Warum schaltet sich meine NPN-Basis so langsam aus?

Die Schaltung unten ist so einfach wie es nur geht, aber sie verhält sich nicht so, wie ich es erwartet habe. V3 ist eine 3,3-Vpp-Rechteckwelle, die in die Basis des Transistors geht, daher würde ich erwarten, dass V_Out hoch ist, wenn V3 niedrig ist und umgekehrt. Grundsätzlich eine Inversionsschaltung.

Noch wichtiger ist, dass ich erwarten würde, dass diese Schaltung schnell genug ist, um mit der 400-kHz-Rechteckwelle Schritt zu halten. Ein 2222 kann an seinem Eingang eine Kapazität von 25 pf haben, was mit R2 eine Zeitkonstante von 25 ns ergibt.

schematisch

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

In der Simulation dauert es jedoch eine Weile, bis V_Base auf die fallende Flanke von V_In reagiert:

Leider scheint dies V_Out viel länger zu halten, als ich möchte. Siehe V_In grafisch gegen V_out (beachten Sie die Inversion):

Ich kann das "Dehnen" verbessern, indem ich R2 oder R3 absenke und die Strecke beschleunige, aber aus Sicht erster Ordnung sehe ich nicht, warum ich muss. Ich verstehe auch nicht, warum nur eine Kante langsam ist. Die Basis-Emitter-Kapazität von Q1 konnte dies nicht erklären, oder? Gibt es einen Effekt zweiter Ordnung, den ich vermisse?

PS Ich weiß, es ist seltsam, eine Common-Emitter-Schaltung zu haben, bei der der Basistransistor kleiner als der Emittertransistor ist. Nennen wir dies einfach eine akademische Übung.

switches bjt

— Jalalipop
quelle

Was ist der oberste Pegel der Eingangsspannung? Ich würde vermuten, dass der Transistor in die Sättigung getrieben wird, was einige Zeit in Anspruch nehmen kann, um sich zu erholen. Haben Sie versucht, eine Antisättigungsschaltung zu verwenden, wie zum Beispiel eine Bäckerklemme?

— Bart

Ihre 3,3-V-Spitze zu Spitze sieht für mich eher nach 6,6-V-Spitze zu Spitze aus.

— Finbarr

@ Finbarr Du hast recht, in meiner Eile habe ich die schematische Übertragung durcheinander gebracht. Behoben, danke.

— Jalalipop

@Bart Wow ja das war's, ich kann nicht glauben, dass ich die Sättigung schon vergessen habe! Schreibe eine Antwort und ich akzeptiere sie gerne.

— Jalalipop

electronic.stackexchange.com/questions/55073/…

— Brian Drummond

Antworten:

Die maximale Eingangsspannung von 3,3 V treibt den Transistor in die Sättigung, deren Wiederherstellung einige Zeit in Anspruch nehmen kann. Versuchen Sie, eine Antisättigungsschaltung wie eine Bäckerklemme zu verwenden, oder senken Sie die Eingangsspannung.

— Bart
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Gut - vielleicht können Sie OP (und jeden anderen) ein bisschen mehr über den Übergang von Sättigung zu Schnitt und darüber, warum es lange dauert, aufklären. Und wie eine Baker-Klemme dabei hilft, die Sättigung des Geräts einzuschränken. Das wäre eine gute Antwort.

— efox29

Oder den Basiswiderstand erhöhen?

— RoyC

@ RoyC Ich habe darüber nachgedacht, aber letztendlich entschieden, dass es kein gutes Design ist. Sie müssten einen Widerstand finden, der die Basis mit der richtigen Strommenge vorspannt, die multipliziert mit hfe über R3 genug abfällt, um den Ausgang "niedrig" zu schwingen, aber nicht so stark, dass der BJT gesättigt wird. Das Entwerfen für ein bestimmtes hfe ist keine gute Praxis.

— Jalalipop

Einverstanden, aber ich würde immer noch für minimale spezifizierte hfe entwerfen.

— RoyC

@RoyC - Sicher, aber wenn Sie für eine Grenzsättigung bei minimalem hfe entwerfen, wird jeder Transistor mit mehr als dem Minimum (und die meisten sind viel besser) in die Sättigung gehen, was den Punkt besiegt. Je besser der Transistor bei minimaler Leistung ist, desto schlechter ist das Ergebnis. Und ja, es gibt Sättigungsgrade, aber der Punkt bleibt.

— WhatRoughBeast

Ich hatte ein ähnliches Problem, das durch das Versetzen des Transistors in die Sättigung verursacht wurde, wie von Bart erwähnt.

Da ich die Leiterplatten bereits hatte, wäre es schwierig gewesen, eine Antisättigungsschaltung hinzuzufügen. Stattdessen habe ich den Basiswiderstand, ursprünglich 1 kOhm, durch einen 10-kOhm-Widerstand mit 1 nF-Kondensator parallel ersetzt. Der Kondensator liefert eine Stromspitze, um die Basisspannung schnell zu ändern.

— jpa
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Ich bin hier auf demselben Boot. Am Ende habe ich diese Schaltung komplett umgangen, da es auf der Platine unnötig war, aber das zu tun, was Sie gesagt haben (mit 200 kΩ und 25 pf in meinem Fall), liefert tatsächlich eine ziemlich solide Leistung, wenn auch mit einem knorrigen Überschwingen. Trotzdem cool!

— Jalalipop

Um ein bisschen mehr hinzuzufügen, um die Ladungen aus der Basis herauszuholen, bewirkt der Kondensator kurzzeitig, dass ein negativer Impuls auf der Basis des Transistors erscheint, wenn das Treibersignal abrupt den Zustand wechselt. Dies zieht alle Ladungen aus der Basis an, wodurch der Transistor schneller in den Cutoff gerät, anstatt dass die Ladungen ihren eigenen Ausweg finden.

— efox29