Wie stelle ich die Ein- und Ausschaltzeit in einem NPN-Transistor gleich?

Ich habe einen einfachen NPN-Schalter, siehe Diagramm.

Ich speise eine 100-kHz-Rechteckwelle (TTL) in die Basis dieses Transistors und sie schaltet sich sehr schnell ein (einige ns), aber sie schaltet sich nicht so schnell aus, es dauert fast 2 usec, bis sie sich ausschaltet. (Ich schaue auf den Sammler dieser Schaltung). Die Diode ist ein Laser, Transistor ist aus der Mühle NPN ( Datenblatt ) ausgeführt. Ich habe es auch mit einer anderen NPN von ONSemi versucht, die (zumindest was ich denke) die gleiche Geschichte schneller ist.

Warum schaltet der Transistor nicht so schnell ab?

Wie kann ich es in ein paar nSec ausschalten lassen?

Ist es in diesem Fall besser, einen MOSFET als NPN zu verwenden?

** UPDATE **

Ich habe einen 1K anstelle des NA-Kondensatorpads hinzugefügt und einen schnelleren BJT verwendet, die Dinge haben sich etwas verbessert. (Tatsächlich stellte ich fest, dass der BJT eine ähnliche Geschwindigkeit aufweist, jedoch eine geringere Kollektorausgangskapazität von 2 pF gegenüber 6 pF). Wie auch immer, jetzt sehe ich etwa 120nSec ausschalten. Ich werde eine Beschleunigungsbeschränkung hinzufügen und die Ergebnisse hier veröffentlichen.

Ein schnelleres BJT wird wahrscheinlich helfen, sobald Sie die Grundlagen geklärt haben.

Es gibt (wahrscheinlich) zwei neue Freunde, die Wunder wirken und die Sie kennenlernen sollten.

• Anti-Sättigungs-Schottky-Klemme

• Beschleunigungskondensator.

• (1) Schließen Sie eine kleine Schottky-Diode von der Basis zum Kollektor
  (Anode zur Basis, Kathode zum Kollektor) an, so dass die Diode bei ausgeschaltetem Transistor in Sperrrichtung vorgespannt ist.

  Wenn der Transistor eingeschaltet ist, kann der Kollektor nicht mehr als einen Schottky- "Übergang" unter die Basis fallen. Der Transistor, der nicht in die Sättigung gehen kann, und die angesammelte Ladung ist viel kleiner, so dass er beim Ausschalten schneller beseitigt wird. Beispiel hierfür von hier

Schauen Sie sich die internen Blockdiagramme für Schottky TTL an. Beachten Sie, wie dies verglichen wird. Dies ist in erster Linie der Grund, warum Shottky TTL schneller ist als Standard-TTL.

• (2) Schließen Sie einen kleinen Kondensator parallel zum Widerstand an.
  Dies ist als "Beschleunigungskondensator" bekannt.
  Hört sich gut an :-). Besser für Ein als für Aus, spielt aber in beide Richtungen eine Rolle.
  Es hilft, beim Ausschalten Ladung aus der Basis-Emitter-Sperrschicht-Kapazität "herauszuwischen" und beim Einschalten Ladung dort hinein zu bringen. Wie im folgenden Beispiel von hier . Diese Seite ist SEHR einen Blick wert.

Sie bemerken (mehr lohnendes Material auf Seite)

• Reduzierung der Lagerzeit . Die größte Verzögerung ist die Lagerzeit.
  Wenn sich ein BJT in Sättigung befindet, wird der Basisbereich mit Ladungsträgern geflutet. Wenn der Eingang niedrig wird, dauert es lange, bis diese Ladungsträger den Bereich verlassen und die Verarmungsschicht sich zu bilden beginnt. Die dafür benötigte Zeit hängt von drei Faktoren ab:

  Die physikalischen Eigenschaften des Geräts.

  Der Anfangswert von Ic

  Der Anfangswert der an der Basis angelegten Sperrvorspannung.

  Noch einmal, wir können nicht viel gegen den ersten Faktor tun, aber wir können etwas gegen die beiden anderen tun. Wenn wir uns knapp unterhalb der Sättigung halten können, wird die Anzahl der Ladungsträger im Basisbereich reduziert, und das ist auch so. Wir können auch reduzieren, indem wir eine hohe anfängliche Sperrvorspannung an den Transistor anlegen.

