¿Cómo acortar el tiempo de caída en la unidad BJT del lado alto?

Intentar evaluar su tiempo de caída con la carga desconectada no es una medida útil. A medida que el transistor PNP se apaga, su terminal colector va a una alta impedancia. Eso deja a la carga como la impedancia de la sonda de alcance que probablemente sea de 1Meg o 10Meg ohms. No es de extrañar que a ese tamaño de carga le lleve mucho tiempo descargar la pequeña capacitancia del circuito del colector y la capacitancia de la sonda de alcance.

En su lugar, debería estar observando su tiempo de conmutación con la carga real conectada. Si la carga real no está disponible, al menos agregue un resistor de carga de prueba del colector PNP al riel GND. Tamaño de la resistencia para disipar la potencia equivalente a la carga normal que el circuito está destinado a conducir. Al hacer esto, verá el tiempo real de caída y el tiempo de subida del circuito.

Actualización:

Para obtener mi punto de vista, eche un vistazo a la simulación del circuito LT Spice a continuación. Dibujé el circuito con una carga que consiste en una sonda de alcance de 10Meg ohm en paralelo con 22 pF de capacitancia para simular la capacitancia de la sonda de alcance real más algunas para el terminal colector PNP y el cableado. Estas imágenes muestran claramente que el largo tiempo de caída que está viendo se debe al hecho de que tiene la carga desconectada como dije anteriormente. No tiene nada que ver con las características del LED o la saturación de PNP, como sugiere otra respuesta.

Una posible razón podría ser que estás en una profunda saturación. La carga minoritaria en la base debe agotarse antes de que se pueda formar una capa de agotamiento. Cuanto más profundamente te encuentres en la saturación, más operadores de carga tendrás en este cruce y más tardará en irse.

Imagina un cubo y llénalo con agua. Hacer un agujero en el fondo del cubo. Mientras más agua tenga, más tiempo tomará para que salga el agua.

Hay tres cosas que podrías hacer.

1. Evita que te metas en la saturación, así que estás justo en la frontera. Coloca un diodo Schottky entre la base y el colector, y sujetará la unión para evitar que se sature.

Piensa en ti llenando el cubo lo suficiente para hacer el trabajo. Si necesita un trago de agua del cubo, no necesita llenar el cubo hasta el borde. Así que llenas el cubo con la cantidad de agua que necesites. Cuando llega el momento de drenar el cubo, ahora solo estás drenando lo que necesitas, por lo que el tiempo en general será más rápido ya que no estás drenando todo el cubo.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab} No pude encontrar un Schottky, así que acabo de agregar un Zener allí, para la demostración. Pero se supone que es un Schottky.

2. Agregue un condensador en serie con la base. Lo que esto hará es aplicar un sesgo inverso momentáneo. Piensa en I = Cdv / dt, cuando pasas de un voltaje discreto a otro, obtendrás un aumento de +/-. Ese pulso momentáneo empujará rápidamente el transistor al corte porque la tensión de base aplicada será mucho más alta / baja, lo que empujará al transistor más fuerte.

Piensa en ello mientras vuelves el cucharón por un tiempo muy rápido. Vas a tirar más agua que si solo dejas que el agujero que hiciste haga el trabajo, lo que a su vez acelera el tiempo en que vacías el cubo.

^{simular este circuito}

3. Haz tanto el 1 como el 2.

Mirando su circuito con todo en su lugar, cuando Q2 se apague, su unión CE irá a Z alta, y la carga atrapada en el LED no tendrá lugar a dónde ir excepto a través de su sonda de alcance: ¿10 megohms? - A tierra, lo que llevará un tiempo.

Si, en lugar de la tensión a través del LED, observa la corriente que lo atraviesa, verá que rápidamente se pone a cero cuando Q2 se apaga, por lo que la luz no se apagará, deténgase abruptamente, que es probablemente lo que quiere.

Teniendo esto en cuenta, la cola de voltaje en el apagado es prácticamente un artefacto y no afectará cómo funciona su circuito a menos que, por alguna razón, esté utilizando la caída de voltaje en el LED para efectuar alguna función.

La captura de pantalla a continuación muestra la reducción de voltaje muy reducida en el apagado Q2 con 1000 ohms que desvían el LED, ya que permite que la capacitancia de los LED se descargue mucho más rápidamente de lo que lo haría la sonda de su alcance.

