Como faço para desligar e ligar o tempo igual em um transistor NPN?

Eu tenho um simples interruptor NPN, veja o diagrama.

Eu alimento uma onda quadrada de 100KHz (TTL) na base deste transistor e ele liga muito, muito rápido (alguns nSec), mas não desliga tão rápido, são necessários quase 2uSec para desligar. (Estou olhando para o colecionador deste circuito). O diodo é um laser, o transistor é executado fora do moinho NPN ( datasheet ). Eu também tentei com outro NPN do ONSemi, que é a mesma história mais rápida (pelo menos o que eu penso).

Por que o transistor não desliga tão rápido?

Como posso desativá-lo em alguns nSec?

É melhor usar um MOSFET do que NPN neste caso?

** ATUALIZAÇÃO **

Eu adicionei um 1K em vez do capacitor NA e use um BJT mais rápido, as coisas melhoraram um pouco. (Na verdade, descobri que o BJT tem velocidade semelhante, mas menor capacitância de saída do coletor, 2pF vs. 6pF). Enfim, agora eu vejo desligar cerca de 120nSec. Vou adicionar um limite de velocidade e relatar os resultados daqui.

Um BJT mais rápido provavelmente ajudará assim que você entender os fundamentos.

Existem dois (provavelmente) novos amigos milagrosos que você deve conhecer.

• Braçadeira Schottky anti-saturação

• Capacitor Speedup.

• (1) Conecte um pequeno diodo Schottky da base ao coletor
  (ânodo à base, catodo ao coletor), para que o diodo seja polarizado inversamente quando o transistor estiver desligado.

  Quando o transistor é ligado, o coletor não pode cair mais do que uma "junção" Schottky abaixo da base. O transistor que não pode entrar em saturação e a carga acumulada é muito menor, portanto, é mais rápido se livrar do desligamento. Exemplo disso daqui

Veja os diagramas de blocos internos do Schottky TTL. Observe como isso se compara. Isso é principalmente o que permite que o Shottky TTL seja mais rápido que o TTL padrão.

• (2) Conecte um pequeno capacitor em paralelo ao resistor.
  Isso é conhecido como "capacitor de aceleração".
  Parece bom :-). Melhor para ligar do que desligar, mas tem um papel nos dois sentidos.
  Ajuda a "varrer a carga" da capacitância da junção do emissor de base no desligamento e a carregar a carga no acionamento. Como por exemplo abaixo daqui . Vale a pena olhar esta página.

Eles observam (material mais valioso na página)

• Reduzindo o tempo de armazenamento . O maior atraso geral é o tempo de armazenamento.
  Quando um BJT está saturado, a região base é inundada com portadores de carga. Quando a entrada é baixa, leva muito tempo para que essas transportadoras saiam da região e permita que a camada de depleção comece a se formar. A quantidade de tempo que isso leva é uma função de três fatores:

  As características físicas do dispositivo.

  O valor inicial de Ic

  O valor inicial da tensão de polarização reversa aplicada na base.

  Mais uma vez, não podemos fazer muito sobre o primeiro fator, mas podemos fazer algo sobre os outros dois. Se pudermos manter um pouco abaixo da saturação, o número de portadores de carga na região base será reduzido e o mesmo será. Também podemos reduzir aplicando uma alta polarização reversa inicial ao transistor.

  Tempo de outono. Assim como o tempo de subida, o tempo de queda () é uma função das características físicas do transistor e não há nada que possamos fazer para reduzir seu valor.

  Reunindo todas essas instruções, vemos que o atraso e o tempo de armazenamento podem ser reduzidos por:

  A aplicação de um valor inicial alto de (para diminuir o tempo de atraso) que se estabelece para um valor menor do que o necessário para saturar o transistor (para reduzir o tempo de armazenamento). A aplicação de um viés inverso inicial alto (para reduzir o tempo de armazenamento) que se estabelece no valor mínimo necessário para manter o transistor no corte (para reduzir o tempo de atraso). É possível atender a todas essas condições simplesmente adicionando um único capacitor a um comutador BJT básico. Esse capacitor, chamado de capacitor de aceleração, é conectado através do resistor de base, como mostra a Figura 19-7. As formas de onda na figura são o resultado da adição do capacitor ao circuito.

  Quando inicialmente aumenta, o capacitor age como um curto-circuito. Como resultado, o sinal de entrada é acoplado diretamente à base por um breve instante. Isso resulta em um pico de tensão inicial alto sendo aplicado à base, gerando um alto valor inicial de. À medida que o capacitor é carregado, diminui para o ponto em que é mantido logo abaixo do ponto de saturação.

  Quando a entrada fica negativa, a carga no capacitor de aceleração leva a base brevemente a –5 V. Isso leva o transistor rapidamente ao ponto de corte. Assim que o capacitor descarrega, a tensão de base retorna a 0 V. Isso garante que a junção do emissor da base não seja fortemente polarizada ao contrário. Dessa forma, todos os critérios desejados para reduzir o tempo de comutação são atendidos.