  Abfallzeit. Wie die Anstiegszeit ist die Abfallzeit () eine Funktion der physikalischen Eigenschaften des Transistors, und wir können nichts tun, um seinen Wert zu verringern.

  Wenn wir all diese Aussagen zusammenfassen, sehen wir, dass die Verzögerung und die Speicherzeit reduziert werden können durch:

  Anwenden eines hohen Anfangswerts von (um die Verzögerungszeit zu verringern), der sich auf einen Wert einstellt, der niedriger ist als der, der zur Sättigung des Transistors erforderlich ist (um die Speicherzeit zu verringern). Anlegen einer hohen anfänglichen Sperrvorspannung (um die Speicherzeit zu verringern), die sich auf den minimalen Wert einstellt, der erforderlich ist, um den Transistor im Sperrzustand zu halten (um die Verzögerungszeit zu verringern). Es ist möglich, alle diese Bedingungen einfach durch Hinzufügen eines einzelnen Kondensators zu einem Basis-BJT-Schalter zu erfüllen. Dieser Kondensator, der als Beschleunigungskondensator bezeichnet wird, ist über den Basiswiderstand geschaltet (siehe Abbildung 19-7). Die Wellenformen in der Abbildung sind das Ergebnis des Hinzufügens des Kondensators zur Schaltung.

  Wenn er anfänglich hoch geht, wirkt der Kondensator wie ein Kurzschluss. Infolgedessen wird das Eingangssignal für einen kurzen Moment direkt an die Basis gekoppelt. Dies führt dazu, dass eine hohe anfängliche Spannungsspitze an die Basis angelegt wird, wodurch ein hoher anfänglicher Wert von erzeugt wird. Wenn sich der Kondensator auflädt, nimmt er bis zu dem Punkt ab, an dem er knapp unter dem Sättigungspunkt gehalten wird.

  Wenn der Eingang zum ersten Mal negativ wird, treibt die Ladung des Beschleunigungskondensators die Basis kurzzeitig auf –5 V. Dadurch wird der Transistor schnell abgeschaltet. Sobald sich der Kondensator entlädt, kehrt die Basisspannung auf 0 V zurück. Dadurch wird sichergestellt, dass der Basis-Emitter-Übergang nicht stark in Sperrrichtung vorgespannt wird. Auf diese Weise werden alle gewünschten Kriterien zur Reduzierung der Schaltzeit erfüllt.

• (3) Sehen Sie, wie das geht . Wenn es nicht gut genug ist, können wir sehen, ob wir als nächstes ein regeneratives Laufwerk hinzufügen können.

LSTTL & noch schnellere Freunde:

Warnung !!!!!!!!!!!!
Wenn Sie hier reinschauen , woher das folgende Diagramm stammt, werden
Sie und Ihr Lötkolben und / oder Steckbrett wahrscheinlich die ganze Nacht wach bleiben :-).
Viele gute Ideen.
Kannst du einen Miller-Killer machen? :-).

Beachten Sie, dass Schottky mit niedriger Leistung Schottky-Dioden verwendet, während die frühere Schottky-TTL Schottky-Transistoren verwendete - ein offensichtlicher Rückschritt.

Ich nehme an, Ihr Problem ist, dass Ihr BJT beim Einschalten gesättigt ist. Dies bedeutet, dass der Strom, der durch den Kollektor fließt, NICHT durch den Steuerstrom begrenzt wird, der durch die Basis fließt, sondern durch den Strombegrenzungswiderstand im Kollektorpfad.

Dh bei gleichem Basisstrom könnte der Transistor mehr Strom durch den Kollektor lassen.

In diesem Fall ist die Ausschaltzeit des Transistors relativ lang (wenn ich mich recht erinnere, liegt der Grund darin, dass die Ladungen im Basisbereich hauptsächlich durch Diffusion abgeleitet werden, was ein ziemlich langsamer physikalischer Prozess ist).

Sie können diese Situation einfach durch folgende Schaltung ändern:

Jetzt erhöht der durch den Emitter fließende Strom (der nur geringfügig größer ist als der durch den Kollektor fließende) den Emitter auf einen Pegel, der den Basisstrom gerade so klein macht, dass er der begrenzende Faktor für den durch den Kollektor fließenden Strom ist . Der Transistor wird also nicht mehr gesättigt und schaltet sich schneller aus.

