Evitar a saturação BJT do lado superior

Estou construindo "buffer" / "inversor" digital de alta velocidade (10-20ns em transistores da classe BC847) a partir de BJTs. O esquema está anexado.

Embora eu possa impedir a saturação do BJT no lado inferior adicionando o diodo Schottky, ele não funcionará no lado superior. Alguma dica, exceto a diminuição da resistência do resistor-base?

Os diodos anti-saturação são conectados em paralelo ao diodo CB do transistor que deve ser mantido longe da saturação. Você está fazendo isso corretamente no npn (ânodo na base e cátodo no coletor) e deve ser feito exatamente da mesma maneira no pnp, apenas para que o diodo seja o contrário neste transistor: cátodo na base, ânodo no colecionador.

$\Omega$$\Omega$

Se você quiser aumentar ainda mais a velocidade, tente paralelizar os resistores de base com pequenos capacitores (aprox. 22 pF). O truque para encontrar o valor certo para o capacitor seria torná-lo um pouco igual à capacitância efetiva na base, formando assim um divisor de tensão 1: 1 para a parte de alta frequência da borda de tensão crescente ou decrescente.

Edição nº 1:

Aqui está o esquema que eu usei para verificar com o LT Spice. O sinal de entrada (retangular, 0 V e 5 V) é alimentado em três inversores BJT semelhantes, cada um usando um par complementar BC847 e BC857. O da esquerda não possui truques especiais para acelerar, o do meio usa diodos Schottky para anti-saturação e o da direita também possui um desvio de alta velocidade ao longo de cada resistor de base (22 pF). A saída de cada estágio tem uma carga idêntica de 20 pF, que é um valor típico para alguma capacitância de rastreamento e uma entrada subsequente.

Os traços mostram o sinal de entrada (amarelo), a resposta lenta do circuito à esquerda (azul), a resposta com diodos anti-saturação (vermelho) e a resposta do circuito que também usa capacitores (verde).

Você pode ver claramente como o atraso de propagação aumenta cada vez menos. Os cursores são ajustados em 50% do sinal de entrada e em 50% da saída do circuito mais rápido e indicam uma diferença muito pequena de apenas 3 ns. Se eu encontrar tempo, também posso invadir o circuito e adicionar imagens de escopo real. Um layout cuidadoso será definitivamente necessário para alcançar tempos de atraso abaixo de 10 ns na realidade.

Edição # 2:

A placa de ensaio funciona bem e mostra um atraso de <10 ns no meu escopo de 150 MHz. As imagens seguirão no final desta semana. Tive que usar minhas boas sondas, porque as baratas não mostraram muito mais do que tocar ...

Edição # 3:

Ok, aqui está a tábua de pão:

$\Omega$$\Omega$$\Omega$$\mu$

A primeira captura de tela mostra as formas de onda de entrada e saída em 100 ns / div e com 2 V / div para ambos os traços. (O escopo é um Tektronix 454A.)

A segunda e terceira captura de tela mostram as transições de baixo para alto e de alto para baixo na entrada com 2 ns / div (base de tempo de 20 ns com ampliação horizontal adicional de 10 x). Os traços agora estão centralizados verticalmente na tela para uma exibição mais fácil do atraso de propagação com 1 V / div. A simetria é muito boa e mostra uma diferença de <4 ns entre entrada e saída.

Eu diria que podemos realmente confiar nos resultados simulados.

Os tempos de subida e descida são provavelmente muito mais rápidos na realidade e limitados pelo tempo de subida do osciloscópio, mas não consigo pensar em nenhuma razão pela qual o atraso entre os dois sinais não deva ser exibido corretamente.

Há uma coisa a prestar atenção: em toda transição de baixo para alto e alto para baixo, os dois transistores tendem a se comportar de maneira muito breve. Em frequências mais altas do sinal de entrada (aprox.> 2 MHz), o circuito do inversor começa a receber muita corrente e faz coisas estranhas ...

Você não obterá de 10 a 20 ns de peças discretas como essa. Como Zebonaut disse, o diodo Schottky está no lugar errado para o Q9. Estes sempre variam entre coletor e base.

Não há como isso funcionar na velocidade desejada com 5KOhms no caminho do sinal. Considere que a constante de tempo de 5KOhms e 10pF é 50ns. Na prática, haverá indutância em série e outras coisas para diminuir a velocidade dos sinais também. Você precisará usar resistências muito mais baixas para chegar a uma velocidade de comutação de 10ns. Qual é a capacitância dos diodos Schottky? Observe que isso é multiplicado na base. A capacitância efetiva que o resistor deve acionar é provavelmente significativamente superior a 10pF.

A menos que você tenha experiência no design de circuitos de RF, incluindo layout, esses tipos de velocidades são de domínio dos chips integrados.