Warum schaltet sich ein C4467-Transistor langsam aus, wenn der Kollektor-Emitter-Strom niedrig ist?

Ich habe die folgende Schaltung gebaut

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Die Uhr hat eine Amplitude von ca. 5 VDC. Es wird von einem 555 bereitgestellt. Ich habe zwei verschiedene Werte von R2 für meine Tests verwendet. Der erste Test war R2 = 6 Ohm. Der zweite Test war R2 = 10000 Ohm.

Ich habe mein Oszilloskop verwendet, um das Taktsignal und die Basisspannung aufzuzeichnen. Das blaue Diagramm ist die Basisspannung, das gelbe Diagramm ist die Taktspannung. Dies ist das Ergebnis des ersten Tests.

Dies ist das Ergebnis des zweiten Tests

Wie Sie sehen, kehrt die Basisspannung im ersten Test fast sofort auf 0 zurück.

Im zweiten Test dauert es ungefähr 30 Mikrosekunden, bis die Basisspannung auf Null zurückkehrt. Während dieser Zeit leitet der Transistor weiter. Warum passiert das nur, wenn der Kollektor-Emitter-Strom niedrig ist?

Test der unten angegebenen Lösung

Ich habe eine SR306-Diode gefunden. Datenblatt hier:

http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/diodes/ds23025.pdf

Diese Diode ist eine schlechte Wahl für diese Anwendung, aber immer noch anwendbar.

Ich habe R2 = 10000 Ohm für diesen Test eingestellt. R1 ist immer noch 100 Ohm. Hier ist wieder die Wellenform mit der vorhandenen Schaltung.

Das Schalten des Transistors bleibt immer noch hinter der Uhr zurück.

Hier ist die Wellenform mit der Diode von der Basis zum Kollektor verbunden

Der Transistor folgt nun genau der Wellenform. Hier ist eine nähere Ansicht des Schaltübergangs

Es dauert immer noch ungefähr 2000 Nanosekunden, bis sich der Transistor ausschaltet, aber dies stimmt mit dem Datenblatt überein.

Interessanterweise gibt es einige Schwingungen an der Basis, die jedoch nicht signifikant sind. Es hat eine Amplitude von nur 100 Millivolt.

Sie überlasten den Transistor. Sättigung bedeutet in diesem Zusammenhang$V_{BE}>V_{CE}$. Wenn Sie sich Ihren NPN-Transistor als zwei Dioden hintereinander vorstellen, wie das folgende Bild zeigt, können Sie dies sehen, wenn Sie Ihre Basis stark genug ansteuern.$V_{CE}$fällt auf eine sehr niedrige Spannung ab (zB 0,1 V). Da wir unsere Basis sehr hart fahren,$V_{BE}$könnte etwa 0,75 V sein. Das gibt uns eine$V_{BC}$ von 0,65 V, und diese Diode beginnt zu leiten.

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Das Problem bei dieser Dioden-Sättigung besteht darin, dass sie unter einer Rückgewinnung leidet. Es hört nicht auf zu leiten, bis alle Ladungen aus der Diode gezogen sind, die die Basisspannung durch den Kollektor speist.

Die von Ihnen angegebenen Wellenformen liefern gute Beweise dafür, dass dies der Fall ist. Beachten Sie, dass Ihr Basisstrom etwa 50 mA beträgt (Verwenden Sie diesen anstelle der tatsächlichen 43 mA, da das Datenblatt Kurven für 50 mA enthält). Mit einer Last von ca. 2 A haben Sie eine$V_{CE}$ von ungefähr 0,18 V. Ihr zweiter Test unter Verwendung eines 10 kΩ-Widerstands hätte a $V_{CE}$nahe 0 V. Aus diesem Grund fließt mehr Strom von der Basis zum Emitter durch die Basis-Kollektor-Diode mit der leichteren Last. Beide Fälle sind jedoch übersättigt, da beide unmittelbar nach Beginn des Ausschaltens eine kleine Kerbe in der Spannungswellenform aufweisen.

Ein weiterer Faktor ist, dass Sie mit dem 6Ω-Widerstand den Rückwärtswiederherstellungsmodus der Basis-Emitter-Diode schneller verlassen können, da Sie die zusätzlichen Träger schneller entfernen können. Dies ist wahrscheinlich der Hauptgrund für die Unterschiede in der Ausschaltzeit.

Letztendlich wird es schwierig sein, dies von der Seite des Basisantriebs aus anzugehen, da Sie diesen Basiswiderstand benötigen. Eine mögliche Problemumgehung besteht darin, eine Diode parallel zum Basiswiderstand zu schalten, um beim Ausschalten eine bessere Ansteuerung zu erzielen. Dies war ein häufiges Problem in der alten TTL-Logik, und Schottky-Dioden wurden in der Schaltung platziert, um eine Sättigung zu verhindern (und die Logik zu beschleunigen). Dies zeigte sich in sogenannten Schottky-Transistoren , die eine Baker-Klemme implementierten . Es ist wichtig, Schottky-Dioden für diesen Zweck zu verwenden, da sie eine viel niedrigere Durchlassspannung als die internen Diodenstrukturen haben (0,25 V für Schottky im Vergleich zu 0,6 V für eine Standard-Siliziumdiode). Andernfalls haben Sie zwei gesättigte Dioden, die gegen Ihr Basissignal kämpfen.

^{simulieren Sie diese Schaltung}

Ihre R2-Auswahl ist nicht optimal. Normalerweise würde ich einen Widerstand von 1k bis 4,7k verwenden. Die Kapazität im Transistor erklärt wahrscheinlich die Verzögerung bei Verwendung des 10k-Widerstands. Ich nahm an, dass er nach einem anderen Wert zwischen 6 Ohm und 10k suchte. Wenn Sie den zweiten Teil der Frage lesen, verwendet er einen 10-kOhm-Kollektorwiderstand, der viel zu hoch ist. "Httm" Kapitel 5: Bipolartransistoren Wenn gesättigt, bleibt der Kollektorstrom bestehen, solange noch eine signifikante Ladung im Basisbereich gespeichert ist. Erst nachdem diese überschüssige Ladung entfernt wurde, wird der Basis-Emitter-Übergangskondensator entladen und der BJT ausgeschaltet. Das Entfernen der überschüssigen Ladung kann eine erhebliche Verzögerungszeit in Anspruch nehmen. Auch hier können wir die zeitliche Entwicklung der überschüssigen Ladung berechnen und den Kollektorstrom daraus berechnen. Um zuerst die Verzögerungszeit zu bestellen