¿Qué tan rápido puede cambiar un transistor?

El límite principal para el tiempo de cambio de BJT está relacionado con los operadores de carga y, específicamente, cuánto tiempo lleva mover los operadores a la base y cuánto tiempo se tarda en salir.

La hoja de datos incluirá algunos parámetros que le darán la máxima frecuencia de conmutación teórica *. Son

1. Tiempo de demora (td): cuánto tiempo se tarda en salir del corte
2. Tiempo de subida (tr): cuánto tiempo dura la transición del corte a la saturación
3. Tiempo de caída (tf): cuánto tiempo dura la transición de la saturación al corte
4. Tiempo de almacenamiento (ts): cuánto tiempo se debe superar la saturación

Usando la hoja de datos (estos parámetros generalmente se enumeran), puedes averiguar qué tan rápido puede cambiar un transistor entre los dos estados.

$$ f_ {max} = \ frac {1} {t_d + t_r + t_f + t_s} $$

* Esto es lo que teóricamente puede hacer el transistor, pero hay trucos que se pueden hacer para mejorar la velocidad de conmutación. Además, si está cambiando una onda cuadrada, para mantener una forma de onda cuadrada agradable, la frecuencia de conmutación real será mucho menor.

Cuando intenta cambiar rápidamente un transistor (bipolar - NPN o PNP), hay algunos efectos que limitan la velocidad a la que puede responder.

1) La base física del transistor se extiende sobre un área (pequeña), y el cable de la base solo está conectado a una parte de este. Existe cierta resistencia interna entre la ubicación de la conexión y las partes más remotas de la base. Cuando cambia rápidamente, el tiempo de extracción de las cargas en las partes remotas es significativo y limita la rapidez con que se puede apagar. Esto no es tan severo para encenderlo porque podría sobrevivir (por unos pocos ns) con solo la parte local encendida.

2) Existe una capacitancia significativa entre el colector y la base. Cuando se apaga, el voltaje del colector aumenta (si no fuera así, no habría necesidad de apagar el transistor). Esto se acopla a través de la capacitancia del colector de la base y tiende a contrarrestar el apagado o el voltaje en la base, lo que dificulta la activación o desactivación.

3) En realidad, a las portadoras les toma algún tiempo transicionar las regiones base y recolector.

Sin embargo, los transistores bipolares pueden ser muy rápidos, se pueden cambiar en picosegundos dentro de los circuitos integrados. Los dispositivos discretos no se pueden cambiar tan rápido debido a las mayores capacidades parásitas, la inductancia de los cables que se conectan al dispositivo, y porque los dispositivos más rápidos tienen fallas de solo 1 o 2 V, por lo que solo son realmente útiles dentro de circuitos especializados en circuitos integrados. .

Sí, hay un límite a la velocidad con la que se puede encender y apagar el transistor. Sin embargo, depende del transistor que utilice, así como de las características de la señal de conducción, la fuente de alimentación y la carga.