¿Cómo hago que el tiempo de apagado y encendido sea igual en un transistor NPN?

Tengo un interruptor NPN simple, vea el diagrama.

Alimento una onda cuadrada de 100 KHz (TTL) a la base de este transistor y se enciende muy rápido (unos pocos nSec) pero no se apaga tan rápido, casi tarda 2uSec en apagarse. (Estoy mirando al coleccionista de este circuito). El diodo es un láser, el transistor se ejecuta fuera del molino NPN ( hoja de datos ). También probé con otra NPN de ONSemi que es la misma historia más rápida (al menos lo que creo).

¿Por qué el transistor no se apaga tan rápido?

¿Cómo puedo hacer que se apague en unos pocos segundos?

¿Es mejor usar un MOSFET que NPN en este caso?

** ACTUALIZACIÓN **

He agregado 1K en lugar de esa almohadilla de condensador NA y uso un BJT más rápido, las cosas mejoraron un poco. (En realidad, descubrí que el BJT tiene una velocidad similar pero menor capacitancia de salida del colector, 2pF vs. 6pF). De todos modos, ahora veo apagar aproximadamente 120nSec. Agregaré un límite de aceleración e informaré los resultados desde aquí.

Un BJT más rápido probablemente ayudará una vez que se resuelvan los fundamentos.

Hay dos (probablemente) nuevos amigos milagrosos que debes conocer.

• Abrazadera Schottky anti saturación

• Condensador de aceleración.

• (1) Conecte un pequeño diodo Schottky de la base al colector
  (Ánodo a la base, Cátodo al colector), de modo que el diodo tenga polarización inversa cuando el transistor esté apagado.

  Cuando se enciende el transistor, el colector no puede caer más que una caída de "unión" de Schottky debajo de la base. El transistor no puede entrar en saturación y la carga acumulada es mucho más pequeña, por lo que es más rápido deshacerse de ella al apagarla. Ejemplo de esto desde aquí

Mire los diagramas de bloques internos para Schottky TTL. Tenga en cuenta cómo se compara esto. Esto es principalmente lo que permite que Shottky TTL sea más rápido que el TTL estándar.

• (2) Conecte un pequeño condensador en paralelo con la resistencia.
  Esto se conoce como un "condensador de aceleración".
  Suena bien :-). Mejor para encendido que apagado, pero tiene un papel en ambos sentidos.
  Ayuda a "barrer la carga" fuera de la capacitancia de la unión del emisor base en el apagado y obtener carga allí al encender. Como por ejemplo a continuación desde aquí . Vale la pena mirar esta página.

Anotan (más material que vale la pena en la página)

• Reducción del tiempo de almacenamiento . El mayor retraso general es el tiempo de almacenamiento.
  Cuando un BJT está saturado, la región base se inunda con portadores de carga. Cuando la entrada baja, a estos portadores de carga les lleva mucho tiempo abandonar la región y permitir que la capa de agotamiento comience a formarse. La cantidad de tiempo que lleva esto depende de tres factores:

  Las características físicas del dispositivo.

  El valor inicial de Ic

  El valor inicial del voltaje de polarización inversa aplicado en la base.

  Una vez más, no podemos hacer mucho sobre el primer factor, pero podemos hacer algo sobre los otros dos. Si podemos mantenernos justo por debajo de la saturación, entonces el número de portadores de carga en la región base se reduce y también lo es. También podemos reducir aplicando una alta polarización inversa inicial al transistor.

  Otoño. Al igual que el tiempo de subida, el tiempo de caída () es una función de las características físicas del transistor, y no hay nada que podamos hacer para reducir su valor.

  Al reunir todas estas declaraciones, vemos que el retraso y el tiempo de almacenamiento se pueden reducir mediante:

  Aplicando un alto valor inicial de (para disminuir el tiempo de retraso) que se establece en un valor menor que el requerido para saturar el transistor (para reducir el tiempo de almacenamiento). Aplicando un alto sesgo inverso inicial (para reducir el tiempo de almacenamiento) que se establece en el valor mínimo requerido para mantener el transistor en corte (para reducir el tiempo de retraso). Es posible cumplir con todas estas condiciones simplemente agregando un solo condensador a un interruptor BJT básico. Este condensador, llamado condensador de aceleración, está conectado a través de la resistencia base como se muestra en la Figura 19-7. Las formas de onda en la figura son el resultado de agregar el condensador al circuito.

  Cuando inicialmente sube, el capacitor actúa como un corto circuito alrededor. Como resultado, la señal de entrada se acopla directamente a la base durante un breve instante. Esto da como resultado un pico de alto voltaje inicial que se aplica a la base, generando un alto valor inicial de. A medida que el condensador se carga, disminuye hasta el punto donde se mantiene justo debajo del punto de saturación.

  Cuando la entrada se vuelve negativa por primera vez, la carga en el condensador de aceleración conduce brevemente la base a –5 V. Esto lleva el transistor rápidamente al punto de corte. Tan pronto como se descarga el capacitor, el voltaje base vuelve a 0 V. Esto asegura que la unión base-emisor no esté fuertemente polarizada inversamente. De esta manera, se cumplen todos los criterios deseados para reducir el tiempo de conmutación.

