Как сделать время выключения и включения равным в NPN-транзисторе?

У меня есть простой NPN-переключатель, см. Схему.

Я подаю 100 кГц прямоугольную волну (TTL) на базу этого транзистора, и он очень очень быстро включается (несколько нсек), но он не выключается так быстро, для его выключения требуется почти 2 мкс. (Я смотрю на коллектор этой схемы). Диод является лазером, транзистор запускается из мельницы NPN ( технический паспорт ). Я также попытался с другим NPN от ONSemi, который быстрее (по крайней мере, что я думаю) та же самая история.

Почему транзистор не выключается так быстро?

Как я могу отключить его через несколько секунд?

В этом случае лучше использовать MOSFET, чем NPN?

** ОБНОВИТЬ **

Я добавил 1K вместо этой конденсаторной площадки NA и использую более быстрый BJT, все немного улучшилось. (На самом деле, я обнаружил, что BJT имеет аналогичную скорость, но более низкую выходную емкость коллектора, 2 пФ против 6 пФ). Во всяком случае, теперь я вижу отключение около 120nSec. Я добавлю ограничение скорости и сообщу результаты отсюда.

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

Есть два (возможно) новых чудотворца, с которыми вы должны встретиться.

• Анти-насыщение зажима Шоттки

• Ускоряющий конденсатор.

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

  Когда транзистор включен, коллектор не может упасть больше, чем падение Шоттки «перехода» под основание. Транзистор, который не может перейти в насыщение, и накопленный заряд намного меньше, поэтому быстрее отключиться при выключении. Пример этого отсюда

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

• (2) Подключите небольшой конденсатор параллельно с резистором.
  Это известно как «ускоряющий конденсатор».
  Звучит хорошо :-). Лучше для на чем, но выключен, но играет роль в обоих направлениях.
  Это помогает «выкинуть заряд» из емкости соединения базового эмиттера при включении и получить заряд при включении. Согласно примеру ниже здесь . Эту страницу ОЧЕНЬ стоит посмотреть.

Они отмечают (более ценный материал на странице)

• Сокращение времени хранения . Самая большая общая задержка - время хранения.
  Когда BJT находится в состоянии насыщения, базовая область затопляется носителями заряда. Когда входной сигнал становится низким, этим носителям заряда требуется много времени, чтобы покинуть область и дать возможность сформироваться истощающему слою. Количество времени, которое требуется для этого, зависит от трех факторов:

  Физические характеристики устройства.

  Начальное значение Ic

  Начальное значение обратного напряжения смещения, приложенного к базе.

  Еще раз, мы не можем многое сделать с первым фактором, но мы можем сделать что-то с двумя другими. Если мы сможем сохранить чуть ниже насыщения, то количество носителей заряда в базовой области уменьшится, и это так. Мы также можем уменьшить, применяя высокое начальное обратное смещение к транзистору.

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

  Собрав все эти утверждения вместе, мы видим, что задержка и время хранения могут быть уменьшены на:

  Применение высокого начального значения (для уменьшения времени задержки), которое устанавливается до некоторого значения, меньшего, чем то, которое требуется для насыщения транзистора (для сокращения времени хранения). Применение высокого начального обратного смещения (для сокращения времени хранения), которое устанавливается на минимальное значение, необходимое для поддержания транзистора в отключенном состоянии (для уменьшения времени задержки). Все эти условия можно выполнить, просто добавив один конденсатор к базовому переключателю BJT. Этот конденсатор, называемый ускоряющим конденсатором, подключен через базовый резистор, как показано на рисунке 19-7. Формы сигнала на рисунке являются результатом добавления конденсатора в цепь.

  Когда изначально повышается, конденсатор действует как короткое замыкание вокруг. В результате входной сигнал на короткое время напрямую связывается с базой. Это приводит к высокому начальному пику напряжения, приложенному к базе, генерируя высокое начальное значение. Когда конденсатор заряжается, уменьшается до точки, где удерживается чуть ниже точки насыщения.

