ป้องกันความอิ่มตัวของ BJT ในระดับสูง


12

ฉันกำลังสร้างความเร็วสูง (10-20ns บนทรานซิสเตอร์ระดับ BC847) ดิจิตอล "บัฟเฟอร์" / "อินเวอร์เตอร์" จาก BJTs แนบโครงการแล้ว

ในขณะที่ฉันสามารถป้องกันความอิ่มตัวของ BJT ที่อยู่ต่ำได้ด้วยการเพิ่ม Schottky diode มันจะไม่ทำงานให้กับด้านที่สูง คำแนะนำใด ๆ ยกเว้นการลดความต้านทานของตัวต้านทานพื้นฐาน

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่


3
ปัจจัยการผลิต? ขาออก? รางไฟหรือไม่ - ทำความสะอาดแผนผังของคุณแล้วถามอีกครั้ง
Connor Wolf

6
ใช่โปรดทำความสะอาดแผนผัง ใส่อินพุททางซ้ายเอาท์พุททางด้านขวารางไฟที่ด้านบนกราวด์ที่ด้านล่างและกำจัดจุดที่ไม่มีจุดหมายทั้งหมดที่ไม่ได้อยู่ที่ทางแยก
Olin Lathrop

1
ทรานซิสเตอร์เหล่านั้นจะได้รับรสชาติถ้าคุณอนุญาตให้อินพุตลอย
เครื่องหมาย

คำตอบ:


32

Anti-saturation diode นั้นเชื่อมต่อขนานกับ CB-diode ของทรานซิสเตอร์ที่จะต้องป้องกันไม่ให้อิ่มตัว คุณกำลังทำสิ่งนี้อย่างถูกต้องที่ npn (ขั้วบวกที่ฐานและขั้วลบที่ตัวสะสม) และมันควรจะทำแบบเดียวกับที่ pnp เพียงแค่ที่ไดโอดเป็นอีกทางหนึ่งในทรานซิสเตอร์นี้: แคโทดที่ฐานและขั้วบวกที่ สะสม

ฉันไม่แน่ใจจริงๆว่าคุณเลือกตัวต้านทานพื้นฐานของคุณอย่างไร ฉันถือว่าคุณมีแรงดันไฟฟ้า 5 V และสัญญาณไดรฟ์ฐานสี่เหลี่ยม (0 V, 5 V) ฉันขอแนะนำให้คุณใช้ค่าที่เหมือนกันสำหรับตัวต้านทานพื้นฐาน ด้วย 5 kมีความเป็นไปได้สูงที่ค่าความต้านทานพื้นฐานจะเป็นอันตรายมากกว่าการต่อต้าน sat-diode บางอย่างอยู่ในช่วง 200 ... 500 สำหรับตัวต้านทานแต่ละตัวดูดีกว่าสำหรับฉันโอห์มΩΩ

หากคุณต้องการเพิ่มความเร็วให้มากขึ้นคุณสามารถลองตัวต้านทานพื้นฐานพร้อมตัวเก็บประจุขนาดเล็ก (ประมาณ 22 pF) เคล็ดลับเกี่ยวกับการหาค่าที่เหมาะสมสำหรับตัวเก็บประจุคือการทำให้มันมีค่าเท่ากับค่าความจุที่ฐานดังนั้นจึงสร้างตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า 1: 1 สำหรับส่วนความถี่สูงของขอบแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นหรือลดลง

แก้ไข # 1:

นี่คือแผนผังที่ฉันเคยตรวจสอบกับ LT Spice สัญญาณอินพุต (สี่เหลี่ยมจัตุรัส 0 V และ 5 V) จะถูกป้อนเข้ากับอินเวอร์เตอร์ BJT ที่คล้ายกันสามตัวแต่ละตัวใช้คู่เสริม BC847 และ BC857 ด้านซ้ายไม่มีเทคนิคพิเศษในการเร่งความเร็วคนที่อยู่ตรงกลางใช้ไดโอด Schottky เพื่อต่อต้านการอิ่มตัวและอีกทางด้านขวานั้นมีการบายพาสความเร็วสูงตามแต่ละตัวต้านทานพื้นฐาน (22 pF) เอาต์พุตของแต่ละสเตจมีโหลดเท่ากัน 20 pF ซึ่งเป็นค่าปกติสำหรับความจุการติดตามบางส่วนและอินพุตที่ตามมา

แผนผัง

ร่องรอยแสดงสัญญาณอินพุต (สีเหลือง) การตอบสนองช้าของวงจรทางด้านซ้าย (สีน้ำเงิน) การตอบสนองด้วยไดโอดป้องกันความอิ่มตัว (สีแดง) และการตอบสนองของวงจรที่ใช้ตัวเก็บประจุ (สีเขียว)

