Estoy creando "búfer" / "inversor" digital de "búfer" de alta velocidad (10-20 ns en transistores de clase BC847). Se adjunta el esquema.
Aunque puedo evitar la saturación de BJT en el lado bajo al agregar el diodo Schottky, no va a funcionar para el lado alto. ¿Algún consejo, excepto la resistencia decreciente de la resistencia de base?
Los diodos anti-saturación están conectados en paralelo al diodo C-B del transistor que se debe mantener de la saturación. Está haciendo esto correctamente en el npn (ánodo en la base y cátodo en el colector), y debe hacerse exactamente de la misma manera en el pnp, solo que el diodo es al revés en este transistor: cátodo en la base, ánodo en coleccionista.
No estoy realmente seguro de cómo eligió sus resistencias base. Supongo que tiene una tensión de alimentación de 5 V y una señal de unidad de base rectangular (0 V, 5 V). Le sugiero que use valores idénticos para ambas resistencias base. Con 5 k \ $ \ Omega \ $, es probable que el alto valor de la resistencia base haga más daño que lo que haría un diodo anti-sat. Algo en el rango de 200 ... 500 \ $ \ Omega \ $ para cada resistencia me parece mejor.
Si desea aumentar aún más la velocidad, puede intentar poner en paralelo las resistencias base con pequeños capacitores (aprox. 22 pF). El truco para encontrar el valor correcto para el capacitor sería hacerlo de alguna manera igual a la capacitancia efectiva en la base, formando así un divisor de voltaje 1: 1 para la parte de alta frecuencia del borde de voltaje ascendente o descendente.
Editar # 1:
Aquí está el esquema que solía consultar con LT Spice. La señal de entrada (rectangular, 0 V y 5 V) se alimenta a tres inversores BJT similares, cada uno de los cuales utiliza un par complementario BC847 y BC857. El de la izquierda no tiene trucos especiales para acelerarlo, el del medio usa diodos Schottky para la anti-saturación y el de la derecha también cuenta con un bypass de alta velocidad a lo largo de cada resistencia base (22 pF). La salida de cada etapa tiene una carga idéntica de 20 pF, que es un valor típico para algunas capacitancias de rastreo y una entrada posterior.
Lastrazasmuestranlaseñaldeentrada(amarillo),larespuestalentadelcircuitoalaizquierda(azul),larespuestacondiodosdeanti-saturación(rojo)ylarespuestadelcircuitoquetambiénusacondensadores(verde).
Puede ver claramente cómo el retardo de propagación se reduce cada vez menos. Los cursores están configurados al 50% de la señal de entrada y al 50% de la salida del circuito más rápido, e indican una diferencia muy pequeña de solo 3 ns. Si encuentro el tiempo, también podría hackear el circuito y agregar imágenes de alcance real. Definitivamente, será necesario un diseño cuidadoso para lograr tiempos de demora de menos de 10 ns en la realidad.
Editar # 2:
El tablero funciona bien y muestra un retraso de < 10 ns en mi alcance de 150 MHz. Las fotos seguirán a finales de esta semana. Tuve que usar mis buenas sondas, porque las baratas no mostraron mucho más que sonar ...
Editar # 3:
Ok, aquí está la placa:
Unaondacuadradade1MHzcon5V(pkpk)ingresaaltablerodesdelaizquierdaatravésdelconectorBNCyterminaen50\$\Omega\$(dosresistenciasenparalelode100\$\Omega\$,lasuperiorocultaporsonda).Lasresistenciasbaseson470\$\Omega\$,loscapacitoresson30pF,losdiodosSchottkysonBAT85,lostransistoressonBC548/BC558.Elsuministroseomitecon100nF(cerámica)yunpequeñocondensadorelectrolítico(10\$\mu\$F).
Laprimeracapturadepantallamuestralasformasdeondadeentradaysalidaa100ns/divycon2V/divparaambastrazas.(ElalcanceesunTektronix454A.)
La segunda y tercera captura de pantalla muestran las transiciones de bajo a alto y de alto a bajo en la entrada con 2 ns / div (base de tiempo de 20 ns con 10 aumentos horizontales adicionales). Las trazas ahora están centradas verticalmente en la pantalla para una visualización más fácil del retardo de propagación con 1 V / div. La simetría es muy buena y muestra una diferencia de < 4 ns entre entrada y salida.
Yo diría que realmente podemos confiar en los resultados simulados.
Es muy probable que los tiempos de subida y bajada sean más rápidos en la realidad y solo estén limitados por el tiempo de subida del alcance, pero no se me ocurre ninguna razón por la que el retraso entre las dos señales no se muestre correctamente.
Hay una cosa a la que prestar atención: con cada transición de bajo a alto y de alto a bajo, los dos transistores tienden a realizar una conducta cruzada muy brevemente. A frecuencias más altas de la señal de entrada (aprox. > 2 MHz), el circuito del inversor comienza a tomar mucha corriente y hace cosas extrañas ...
No vas a obtener un rendimiento de 10-20 ns de partes discretas como esa. Como dijo Zebonaut, el diodo Schottkey está en el lugar equivocado para Q9. Estos siempre van entre el coleccionista y la base.
No hay forma de que esto funcione a la velocidad deseada con 5KOhms en la ruta de la señal. Tenga en cuenta que la constante de tiempo de 5KOhms y 10pF es 50ns. En la práctica, también habrá algunas inductancias de la serie y otras cosas para reducir la velocidad de las señales. Tendrá que usar resistencias mucho más bajas para llegar a una velocidad de cambio de 10 ns. ¿Cuál es la capacitancia de los diodos de Schottkey? Tenga en cuenta que esto se multiplica en la base. La capacitancia efectiva que debe tener la resistencia es significativamente mayor a 10pF.
A menos que tenga experiencia en el diseño de circuitos de RF, incluido el diseño, ese tipo de velocidades son el dominio de los chips integrados.
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