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

Un BJT más rápido probablemente ayudará una vez que haya resuelto los fundamentos.

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

• Pinza Schottky anti saturación

• Condensador de aceleración.

• (1) Conecte un pequeño diodo Schottky desde la base al colector
  (ánodo a base, cátodo a 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" Schottky debajo de la base. El transistor no puede saturarse y la carga acumulada es mucho más pequeña, por lo que es más rápido deshacerse de él al apagarlo. Ejemplo de esto de 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 encendido que apagado, pero tiene un papel en ambos sentidos.
  Ayuda a "barrer la carga" fuera de la capacitancia de la unión del emisor de la base en el apagado y a cargar allí al encender. Según el ejemplo a continuación de aquí . Esta página es MUY digna de ser vista.

Ellos notan (más material valioso 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 es baja, estos portadores de carga tardan mucho en abandonar la región y permitir que la capa de agotamiento comience a formarse. La cantidad de tiempo que esto toma es una función 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 con el primer factor, pero podemos hacer algo con 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 juntar todas estas declaraciones, vemos que la demora y el tiempo de almacenamiento se pueden reducir al:

  Aplicar un valor inicial alto de (para disminuir el tiempo de retardo) que se establezca en algún valor menor que el requerido para saturar el transistor (para reducir el tiempo de almacenamiento). Aplicar una polarización inversa inicial alta (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 retardo). Es posible cumplir con todas estas condiciones simplemente agregando un solo capacitor a un interruptor BJT básico. Este capacitor, llamado capacitor de aumento de velocidad, 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 capacitor al circuito.

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

  Cuando la entrada se vuelve negativa por primera vez, la carga en el capacitor de aceleración lleva brevemente a la base a –5 V. Esto lleva al transistor rápidamente al corte. Tan pronto como el capacitor se descarga, el voltaje base vuelve a 0 V. Esto asegura que la unión base-emisor no tenga una fuerte polarización inversa. 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 alguna unidad regenerativa a continuación.

LSTTL y amigos aún más rápidos:

Advertencia !!!!!!!!!!!!
Mirando aquí de donde proviene el siguiente diagrama, es probable que usted y su soldador y / o tablero 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 Schottky TTL anterior usaba transistores Schottky, un aparente paso atrás.

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

Es decir, con la misma corriente de 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 no recuerdo mal, la razón es que las cargas en la región base serán barridas 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 hace que la corriente base sea lo suficientemente pequeña como para que sea el factor limitante de la corriente que pasa por el colector. . Entonces el transistor no se saturará más y se apagará más rápido.

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

Tenga en cuenta que la corriente ahora no depende del voltaje de suministro, sino del voltaje de control (Vin).

EDITAR1:

Sea
Rb resistencia en la base (puede ser un valor pequeño; incluso 0 ohmios)
Re resistencia en el emisor
Vbe base-emisor-voltaje (aprox. 0,7 V para transistores Si)
b amplificación de corriente (aprox. 50..100)
Ie = b *Ib corriente de emisor; casi igual a Ic = Ie - Ib

Vin = Rb * Ib + Vbe + Ie*Re

Resolver para es decir:

Es decir = ( Vin - Vbe ) / ( Rb/b + Re)

Rb/b será muy pequeño; se puede negar, por lo que
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 transistor no saturado (B).
En ambas variantes, la corriente conmutada es aproximadamente la misma.

Pero ahora mire cuánto tiempo se tarda en apagar la corriente en (A):
ca. 1,5 µs entre el borde de CH1 (voltaje base; azul) y CH2 (corriente de emisor; verde):

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

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

Si el umbral de conmutación está a menos de la mitad entre el voltaje base mínimo y máximo, el transistor tardará menos en encenderse que en apagarse. Si está a 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 aumenta por encima del umbral del interruptor, el transistor se enciende. Permanece encendido hasta que la base vuelve a caer por debajo del umbral del interruptor. Como está por debajo del punto medio, la tensión base tarda más en alcanzar el umbral del interruptor que cuando se enciende.

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 se ejecuta 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 estrecha zona de conmutación.

_{Descargo de responsabilidad: Sí, sé que esto es demasiado simplista, pero transmite el principio básico sin atascar 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 Puerta para controlar la señal (100 ohmios serían más que suficientes en serie) Drenaje a LED.

Esto debería permitirle encender y apagar en decenas de nanosegundos