Làm cách nào để tắt và bật thời gian bằng nhau trong bóng bán dẫn NPN?

Tôi có một công tắc NPN đơn giản, xem sơ đồ.

Tôi cung cấp sóng vuông 100KHz (TTL) cho đế của bóng bán dẫn này và nó bật rất nhanh (một vài nSec) nhưng nó không tắt nhanh như vậy, nó gần như mất 2uSec để tắt. (Tôi đang xem bộ sưu tập của mạch này). Các diode là một laser, bóng bán dẫn được chạy ra khỏi máy nghiền NPN (biểu dữ liệu ). Tôi cũng đã thử với một NPN khác từ ONSemi, câu chuyện nhanh hơn (ít nhất là những gì tôi nghĩ) cùng một câu chuyện.

Tại sao bóng bán dẫn không tắt nhanh như vậy?

Làm thế nào tôi có thể làm cho nó tắt trong một vài nSec?

Có tốt hơn khi sử dụng MOSFET hơn NPN trong trường hợp này không?

** CẬP NHẬT **

Tôi đã thêm 1K thay vì miếng tụ điện NA đó và sử dụng một BJT nhanh hơn, mọi thứ được cải thiện một chút. (Trên thực tế, tôi thấy rằng BJT có tốc độ tương tự nhưng điện dung đầu ra của bộ thu thấp hơn, 2pF so với 6pF). Dù sao, bây giờ tôi thấy tắt khoảng 120nSec. Tôi sẽ thêm một nắp tăng tốc và báo cáo kết quả từ đây.

Một BJT nhanh hơn có thể sẽ giúp một khi bạn có được các nguyên tắc cơ bản được sắp xếp.

Có hai (có lẽ) người bạn làm việc thần kỳ mới mà bạn nên gặp.

• Kẹp Schottky chống bão hòa

• Tăng tốc tụ điện.

• (1) Kết nối một diode Schottky nhỏ từ cơ sở đến bộ thu
  (Anode đến cơ sở, Cathode với bộ thu), để diode bị phân cực ngược khi tắt bóng bán dẫn.

  Khi bóng bán dẫn được bật, bộ thu không thể rơi nhiều hơn một "điểm nối" Schottky bên dưới đế. Các bóng bán dẫn này không thể đi vào bão hòa và tích lũy điện tích nhỏ hơn rất nhiều vì vậy nhanh hơn để thoát khỏi tắt. Ví dụ về điều này từ đây

Nhìn vào sơ đồ khối bên trong cho Schottky TTL. Lưu ý làm thế nào so sánh này. Đây chủ yếu là những gì cho phép Shottky TTL nhanh hơn so với TTL tiêu chuẩn.

• (2) Nối một tụ điện nhỏ song song với điện trở.
  Điều này được gọi là "tụ điện tăng tốc".
  Âm thanh tốt :-). Tốt hơn cho tắt nhưng có một vai trò cả hai cách.
  Nó giúp "quét điện tích" ra khỏi điện dung đường giao nhau của bộ phát cơ sở khi tắt và bật điện tích ở đó. Theo ví dụ dưới đây từ đây . Trang này RẤT đáng xem.

Họ lưu ý (tài liệu đáng giá hơn trên trang)

• Giảm thời gian lưu trữ . Sự chậm trễ lớn nhất là thời gian lưu trữ.
  Khi một BJT ở trạng thái bão hòa, vùng cơ sở tràn ngập các hạt mang điện. Khi đầu vào xuống thấp, phải mất một thời gian dài để các hạt mang điện này rời khỏi vùng và cho phép lớp cạn kiệt bắt đầu hình thành. Lượng thời gian này là một chức năng của ba yếu tố:

  Các đặc tính vật lý của thiết bị.

  Giá trị ban đầu của Ic

  Giá trị ban đầu của điện áp phân cực ngược áp dụng tại cơ sở.

  Một lần nữa, chúng ta không thể làm gì nhiều về yếu tố đầu tiên, nhưng chúng ta có thể làm gì đó với hai yếu tố kia. Nếu chúng ta có thể giữ ngay dưới mức bão hòa, thì số lượng hạt mang điện trong vùng cơ sở sẽ giảm và như vậy. Chúng ta cũng có thể giảm bằng cách áp dụng độ lệch ngược ban đầu cao cho bóng bán dẫn.

