¿Puedo (ab)usar un transistor como diodo de protección de ESD?

Question

El Especificación MIDI sugiere un diodo de conmutación rápida para proteger el LED del optoacoplador contra la ESD que podría exceder su voltaje inverso:

Pero este es el único diodo utilizado; podría simplificar la lista de materiales si pudiera reemplazarlo con algún componente ya utilizado en otra parte del circuito. Así que, ¿por qué no usar una unión PN de un transistor de propósito general?

Comparado con el 1N4148 el 2N3904 tiene menores voltajes de avería inversa, pero esto no importaría en esta aplicación porque el LED sujeta dichos voltajes. Otros parámetros como la capacitancia o la corriente máxima son comparables. Así que parece que el transistor funcionaría, ¿no?

¿Y qué unión debe usarse, base/emisor, base/colector, o ambas? ¿Y qué hacer con la unión no utilizada?

Answer 1

Sí, no hay ningún problema. Sólo hay que conectar el colector a la base y utilizarlo como diodo. No hay que abusar. Un diodo, incluso un LL4148, es un poco más robusto que un transistor conectado a un diodo, pero eso no debería ser un problema aquí.

Aquí está el ligero rebasamiento en la respuesta con el LED abierto y un 2N3904 conectado como sugerí (entrada de +/-10V a través de una resistencia de 220R), tiempos de subida y bajada de 10ns simulados en LTSpice con un tamaño de paso máximo de 1ns:

Answer 2

Informe de solicitud de Ferranti Aplicaciones del transistor E-Line se habla de las diferentes conexiones de los diodos (p. 70):

Utilizar el ZTX300 (BCW10) como un diodo

Se describen tres posibles métodos de conexión:

1. Colector/Base (con el emisor conectado a la base).
   Esta conexión proporciona un diodo con un tiempo de recuperación medio, una capacitancia pequeña y una alta tensión inversa determinada por la unión colector-base.
2. Base/Emisor (colector conectado a la base).
   El diodo tiene un corto tiempo de recuperación, una pequeña capacitancia y una baja tensión inversa determinada la unión base-emisor.
3. Base/Emisor (colector conectado al emisor).
   El diodo tiene un largo tiempo de recuperación inversa, una gran capacitancia y una baja tensión inversa determinada por la unión base-emisor.

Method of   Recovery Time nSec.        Capacitance pF
Connection  IF=IR=10mA. R=50    at zero   at reverse voltage
                                 voltage   -10V      -5V
----------  -------------------  -------  --------  --------
 1            89                   7        3
 2             2.7                 7                  3.5
 3           244                  13                  5.5

El tiempo de recuperación citado es el intervalo entre que el impulso de entrada negativo alcanza el 10% de su valor final y la corriente inversa alcanza el 10% de su valor máximo.

El gráfico muestra la variación de la capacitancia con la tensión inversa.

Así que la conexión 2 daría el comportamiento más similar al 1N4148.

Answer 3

Sinceramente, no lo he probado. Así que voy a ir "en teoría".

Probablemente pueda utilizar la unión BC o BE. Sin embargo, yo no recomendaría conectar el BJT con un diodo. Si sólo buscas velocidad, y ya que no buscas tolerancia a la tensión inversa, probablemente obtendrías más \$t_{rr}\$ de la unión BE. Como la base es tan fina (por diseño), yo esperaría respuestas muy rápidas, del orden de los diodos de conmutación rápida. La fuga también será mucho mejor, con toda seguridad. Especialmente con la unión BE.

Echa un vistazo a la figura 35 de la hoja de datos del OP77 de Analog. Verás algo parecido a lo que comentas. Sin embargo, están utilizando la unión BC, probablemente debido a la mayor tensión de ruptura. (La unión BE no suele tolerar mucho: 5 ó 6 voltios, a menudo).

Sin embargo, como un diodo ESD? No tengo ni idea de lo que es un \$20\:\textrm{kV}\$ el zapping estático podría servir.

Answer 4

Creo que la más alternativa al diodo es el esquema número 2, una confederación a tener en cuenta es que debes utilizar una resistencia entre el Emisor y la base para proteger el transistor.