• (3) Vea cómo va eso . Si no es lo suficientemente bueno, podemos ver si podemos agregar algo de unidad regenerativa a continuación.

LSTTL e incluso amigos más rápidos:

Advertencia !!!!!!!!!!!!
Si observa aquí de dónde proviene el siguiente diagrama,
es probable que usted y su soldador y / o placa permanezcan despiertos toda la noche :-).
Muchas buenas ideas
¿Puedes hacer un asesino de Miller? :-).

Tenga en cuenta que Schottky de baja potencia usa diodos Schottky, mientras que el TTL anterior de Schottky usaba transistores Schottky, un aparente retroceso.

Supongo que su problema es que su BJT está saturado cuando está encendido. Esto significa que la corriente que atraviesa el colector NO está limitada por la corriente de control que atraviesa la base, sino por la resistencia limitadora de corriente en la ruta del colector.

Es decir, con la misma corriente base, el transistor podría admitir más corriente pasando por el colector.

Si este es el caso, el tiempo de apagado del transistor será relativamente largo (si recuerdo bien, la razón es porque las cargas en la región base se eliminarán principalmente por difusión, que es un proceso físico bastante lento).

Puede cambiar esta situación fácilmente siguiendo el circuito:

Ahora, la corriente que pasa por el emisor (que es solo un poco más que la que pasa por el colector) elevará el emisor a un nivel que haga que la corriente base sea lo suficientemente pequeña como para que sea el factor limitante de la corriente que pasa por el colector . Por lo tanto, el transistor ya no estará saturado y se apagará más rápido.

También hay otra ventaja de este circuito:
este circuito será más estable cuando el transitor se calienta y se vuelve más conductor (los semiconductores se vuelven MÁS conductores cuando se calientan). La corriente no cambiará mucho (en su primer circuito lo hará).

Tenga en cuenta que la corriente ahora no depende de la tensión de alimentación, sino de la tensión de control (Vin).

EDITAR1:

Sea
Rb resistor en la base (puede ser un valor pequeño; incluso 0 Ohms)
Re resistor en el emisor
Vbe voltaje base-emisor (aprox. 0.7 V para transistores Si)
b amplificación de corriente (aprox. 50..100)
Ie = b * Ib emisor de corriente; casi igual a Ic = Ie - Ib

Vin = Rb * Ib + Vbe + Ie * Re

Resolver para Ie:

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

Rb / b será muy pequeño; puede ser negelegted, entonces
Ie = (Vin - Vbe) / Re

EDIT2:

Hice algunas mediciones del mundo real de ambas variantes de circuito:

La versión izquierda es la que tiene el transistor saturado (A).
La versión correcta es la que tiene un transistor no saturado (B).
En ambas variantes, la corriente conmutada es casi la misma.

Pero ahora mire cuánto tiempo lleva apagar la corriente en (A):
ca. 1.5 µs entre el borde de CH1 (voltaje base; azul) y CH2 (corriente del emisor; verde):

... y en (B):
casi sin retraso entre el borde de CH1 (voltaje base; azul) y CH2 (corriente del emisor; verde):

El problema aquí es la naturaleza asimétrica de la conmutación de un BJT.

Si el umbral de conmutación es inferior a la mitad entre el voltaje base mínimo y máximo, entonces el transistor tardará menos tiempo en encenderse que en apagarse. Si es más de la mitad, se apagará más rápido de lo que se apaga.

Por ejemplo, eche un vistazo a este gráfico simplificado que he garabateado:

Como puede ver, a medida que el voltaje base se eleva por encima del umbral del interruptor, el transistor se enciende. Permanece encendido hasta que la base vuelva a caer por debajo del umbral del interruptor. Como está por debajo del punto medio, el voltaje base tarda más en alcanzar el umbral del interruptor que cuando se conecta.

Al agregar una resistencia entre la base y la tierra, crea un divisor de voltaje. Esto reduce el rango del voltaje base para acercar los voltajes base a la simetría alrededor del umbral de conmutación.

Cuando funciona como un amplificador, su objetivo es ajustar los voltajes base en la zona de conmutación, de modo que el transistor nunca esté completamente encendido o apagado, sino que se manipule alrededor de esa zona de conmutación apretada.

_{Descargo de responsabilidad: Sí, sé que esto es demasiado simplista, pero transmite el principio básico sin empantanar el OP con matemáticas y fórmulas.}

Tengo un circuito similar, una resistencia alta colocada entre el emisor y el detector hace que se escape y rompa el circuito, el tamaño de su resistencia es bastante crítico

El transistor no se apagará tan rápido debido a que la unión del emisor base está saturada.

He visto esto antes y simplemente coloco un nmos-fet en lugar del transistor. Fuente a GND Gate para controlar la señal (100ohms sería más que suficiente en serie) Drene a LED.

Esto debería permitirle encender y apagar en 10's de nanosegundos