naik di atas ambang batas saklar transistor menyala. Tetap pada sampai dasar turun di bawah ambang saklar lagi. Karena ini di bawah titik tengah, dibutuhkan waktu lebih lama untuk tegangan dasar untuk mencapai ambang sakelar daripada saat menyalakannya.

Dengan menambahkan resistor antara dasar dan tanah Anda membuat pembagi tegangan. Ini mengurangi kisaran tegangan dasar untuk membawa tegangan dasar lebih dekat ke simetri di sekitar ambang switching.

Saat berjalan sebagai penguat, Anda bertujuan untuk menyesuaikan tegangan basis ke zona switching, sehingga transistor tidak pernah sepenuhnya hidup atau mati sepenuhnya, tetapi sedang dimanipulasi di sekitar zona switching yang ketat itu.

_{Penafian: Ya, saya tahu ini terlalu sederhana, tetapi ia mendapatkan prinsip dasar tanpa mengganggu OP dengan matematika dan formulæ.}

Saya memiliki sirkuit yang sama, sebuah resistor tinggi ditempatkan di antara emmitter dan detektor menyebabkannya bocor dan memutus sirkuit, ukuran resistor Anda cukup kritis

Transistor tidak akan mati secepat sambungan basis emitor sedang jenuh.

Saya telah melihat ini sebelumnya dan hanya menempatkan nmos-fet di tempat transistor. Sumber ke Gerbang GND untuk mengontrol sinyal (100ohms akan lebih dari cukup besar secara seri) Tiriskan ke LED.

Ini akan memungkinkan Anda untuk menghidupkan dan mematikan dalam 10 detik dari nanodetik