  Giảm thời gian. Giống như thời gian tăng, thời gian rơi () là một hàm của các đặc tính vật lý của bóng bán dẫn và chúng ta không thể làm gì để giảm giá trị của nó.

  Đặt tất cả các tuyên bố này lại với nhau, chúng tôi thấy rằng độ trễ và thời gian lưu trữ có thể được giảm bằng cách:

  Áp dụng giá trị ban đầu cao (để giảm thời gian trễ) lắng xuống một số giá trị thấp hơn giá trị cần thiết để bão hòa bóng bán dẫn (để giảm thời gian lưu trữ). Áp dụng độ lệch đảo ngược ban đầu cao (để giảm thời gian lưu trữ) lắng xuống giá trị tối thiểu cần thiết để giữ bóng bán dẫn ở mức cắt (để giảm thời gian trễ). Có thể đáp ứng tất cả các điều kiện này chỉ bằng cách thêm một tụ điện duy nhất vào một công tắc BJT cơ bản. Tụ điện này, được gọi là tụ điện tăng tốc, được kết nối qua điện trở cơ sở như trong Hình 19-7. Các dạng sóng trong hình là kết quả của việc thêm tụ điện vào mạch.

  Khi ban đầu lên cao, tụ điện hoạt động như một mạch ngắn xung quanh. Kết quả là, tín hiệu đầu vào được ghép trực tiếp vào cơ sở trong một thời gian ngắn. Điều này dẫn đến việc tăng đột biến điện áp ban đầu cao được áp dụng cho cơ sở, tạo ra giá trị ban đầu cao. Khi tụ tích điện, giảm đến điểm được giữ ngay dưới điểm bão hòa.

  Khi đầu vào đầu tiên trở nên âm, điện tích trên tụ tăng tốc nhanh chóng đẩy cơ sở đến mức5 V. Điều này khiến bóng bán dẫn nhanh chóng bị cắt. Ngay khi tụ phóng điện, điện áp cơ sở trở về 0 V. Điều này đảm bảo rằng đường giao nhau của cực phát không bị phân cực ngược. Theo cách này, tất cả các tiêu chí mong muốn để giảm thời gian chuyển đổi đều được đáp ứng.

• (3) Xem làm thế nào đi . Nếu không đủ tốt, chúng ta có thể xem liệu chúng ta có thể thêm một số ổ đĩa tái tạo tiếp theo không.

LSTTL và thậm chí là bạn bè nhanh hơn:

Cảnh báo !!!!!!!!!!!!
Nhìn vào đây , sơ đồ dưới đây xuất phát từ đâu,
có thể dẫn đến kết quả là bạn và bàn hàn và / hoặc bánh mì của bạn thức suốt đêm :-).
Nhiều ý tưởng hay.
Bạn có thể làm một kẻ giết người Miller? :-).

Lưu ý rằng Schottky công suất thấp sử dụng điốt Schottky trong khi Schottky TTL trước đó sử dụng bóng bán dẫn Schottky - một bước lùi rõ ràng .

Tôi cho rằng vấn đề của bạn là, BJT của bạn đã bão hòa khi bật. Điều này có nghĩa là dòng điện đi qua bộ thu KHÔNG bị giới hạn bởi dòng điều khiển đi qua cơ sở mà bởi điện trở giới hạn dòng trong đường dẫn của bộ thu.

Tức là với cùng một dòng cơ sở, bóng bán dẫn có thể thừa nhận nhiều dòng điện đi qua bộ thu.

Nếu đây là trường hợp, thời gian tắt của bóng bán dẫn sẽ tương đối dài (nếu tôi nhớ đúng, lý do là vì sau đó các điện tích trong vùng cơ sở sẽ bị quét ra chủ yếu bởi sự khuếch tán là một quá trình vật lý khá chậm).

Bạn có thể thay đổi tình huống này một cách dễ dàng bằng cách theo mạch sau:

Bây giờ dòng điện đi qua bộ phát (chỉ nhiều hơn một chút so với bộ phát đi qua bộ thu) sẽ nâng bộ phát lên đến mức làm cho dòng cơ sở chỉ đủ nhỏ để nó là yếu tố giới hạn của dòng đi qua bộ thu . Vì vậy, các bóng bán dẫn sẽ không được bão hòa nữa và sẽ tắt nhanh hơn.