  Когда вход сначала становится отрицательным, заряд на ускоряющем конденсаторе кратковременно приводит базу к -5 В. Это приводит к быстрому отключению транзистора. Как только конденсатор разряжается, базовое напряжение возвращается к 0 В. Это гарантирует, что соединение база-эмиттер не будет сильно смещено в обратном направлении. Таким образом, все желаемые критерии для сокращения времени переключения выполнены.

• (3) Посмотрите, как это происходит . Если не достаточно хорошо, мы можем посмотреть, можем ли мы добавить какой-нибудь регенеративный диск дальше.

LSTTL и даже более быстрые друзья:

Предупреждение !!!!!!!!!!!!
Глядя в здесь откуда ниже схема пришла,
обязано привести вас и ваш паяльник и / или макетирование бодрствовать всю ночь :-).
Много хороших идей.
Вы можете сделать убийцу Миллера? :-).

Обратите внимание, что в Шоттки с низким энергопотреблением используются диоды Шоттки, тогда как в более ранних версиях Шоттки в ТТЛ использовались транзисторы Шоттки - очевидный шаг назад.

Я полагаю, ваша проблема в том, что ваш BJT насыщен при включении. Это означает, что ток, проходящий через коллектор, НЕ ограничен током управления, проходящим через базу, а ограничивающим ток резистором в канале коллектора.

Т.е. с тем же базовым током транзистор мог допускать больший ток, проходящий через коллектор.

Если это так, время выключения транзистора будет относительно долгим (если я правильно помню, причина в том, что тогда заряды в базовой области будут сметены в основном диффузией, что является довольно медленным физическим процессом).

Вы можете легко изменить эту ситуацию по следующей схеме:

Теперь ток, проходящий через эмиттер (который немного больше, чем ток, проходящий через коллектор) поднимет эмиттер до уровня, который делает базовый ток достаточно маленьким, что будет ограничивающим фактором тока, проходящего через коллектор , Таким образом, транзистор больше не будет насыщен и будет выключаться быстрее.

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

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

EDIT1:

Пусть
Rb резистор на базе (может быть небольшим значением; даже 0 Ом)
Re резистор на эмиттере
Vbe напряжение база-эмиттер (около 0,7 В для Si-транзисторов)
b усиление тока (около 50. 100)
Ie = b * Ib эмиттер тока; почти равен Ic = Ie - Ib

Vin = Rb * Ib + Vbe + Ie * Re

Решить для Ie:

Т.е. = (Vin - Vbe) / (Rb / b + Re)

Rb / b будет очень маленьким; можно пренебрегать, т.
е. = (Vin - Vbe) / Re

EDIT2:

Я сделал некоторые реальные измерения обоих вариантов схемы:

Левая версия - с насыщенным транзистором (A).
Правильный вариант - это вариант с ненасыщенным транзистором (B).
В обоих вариантах коммутируемый ток примерно одинаков.

Но теперь посмотрим, сколько времени потребуется, чтобы отключить ток в (A):
ок. 1,5 мкс между границей 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 асимметричной природе переключения BJT.

Если порог переключения составляет менее половины между минимальным и максимальным базовым напряжением, тогда для включения транзистора потребуется меньше времени, чем для выключения. Если он превышает половину пути, он выключится быстрее, чем выключится.

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

Как вы можете видеть, когда базовое напряжение поднимается выше порога переключения, транзистор включается. Он остается включенным, пока база снова не опустится ниже порога переключения. Поскольку это ниже середины, для достижения базового напряжения порога переключения требуется больше времени, 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 подогнать базовые напряжения в зону переключения, чтобы транзистор никогда не включался или не выключался полностью, а манипулировал вокруг этой узкой зоны переключения.

_{Отказ от ответственности: Да, я знаю, что это слишком упрощенно, но оно дает базовый принцип, не увязывая в ОП с математикой и формулой.}

У меня похожая схема, высокий резистор, помещенный между эмиттером и детектором, вызывает его утечку и разрыв цепи, размер резистора довольно критичен

Транзистор не будет отключаться так быстро из-за насыщения основного эмиттерного спая.

Я видел это раньше и просто поместил nmos-fet вместо транзистора. Источник к GND Gate для управления сигналом (100 Ом будет более чем достаточно большим последовательно).

Это должно позволить вам включать и выключать в течение 10-х наносекунд