• (3) Veja como isso acontece . Se não for bom o suficiente, podemos ver se podemos adicionar alguma unidade regenerativa a seguir.

LSTTL e amigos ainda mais rápidos:

Atenção !!!!!!!!!!!!
Olhando aqui de onde veio o diagrama abaixo,
é provável que você e seu ferro de solda e / ou tábua de pão fiquem acordados a noite toda :-).
Muitas boas idéias.
Você pode matar um Miller? :-).

Observe que Schottky de baixa potência usa diodos Schottky, enquanto o TTL Schottky anterior usava transistores Schottky - um aparente retrocesso.

Suponho que o seu problema é que o seu BJT está saturado quando ligado. Isso significa que a corrente que passa pelo coletor NÃO é limitada pela corrente de controle que passa pela base, mas pelo resistor limitador de corrente no caminho do coletor.

Ou seja, com a mesma corrente base, o transistor poderia admitir mais corrente passando pelo coletor.

Se esse for o caso, o tempo de desligamento do transistor será relativamente longo (se bem me lembro, o motivo é porque as cargas na região base serão varridas principalmente por difusão, que é um processo físico bastante lento).

Você pode alterar essa situação facilmente seguindo o circuito:

Agora, a corrente que passa pelo emissor (que é apenas um pouco mais do que a do coletor) aumentará o emissor para um nível que torne a corrente base pequena o suficiente para que seja o fator limitante da corrente que passa pelo coletor . Portanto, o transistor não ficará mais saturado e será desligado mais rapidamente.

Há também outra vantagem desse circuito:
este circuito será mais estável quando o transitor se aquecer e se tornar mais condutor (os semicondutores se tornam MAIS condutores quando aquecidos). A corrente não vai mudar muito (no seu primeiro circuito).

Esteja ciente de que a corrente agora não depende da tensão de alimentação, mas do controle de voltagem (Vin).

EDIT1:

Seja o
resistor Rb na base (pode ser um valor pequeno; até 0 Ohms)
Re resistor no emissor
Vbe base-voltagem do emissor (ca. 0,7 V para transistores Si)
b amplificação de corrente (ca. 50..100)
Ie = b * Corrente do emissor Ib; quase igual a Ic = Ie - Ib

Vin = Rb * Ib + Vbe + Ie * Re

Resolver para Ie:

Ou seja = (Vin - Vbe) / (Rb / b + Re)

Rb / b será muito pequeno; pode ser negelegted, então
Ie = (Vin - Vbe) / Re

EDIT2:

Fiz algumas medições no mundo real de ambas as variantes de circuito:

A versão esquerda é aquela com o transistor saturado (A).
A versão correta é aquela com transistor não saturado (B).
Nas duas variantes, a corrente comutada é praticamente a mesma.

Mas agora veja quanto tempo leva para desligar a corrente em (A):
ca. 1,5 µs entre a borda do CH1 (tensão de base; azul) e CH2 (corrente do emissor; verde):

... e em (B):
quase nenhum atraso entre a extremidade do CH1 (tensão de base; azul) e CH2 (corrente do emissor; verde):

O problema aqui é a natureza assimétrica da comutação de um BJT.

Se o limiar de comutação estiver a menos da metade do caminho entre a tensão base mínima e máxima, o transistor levará menos tempo para ligar do que desligar. Se estiver acima da metade, ele será desligado mais rapidamente do que se desliga.

Por exemplo, dê uma olhada neste gráfico simplificado que escrevi:

Como você pode ver, conforme a tensão básica sobe acima do limite da chave, o transistor é ligado. Ele permanece ligado até a base cair abaixo do limite do comutador novamente. Como está abaixo do ponto médio, leva mais tempo para que a tensão de base atinja o limiar do comutador do que quando ligava.

Ao adicionar um resistor entre a base e o terra, você cria um divisor de tensão. Isso reduz a faixa da tensão de base para aproximar as tensões de base da simetria em torno do limiar de comutação.

Ao operar como um amplificador, você visa ajustar as tensões básicas na zona de comutação, para que o transistor nunca esteja totalmente ligado ou desligado, mas sendo manipulado em torno dessa zona de comutação apertada.

_{Isenção de responsabilidade: Sim, eu sei que isso é excessivamente simplista, mas transmite o princípio básico sem atrapalhar o OP com matemática e formulações.}

Eu tenho um circuito semelhante, um alto resistor colocado entre o emissor e o detector faz com que ele vaze e quebre o circuito, o tamanho do seu resistor é bastante crítico

O transistor não será desligado tão rápido devido à saturação da junção base do emissor.

Eu já vi isso antes e simplesmente coloque um nmos-fet no lugar do transistor. Fonte ao GND Gate para controlar o sinal (100ohms seria mais do que suficientemente grande em série) Drene para o LED.

Isso deve permitir que você ligue e desligue em 10 segundos de nanossegundos