Zapobiegaj wysokiemu nasyceniu BJT

Buduję szybkie (10-20ns na tranzystorach klasy BC847) cyfrowe „bufory” / „falowniki” z BJT. Schemat jest załączony.

Chociaż mogę zapobiec nasyceniu niskiego poziomu BJT, dodając diodę Schottky'ego, to nie zadziała to w przypadku wysokiej strony. Jakieś wskazówki oprócz malejącej rezystancji rezystora podstawowego?

Diody anty-nasycające są podłączone równolegle do diody CB tranzystora, która ma być chroniona przed nasyceniem. Robisz to poprawnie na NPN (anoda u podstawy i katoda u kolektora) i powinno to być zrobione dokładnie w ten sam sposób na pnp, tylko że dioda jest odwrotnie w tym tranzystorze: katoda u podstawy, anoda przy kolektor.

Nie jestem do końca pewien, jak wybraliście rezystory podstawowe. Zakładam, że masz napięcie zasilania 5 V i prostokątny sygnał napędu podstawy (0 V, 5 V). Sugerowałbym użycie identycznych wartości dla obu oporników podstawowych. Przy 5 k prawdopodobne jest, że wysoka wartość rezystora bazowego wyrządzi więcej szkody, niż zrobiłaby to dioda anty-sat. Coś w zakresie 200 ... 500  na każdy opornik wydaje mi się lepsze.$\Omega$$\Omega$

Jeśli chcesz zwiększyć prędkość jeszcze bardziej, możesz spróbować połączyć równolegle rezystory podstawowe z małymi kondensatorami (około 22 pF). Sztuczka polegająca na znalezieniu właściwej wartości dla kondensatora polegałaby na tym, aby była ona nieco równa pojemności skutecznej u podstawy, tworząc w ten sposób dzielnik napięcia 1: 1 dla części wysokiej częstotliwości narastającego lub opadającego zbocza napięcia.

Edycja nr 1:

Oto schemat, którego użyłem do sprawdzenia za pomocą LT Spice. Sygnał wejściowy (prostokątny, 0 V i 5 V) jest doprowadzany do trzech podobnych falowników BJT, z których każdy wykorzystuje komplementarną parę BC847 i BC857. Ten po lewej nie ma specjalnych trików, aby go przyspieszyć, ten w środku używa diod Schottky'ego do zapobiegania nasyceniu, a ten po prawej stronie ma również szybkie obejście wzdłuż każdego rezystora bazowego (22 pF). Wyjście każdego stopnia ma identyczne obciążenie 20 pF, co jest typową wartością dla pewnej pojemności śladowej i późniejszego wejścia.

Ślady pokazują sygnał wejściowy (żółty), powolną odpowiedź obwodu po lewej stronie (niebieski), odpowiedź za pomocą diod nasycających (czerwony) i odpowiedź obwodu, który również wykorzystuje kondensatory (zielony).

Możesz wyraźnie zobaczyć, w jaki sposób opóźnienie propagacji staje się coraz mniejsze. Kursory są ustawione na 50% sygnału wejściowego i na 50% najszybszego wyjścia obwodu i wskazują bardzo małą różnicę tylko 3 ns. Jeśli znajdę czas, mogę również zhakować obwód i dodać zdjęcia z prawdziwego zakresu. W rzeczywistości konieczny będzie ostrożny układ, aby w rzeczywistości osiągnąć czasy opóźnienia poniżej 10 ns.

Edytuj # 2:

Płyta kontrolna działa ładnie i pokazuje opóźnienie <10 ns w moim zakresie 150 MHz. Zdjęcia zostaną opublikowane w tym tygodniu. Musiałem użyć moich dobrych sond, bo te tanie nie pokazały nic więcej niż dzwonienie ...

Edytuj # 3:

Ok, oto płyta:

Fala kwadratowa 1 MHz z napięciem 5 V (pkpk) wchodzi na płytkę od lewej strony przez złącze BNC i zostaje zakończona w 50  (dwa równoległe rezystory 100  , górna ukryta przez sondę). Podstawowymi opornikami są 470  , kondensatory mają 30 pF, diody Schottky'ego to BAT85, tranzystory to BC548 / BC558. Zasilanie omija 100 nF (ceramika) i mały kondensator elektrolityczny (10  F).Ω Ω $\Omega$$\Omega$$\Omega$$\mu$

Pierwszy zrzut ekranu pokazuje przebiegi wejściowe i wyjściowe przy 100 ns / div i przy 2 V / div dla obu wykresów. (Zakres to Tektronix 454A.)

Drugi i trzeci zrzut ekranu pokazują przejścia od niskiego do wysokiego i od wysokiego do niskiego na wejściu z 2 ns / dz (podstawa czasu 20 ns z dodatkowym 10-krotnym powiększeniem poziomym). Ślady są teraz wyśrodkowane pionowo na ekranie, aby ułatwić wyświetlanie opóźnienia propagacji przy 1 V / dz. Symetria jest bardzo dobra i pokazuje różnicę <4 ns między wejściem a wyjściem.

Twierdziłbym, że możemy rzeczywiście zaufać symulowanym wynikom.

Czasy narastania i opadania są w rzeczywistości prawdopodobnie szybsze i ograniczone jedynie czasem narastania lunety, ale nie mogę wymyślić żadnego powodu, dla którego opóźnienie między dwoma sygnałami nie powinno być wyświetlane poprawnie.

Należy zwrócić uwagę na jedną rzecz: przy każdym przejściu od niskiej do wysokiej i od wysokiej do niskiej oba tranzystory mają tendencję do bardzo krótkiego krzyżowania się. Przy wyższych częstotliwościach sygnału wejściowego (około> 2 MHz) obwód falownika zaczyna pobierać dużo prądu i robi dziwne rzeczy ...

Nie dostaniesz wydajności 10-20 ns z takich dyskretnych części. Jak powiedział Zebonaut, dioda Schottky'ego znajduje się w niewłaściwym miejscu dla Q9. Te zawsze przechodzą między kolektorem a bazą.

Nie ma mowy, żeby działało to z pożądaną prędkością z 5KOhm na ścieżce sygnału. Weź pod uwagę, że stała czasowa 5KOhm i 10pF wynosi 50ns. W praktyce będzie istniała pewna indukcyjność szeregowa i inne rzeczy spowalniające sygnały. Będziesz musiał użyć znacznie niższych rezystancji, aby dostać się gdziekolwiek w pobliżu prędkości przełączania 10ns. Jaka jest pojemność diod Schottky'ego? Zauważ, że zostanie to pomnożone przez bazę. Efektywna pojemność, którą musi napędzać rezystor, prawdopodobnie znacznie przekracza 10 pF.

O ile nie masz doświadczenia w projektowaniu obwodów RF, w tym układu, takie prędkości są domeną zintegrowanych układów scalonych.