¿Por qué mi base NPN tarda en apagarse?

El siguiente circuito es tan simple como parece, pero no se comporta como esperaba. V3 es una onda cuadrada de 3.3Vpp que entra en la base del transistor, por lo que esperaría ver que V_Out sea alto cuando V3 sea bajo y viceversa. Básicamente un circuito de inversión.

Más importante aún, esperaría que este circuito sea lo suficientemente rápido como para mantenerse al día con la onda cuadrada de 400 kHz. Un 2222 podría tener 25 pf de capacitancia en su entrada, lo que da una constante de tiempo de 25 ns con R2.

esquemático

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Sin embargo, en la simulación veo que V_Base tarda un tiempo en reaccionar en el borde de caída de V_In:

Lamentablemente, esto parece mantener V_Out mucho más tiempo de lo que quisiera. Vea V_In graficado contra V_out (tenga en cuenta la inversión):

Puedo mejorar el "estiramiento" bajando R2 o R3 y acelerando el circuito, pero desde una vista de primer orden no veo por qué debería tener que hacerlo. Tampoco entiendo por qué solo un borde es lento. La capacidad del emisor base de Q1 no podría explicar esto, ¿verdad? ¿Hay un efecto de segundo orden que me falta?

PD: Sé que es extraño tener un circuito emisor común donde el transistor base sea más pequeño que el transistor emisor. Llamemos a esto un ejercicio académico.

switches bjt

— jalalipop
fuente

¿Cuál es el nivel superior del voltaje de entrada? Supongo que el transistor se conduce a la saturación, lo que puede tomar un tiempo considerable para recuperarse. ¿Has intentado usar circuitos anti saturación, como por ejemplo, una pinza de panadería?

— Bart

Su pico a pico de 3.3V se parece más a 6.6V pico a pico para mí.

— Finbarr

@Finbarr Tienes razón, en mi apuro arruiné la transferencia esquemática. Fijo, gracias.

— jalalipop

@Bart Wow, sí, eso es, ¡no puedo creer que ya me haya olvidado de la saturación! Publique una respuesta y con mucho gusto acepto.

— jalalipop

electronics.stackexchange.com/questions/55073/…

— Brian Drummond el

Respuestas:

El voltaje de entrada pico de 3.3 V conduce al transistor a la saturación, lo que puede tomar un tiempo considerable para recuperarse. Intente utilizar un circuito antisaturación, como una pinza de panadería, o reduzca el voltaje de entrada.

— Bart
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Bien, tal vez pueda educar a OP (y a cualquier otra persona) un poco más sobre la transición de la saturación al corte y por qué lleva tanto tiempo. Y cómo una abrazadera Baker ayuda a restringir la profundidad de saturación del dispositivo. Eso haría que esta sea una buena respuesta.

— efox29

O aumentar la resistencia base?

— RoyC

@RoyC Pensé en eso, pero finalmente decidí que no es un buen diseño. Tendría que encontrar una resistencia que desviara la base con la cantidad correcta de corriente que, multiplicada por hfe, caería lo suficiente a través de R3 para balancear la salida "bajo" pero no tanto como para saturar el BJT. Diseñar para una vida específica no es una buena práctica.

— jalalipop

De acuerdo, pero aún así diseñaría para el mínimo especificado hfe.

— RoyC

@RoyC - Claro, pero si diseña para la saturación límite a un mínimo de hfe, cualquier transistor con un valor mayor que el mínimo (y la mayoría es mucho mejor) entrará en saturación, lo que frustra el punto. Cuanto mejor sea el transistor wrt mimimum hfe, peor será el resultado. Y sí, hay grados de saturación, pero el punto permanece.

— WhatRoughBeast

Tuve un problema similar, causado por conducir el transistor a la saturación como lo menciona Bart.

Como ya tenía los PCB, habría sido difícil agregar un circuito antisaturación. En cambio, reemplacé la resistencia base, originalmente 1 kohm, con una resistencia de 10 kohm con un condensador de 1 nF en paralelo. El condensador proporciona un pico de corriente para cambiar rápidamente el voltaje base.

— jpa
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Estoy en el mismo barco aquí. Terminé evitando este circuito por completo, ya que era innecesario en el tablero, pero hacer lo que dijiste (w / 200kΩ y 25pf en mi caso) en realidad ofrece un rendimiento bastante sólido, aunque con un exceso desgarbado. Sigue siendo genial!

— jalalipop

Para agregar un poco más, para sacar las cargas de la base, cuando la señal de activación cambia bruscamente de estado, el capacitor momentáneamente hace que aparezca un pulso negativo en la base del transistor. Esto atrae todas las cargas fuera de la base, lo que hace que el transistor entre en corte más rápido en lugar de permitir que las cargas encuentren su propia salida.

— efox29