Ngoài ra còn có một ưu điểm khác của mạch này:
Mạch này sẽ ổn định hơn khi transitor nóng lên và trở nên dẫn điện hơn (chất bán dẫn trở nên dẫn điện HƠN khi được nung nóng). Hiện tại sẽ không thay đổi nhiều (trong mạch đầu tiên của bạn sẽ).

Xin lưu ý rằng hiện tại không phụ thuộc vào điện áp cung cấp, mà phụ thuộc vào mức độ điều khiển (Vin).

EDIT1:

Đặt
điện trở Rb ở gốc (có thể là một giá trị nhỏ; thậm chí 0 Ohms)
Điện trở Re ở bộ phát
Vbe cơ sở-emitter-điện áp (khoảng 0,7 V đối với bóng bán dẫn Si)
b khuếch đại dòng điện (khoảng 50..100)
Ie = b * Dòng phát Ib; gần như bằng với Ic = Ie - Ib

Vin = Rb * Ib + Vbe + Tức là * Re

Giải quyết cho Ie:

Tức là (Vin - Vbe) / (Rb / b + Re)

Rb / b sẽ rất nhỏ; có thể bị phủ định, vì vậy
Ie = (Vin - Vbe) / Re

EDIT2:

Tôi đã thực hiện một số phép đo trong thế giới thực của cả hai biến thể mạch:

Phiên bản bên trái là phiên bản có bóng bán dẫn bão hòa (A).
Phiên bản bên phải là phiên bản có bóng bán dẫn không bão hòa (B).
Trong cả hai biến thể, dòng chuyển đổi là như nhau.

Nhưng bây giờ hãy xem mất bao lâu để tắt dòng điện trong (A):
ca. 1,5 cảm ứng giữa cạnh CH1 (điện áp cơ sở; màu xanh lam) và CH2 (dòng phát; màu xanh lá cây):

... và trong (B):
hầu như không có độ trễ giữa cạnh của CH1 (điện áp cơ sở; màu xanh lam) và CH2 (dòng phát; màu xanh lá cây):

Vấn đề ở đây là bản chất không đối xứng của việc chuyển đổi của BJT.

Nếu ngưỡng chuyển đổi nhỏ hơn một nửa giữa điện áp cơ bản tối thiểu và tối đa thì bóng bán dẫn sẽ mất ít thời gian để bật hơn là tắt. Nếu quá nửa đường, nó sẽ tắt nhanh hơn tắt.

Ví dụ, hãy xem biểu đồ này trên biểu đồ đơn giản mà tôi đã viết nguệch ngoạc:

Như bạn có thể thấy, khi điện áp cơ sở tăng lên trên ngưỡng chuyển đổi, bóng bán dẫn sẽ bật. Nó ở lại cho đến khi cơ sở giảm xuống dưới ngưỡng chuyển đổi một lần nữa. Vì đây là dưới điểm giữa chừng, nên mất nhiều thời gian hơn để điện áp cơ sở đó đạt đến ngưỡng chuyển đổi so với khi bật.

Bằng cách thêm một điện trở giữa cơ sở và mặt đất, bạn tạo ra một bộ chia điện áp. Điều này làm giảm phạm vi của điện áp cơ sở để đưa các điện áp cơ sở gần hơn với sự đối xứng xung quanh ngưỡng chuyển đổi.

Khi chạy như một bộ khuếch đại, bạn đặt mục tiêu điều chỉnh các điện áp cơ sở vào vùng chuyển mạch, để bóng bán dẫn không bao giờ được bật hoặc tắt hoàn toàn, mà đang bị thao túng xung quanh vùng chuyển mạch chặt chẽ đó.

_{Tuyên bố miễn trừ trách nhiệm: Vâng, tôi biết điều này quá đơn giản, nhưng nó có nguyên tắc cơ bản xuyên suốt mà không làm cho OP thất vọng với toán học và formulæ.}

Tôi có một mạch tương tự, một điện trở cao được đặt giữa bộ phát và bộ dò khiến nó bị rò rỉ và làm đứt mạch, kích thước điện trở của bạn khá quan trọng

Các bóng bán dẫn sẽ không tắt nhanh do các nút phát cơ sở bị bão hòa.

Tôi đã thấy điều này trước đây và chỉ đơn giản là đặt một nmos-fet thay cho bóng bán dẫn. Nguồn tới Cổng GND để điều khiển tín hiệu (100ohms sẽ lớn hơn đủ lớn theo chuỗi) Drain to LED.

Điều này sẽ cho phép bạn bật và tắt trong 10 giây nano giây