รูปคลื่น

คุณสามารถเห็นได้อย่างชัดเจนว่าความล่าช้าในการแพร่กระจายลดน้อยลงไปมากน้อยเพียงใด เคอร์เซอร์ตั้งไว้ที่ 50% ของสัญญาณอินพุตและที่ 50% ของเอาท์พุทของวงจรที่เร็วที่สุดและบ่งชี้ถึงความแตกต่างเพียงเล็กน้อยของ 3 ns เท่านั้น ถ้าฉันหาเวลาฉันอาจแฮ็ควงจรและเพิ่มรูปภาพขอบเขตจริง รูปแบบที่รอบคอบจะจำเป็นอย่างยิ่งเพื่อให้ได้ช่วงเวลาการหน่วงเวลาย่อย -10 ns ในความเป็นจริง

แก้ไข # 2:

เขียงหั่นขนมทำงานได้ดีและแสดงความล่าช้า <10 ns บนขอบเขต 150 MHz ของฉัน รูปภาพจะตามมาในสัปดาห์นี้ ต้องใช้หัววัดที่ดีของฉันเพราะวัตถุ cheapo แสดงไม่มากไปกว่าเสียงเรียกเข้า ...

แก้ไข # 3:

ตกลงนี่คือเขียงหั่นขนม:

เขียงหั่นขนมของอินเวอร์เตอร์พร้อม BJT และไดโอดป้องกันความอิ่มตัว

คลื่นสี่เหลี่ยม 1 MHz ที่มี 5 V (pkpk) เข้าสู่บอร์ดจากด้านซ้ายผ่านช่องเสียบ BNC และสิ้นสุดลงที่ 50  ( ตัวต้านทานแบบขนาน 100 ตัวหนึ่งตัวบนที่ซ่อนไว้โดยโพรบ) ตัวต้านทานพื้นฐานคือ 470 ตัวเก็บประจุ 30 pF, Schottky diodes คือ BAT85, ทรานซิสเตอร์คือ BC548 / BC558 อุปทานถูกบายพาสด้วย 100 nF (เซรามิก) และตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าขนาดเล็ก (10  F)โอห์มโอห์มμΩΩΩμ

ภาพหน้าจอแรกแสดงรูปคลื่นอินพุตและเอาต์พุตที่ 100 ns / div และ 2 V / div สำหรับการติดตามทั้งสอง (Scope คือ Tektronix 454A)

อินเวอร์เตอร์ Oscillogram 100 ns

ภาพหน้าจอที่สองและสามแสดงการเปลี่ยนจากต่ำไปสูงและจากสูงไปต่ำที่อินพุตด้วย 2 ns / div (ฐานเวลา 20 ns พร้อมกำลังขยาย 10 x แนวนอนเพิ่มเติม) ขณะนี้การติดตามอยู่กึ่งกลางแนวตั้งบนหน้าจอเพื่อการแสดงผลที่ง่ายขึ้นของการหน่วงเวลาการแพร่กระจายด้วย 1 V / div ความสมมาตรดีมากและแสดงความแตกต่างของ <4 ns ระหว่างอินพุตและเอาต์พุต

อินเวอร์เตอร์ Oscillogram, 2 ns, LH อินเวอร์เตอร์ Oscillogram, 2 ns, HL

ฉันจะยืนยันว่าเราสามารถไว้วางใจผลลัพธ์ที่จำลองได้จริง

เวลาที่เพิ่มขึ้นและลดลงนั้นเร็วกว่าในความเป็นจริงและถูก จำกัด ด้วยเวลาที่เพิ่มขึ้นของขอบเขต แต่ฉันสามารถคิดได้ว่าไม่มีเหตุผลว่าทำไมความล่าช้าระหว่างสัญญาณทั้งสองไม่ควรแสดงอย่างถูกต้อง

มีสิ่งหนึ่งที่ควรคำนึงถึงคือ: ด้วยการเปลี่ยนจากต่ำไปหาสูงและสูงมากไปหาน้อยทรานซิสเตอร์ทั้งสองมีแนวโน้มที่จะดำเนินการข้ามช่วงเวลาสั้น ๆ ที่ความถี่สูงกว่าของสัญญาณอินพุท (ประมาณ> 2 MHz) วงจรอินเวอร์เตอร์จะเริ่มมีกระแสไฟฟ้าจำนวนมากและทำสิ่งแปลก ๆ ...