Es gibt auch einen weiteren Vorteil dieser Schaltung:
Diese Schaltung ist stabiler, wenn sich der Transistor erwärmt und leitfähiger wird (Halbleiter werden leitfähiger, wenn sie erwärmt werden). Der Strom ändert sich nicht viel (in Ihrer ersten Schaltung wird es).

Beachten Sie, dass der Strom nun nicht mehr von der Versorgungsspannung, sondern von der Steuerspannung (Vin) abhängt.

EDIT1:

Sei
Rb Widerstand an der Basis (kann ein kleiner Wert sein; auch 0 Ohm)
Re Widerstand am Emitter
Vbe Basis-Emitter-Spannung (ca. 0,7 V für Si-Transistoren)
b Stromverstärkung (ca. 50..100)
Ie = b * Ib Emitterstrom; fast gleich Ic = Ie - Ib

Vin = Rb * Ib + Vbe + Ie * Re

Löse für Dh:

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

Rb / b wird sehr klein sein; kann vernachlässigt werden, also
Ie = (Vin - Vbe) / Re

EDIT2:

Ich habe einige reale Messungen beider Schaltungsvarianten durchgeführt:

Die linke Version ist die mit dem gesättigten Transistor (A).
Die richtige Version ist die mit nicht gesättigtem Transistor (B).
In beiden Varianten ist der Schaltstrom ungefähr gleich.

Aber schauen Sie jetzt, wie lange es dauert, den Strom in (A) auszuschalten:
Ca. 1,5µs zwischen der Flanke von CH1 (Basisspannung; blau) und CH2 (Emitterstrom; grün):

... und in (B):
Fast keine Verzögerung zwischen der Flanke von CH1 (Basisspannung; blau) und CH2 (Emitterstrom; grün):

Das Problem hierbei ist die asymetrische Natur des Schaltens eines BJT.

Wenn die Schaltschwelle weniger als die Hälfte zwischen der minimalen und der maximalen Basisspannung liegt, benötigt der Transistor weniger Zeit zum Einschalten als zum Ausschalten. Wenn es mehr als die Hälfte des Weges ist, schaltet es sich schneller aus als aus.

Schauen Sie sich zum Beispiel diesen vereinfachten Graphen an, den ich aufgeschrieben habe:

Wie Sie sehen, schaltet der Transistor ein, wenn die Basisspannung über die Schaltschwelle ansteigt. Sie bleibt eingeschaltet, bis die Basis die Schaltschwelle wieder unterschreitet. Da dieser Wert unter dem halben Wert liegt, dauert es länger, bis diese Basisspannung die Schaltschwelle erreicht als beim Einschalten.

Durch Hinzufügen eines Widerstands zwischen der Basis und der Erde wird ein Spannungsteiler erstellt. Dies verringert den Bereich der Basisspannung, um die Basisspannungen näher an die Symmetrie um die Schaltschwelle zu bringen.

Wenn Sie als Verstärker arbeiten, müssen Sie die Basisspannungen in die Schaltzone einpassen, damit der Transistor nie vollständig ein- oder ausgeschaltet wird, sondern um diese enge Schaltzone herum manipuliert wird.

_{Haftungsausschluss: Ja, ich weiß, dass dies zu simpel ist, aber es vermittelt das Grundprinzip, ohne das OP mit Mathematik und Formeln zu belasten.}

Ich habe eine ähnliche Schaltung, ein hoher Widerstand zwischen dem Sender und dem Detektor bewirkt, dass er abfließt und die Schaltung unterbricht. Ihre Widerstandsgröße ist ziemlich kritisch

Der Transistor schaltet nicht so schnell aus, da der Basis-Emitter-Übergang gesättigt ist.

Ich habe das schon einmal gesehen und platziere einfach einen nmos-Fet anstelle des Transistors. Source to GND Gate zum Steuern des Signals (100 Ohm wären mehr als ausreichend in Serie) Drain to LED.

Dies sollte es Ihnen ermöglichen, das Gerät innerhalb von 10 Nanosekunden ein- und auszuschalten