¿Por qué se apaga lentamente un transistor C4467 cuando la corriente colector-emisor es baja?

Question

He construido el siguiente circuito

simular este circuito – Esquemático creado usando CircuitLab

El reloj tiene una amplitud de aproximadamente 5 VCC. Es suministrada por un 555. Utilicé dos valores diferentes de R2 para mis pruebas. La primera prueba fue R2 = 6 ohmios. La segunda prueba fue R2 = 10000 ohmios.

Utilicé mi osciloscopio para registrar la señal del reloj y el voltaje base. El gráfico azul es el voltaje base, el gráfico amarillo es el voltaje del reloj. Este es el resultado de la primera prueba.

Este es el resultado de la segunda prueba

Como puedes ver, el voltaje base vuelve a 0 casi de inmediato en la primera prueba.

En la segunda prueba, el voltaje base tarda aproximadamente 30 microsegundos en volver a cero. Durante este tiempo, el transistor continúa conduciendo. ¿Por qué esto solo sucede cuando la corriente colector-emisor es baja?

Prueba de la solución proporcionada a continuación

Localicé un diodo SR306. Hoja de datos aquí:

http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/diodes/ds23025.pdf

Este diodo es una opción pobre para esta aplicación, pero sigue siendo aplicable.

Establecí R2 = 10000 ohmios para esta prueba. R1 sigue siendo 100 ohmios. Aquí está la forma de onda nuevamente con el circuito existente.

El cambio del transistor continúa rezagado con respecto al reloj.

Aquí está la forma de onda con el diodo conectado desde la base al colector

El transistor sigue fielmente la forma de onda ahora. Aquí hay una vista más cercana de la transición de cambio

Todavía toma alrededor de 2000 nanosegundos para que el transistor se apague, pero esto concuerda con la hoja de datos.

Curiosamente, hay algo de oscilación en la base, pero no es significativo. Tiene una amplitud de solo 100 milivoltios.

Answer 1

Estás saturando el transistor. En este contexto, la saturación significa \$V_{BE}>V_{CE} \$. Si imaginas tu transistor NPN como dos diodos uno detrás del otro como muestra la imagen a continuación, puedes ver que si impulsas la base lo suficiente, \$V_{CE}\$ caerá a un voltaje muy bajo (por ejemplo, 0.1 V). Dado que estamos impulsando nuestra base muy fuerte, \$V_{BE}\$ podría ser alrededor de 0.75V. Eso nos da un \$V_{BC}\$ de 0.65 V, y ese diodo comenzará a conducir.

simule este circuito – Esquemático creado utilizando CircuitLab

El problema con este diodo saturado es que sufrirá de recuperación inversa. No dejará de conducir hasta que todas las cargas se hayan extraído del diodo, lo que alimenta el voltaje base a través del colector.

Las formas de onda que proporcionaste dan buenos indicios de que este es el caso. Considera que tu corriente base es alrededor de 50mA (Usando esto en lugar de los 43mA reales porque hay curvas en la hoja de datos para 50mA). Con una carga aproximada de 2 A, tendrás un \$V_{CE}\$ de alrededor de 0.18 V. Tu segunda prueba utilizando una resistencia de 10kΩ tendría un \$V_{CE}\$ cerca de 0 V. Debido a eso, más corriente está fluyendo desde la base hacia el emisor a través del diodo base-colector con la carga más ligera. Sin embargo, ambos casos están sobre-saturados ya que ambos tienen una pequeña muesca en la forma de onda de voltaje inmediatamente después de que comienza el apagado.

Otro factor es que con la resistencia de 6Ω, puedes salir del modo de recuperación inversa del diodo base-emisor más rápido porque puedes deshacerte de los portadores extras más rápido. Esta es probablemente la razón principal de las diferencias de tiempo de apagado.

Finalmente, esto será difícil de abordar desde el lado del impulso de la base, ya que necesitas esa resistencia base. Una posible solución es poner un diodo en paralelo con la resistencia base para proporcionar una mejor conducción durante el apagado. Este era un problema común en la lógica TTL antigua, y se colocaron diodos Schottky en el circuito para prevenir la saturación (y acelerar la lógica). Esto se manifestó en los llamados transistores Schottky que implementaban un cierre Baker. Es importante usar diodos Schottky para este propósito ya que tienen un voltaje adelante mucho más bajo que las estructuras de diodos internos (0.25V para el Schottky en comparación con 0.6V para un diodo de silicio estándar). De lo contrario, tendrás dos diodos saturados luchando contra tu señal de base.

simule este circuito

Answer 2

Tu selección de R2 no es óptima, típicamente usaría un resistor de 1k a 4.7k. La capacitancia en el transistor probablemente causa la demora al usar el resistor de 10k. Yo asumí que él estaba buscando algún otro valor entre 6 ohmios y 10k. Si lees la segunda parte de la pregunta, él estaba usando un resistor colector de 10k ohmios, lo cual era demasiado alto."http" ://ecee.colorado.edu/~bart/book/book/chapter5/ch5_6."htm" Capítulo 5: Transistores bipolares Cuando está saturado, mientras haya una carga significativa almacenada en la región de la base, la corriente del colector seguirá existiendo. Solo después de que esta carga excesiva sea eliminada, el capacitor de la unión base-emisor se descargará y el BJT se apagará. La eliminación de la carga excesiva puede llevar un tiempo significativo de demora. De nuevo, podemos calcular la evolución temporal de la carga excesiva y calcular la corriente del colector a partir de ella. A primer orden, el tiempo de demora