2
ช่างเป็นคำตอบที่สมบูรณ์แบบซึ่งทำงานได้อย่างสมบูรณ์แบบในขณะนี้ :-) 5k อยู่ที่นั่นเพียงเพราะฉันพบว่ามีความสมดุลระหว่างความเร็วประจุประจุและความเร็วอิ่มตัวลดลง ตอนนี้ค่าที่ต่ำกว่าให้ประสิทธิภาพที่ดีขึ้นขอบคุณมาก :-)
BarsMonster

คุณเพิ่มความน่ากลัวยิ่งขึ้น :-) ฉันกำลังพิมพ์ PCB ในขณะนี้สำหรับการทดสอบนี้ ...
BarsMonster

2
การอัปเดตครั้งที่ 3 ของคุณทำให้คำตอบของคุณไม่สามารถเอาชนะได้ เริ่มต้นเงินรางวัล 500 สำหรับคุณ :-)
BarsMonster

ฉันภูมิใจ แต่เดี๋ยวก่อนคำถามก็เจ๋งและเมื่อมีเหตุผลสำหรับแฮ็กบอร์ดเขียงฉันอยู่ในความสนุกต่อไปเวลาที่อนุญาต โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อชิ้นส่วนมาตรฐานมีส่วนเกี่ยวข้องที่ฉันสามารถนำมาจากลิ้นชักของกระดานขยะ นอกจากนี้การทำขนมปังเขี้ยวแม้กระทั่งวงจรที่เรียบง่ายอาจเป็นหนึ่งในวิธีที่อร่อยที่สุดที่จะไม่ลืม Jim Williams แฮ็กเกอร์เขียงหั่นขนมที่ยิ่งใหญ่ที่สุดตลอดกาล: edn.com/article/…เศร้าเศร้าข่าว ... นี่เป็นหนึ่งในชิ้นที่อร่อยที่สุดของเขา: cds.linear.com/docs/Application%20Note/AN128f.pdf
zebonaut

เพิ่งเสร็จ PCB ของฉัน - กด - ดึง + 2 T- ทริกเกอร์ ... รับ 15-20ns fronts ... แต่มีปัญหากับการตรวจจับขอบ - electronics.stackexchange.com/questions/15979/ … - บางทีคุณอาจจะมี เบาะแสบางอย่าง ...
BarsMonster

6

คุณจะไม่ได้รับประสิทธิภาพ 10-20 ns จากส่วนที่ไม่ต่อเนื่องเช่นนั้น ดังที่ Zebonaut กล่าวว่า Schottky diode นั้นผิดที่สำหรับ Q9 สิ่งเหล่านี้จะอยู่ระหว่างตัวสะสมและฐานเสมอ

ไม่มีทางที่วิธีนี้จะทำงานด้วยความเร็วที่คุณต้องการด้วย 5KOhms ในเส้นทางสัญญาณ พิจารณาว่าค่าคงที่เวลา 5KOhms และ 10pF เป็น 50ns ในทางปฏิบัติจะมีการเหนี่ยวนำชุดและสิ่งอื่น ๆ เพื่อชะลอสัญญาณด้วย คุณจะต้องใช้ค่าความต้านทานต่ำกว่ามากเพื่อให้ได้ทุกที่ที่อยู่ใกล้กับความเร็วในการเปลี่ยน 10ns ความจุของไดโอด Schottky คืออะไร? โปรดทราบว่าสิ่งนี้จะถูกคูณเข้าไปในฐาน ความจุที่มีประสิทธิภาพที่ตัวต้านทานต้องขับมีแนวโน้มมากกว่า 10pF

ถ้าคุณไม่มีประสบการณ์ในการออกแบบวงจร RF รวมถึงเลย์เอาต์ความเร็วเหล่านั้นคือโดเมนของชิปรวม


ใช่ตัวเก็บประจุการเร่งความเร็วเหล่านี้ก็ยอดเยี่ยมเกินไปเศร้าเกินไปไม่สามารถตอบได้หลายคำตอบ ...
BarsMonster

ความจุของไดโอด Schottky จะไม่ถูกเพิ่มเข้าไปในความจุพื้นฐานหรือไม่? (คุณพูดว่า: "คูณ")
zebonaut

1
ความจุจะเพิ่มเมื่อสิ้นสุดอีกด้านหนึ่งของ Schottkey ที่มีศักยภาพคงที่ เนื่องจากแรงดันที่ปลายอีกด้านกลับด้านกระแสจะไหลผ่านตัวเก็บประจุมากขึ้นทำให้ตัวเก็บประจุดูใหญ่ขึ้น
Olin Lathrop

มันSchottkyไม่ใช่Schottkey
stevenvh
โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.