Si desea jugar con el (su) circuito, la lista de circuitos de LTspice es aquí , y si no tiene LTspice, está disponible de forma gratuita, aquí .

Lo primero que hay que hacer es poner R2 al otro lado de R3. Eso solo no hará mucha diferencia en este caso, pero de esa manera tienes 10 kΩ intentando apagar el transistor en lugar de 12 kΩ.

El problema básico es que los BJT se desactivan lentamente si la base no está impulsada de forma activa a la tensión del emisor. Tiene dos BJT allí, y cada uno tarda mucho tiempo en apagarse.

La solución para Q1 es fácil. No lo ejecute como un amplificador conectado a tierra, sino como un sumidero de corriente controlado. Coloque R1 en el emisor en lugar de la base y conduzca la base directamente desde el pin del microcontrolador. Cuando la señal digital se agota, la base bajará activamente y apagará el transistor rápidamente. Cuando se eleva, el colector actuará como un sumidero de corriente fijo. Esto no solo usa el transistor de manera más eficiente, sino que garantiza que nunca se sature.

Sin embargo, antes de entrar en los detalles del Q1, debemos comenzar con lo que Q2 necesita. No proporcionó enlaces a las hojas de datos de transistores, así que solo inventaré un número para usar como ejemplo. Tendrá que usar los números correctos y rehacer el cálculo en consecuencia. Parece que Q2 necesita manejar algo de potencia, así que digamos que se puede contar con una ganancia de 25. Q1 puede ser una señal pequeña, así que digamos que tiene una ganancia mínima de 50.

El Q2 debe suministrar 500 mA, por lo que su corriente de base debe ser de al menos 20 mA. Colocaremos una resistencia en su B-E que consume 2 mA para apagarla bastante rápido cuando se elimina la corriente de base. Eso significa que Q1 tiene que hundir 22 mA como mínimo, así que vamos a apuntar a 25 mA para dejar un poco de margen. Si la caída B-E de Q2 es de 700 mV, entonces una resistencia de 350 draw dibuja los 2 mA cuando está encendido. Usaremos el valor estándar de 360. Lo suficientemente cerca.

Ahora debemos hacer que Q1 se hunda 25 mA cuando la salida digital es alta. Nuevamente, usemos 700 mV como la caída de B-E. Si la salida digital es 3.3 V cuando está alta, eso deja al emisor a 2.6 V. (2.6 V) / (25 mA) = 104 Ω, entonces usaremos el valor estándar de 100 Ω.

Podemos acelerar el Q1 con un poco de facilidad si colocamos una tapa en la resistencia del emisor. Esto proporcionará una pequeña oleada de corriente cuando se encienda por primera vez, y la apagará más rápidamente cuando la base se ponga de repente en el suelo por la salida digital. El objetivo de una constante de tiempo de 1 µs coloca el condensador a 10 nF.

Así que aquí está el resultado:

Estoprobablementesealosuficientementebuenoporsísolo,considerandoquesoloestácambiandoa14kHzysolo500mA.Independientementedelagananciadesustransistores,elR2aúndrenarálabasedeQ2a2mAcuandoQ1estéapagado.CualquiertransistordeseñalpequeñonormalserálosuficientementebuenoparaQ1.DebeajustarR1paraqueQ1recibasuficientecorrientecomoparagarantizarqueQ2estécompletamenteencendidoconlacargamáximade500mA.

Puedesllevaresteconceptomáslejos,aunquenocreoqueseanecesarioenestecaso.Aquíhayunfragmentodeuninterruptordedineroqueusérecientementeenunproducto:

Q5 es la fuente de corriente conmutada. En este caso, su base es una señal digital de 0-5 V que sale de un microcontrolador (PIC 10F204). R8 establece los sumideros actuales de W5 cuando está encendido, C9 es el límite de aceleración y Q2 es el interruptor del lado alto que se está controlando. La arruga en este caso es que el borde descendente de la señal digital hace que Q1 se encienda por un corto tiempo, pero lo suficientemente largo como para que Q2 se apague rápidamente. Luego, R2 mantiene el Q2 apagado hasta que Q5 se vuelva a encender cuando la señal digital en su base sea alta.

Tengo que irme ahora. Eche un vistazo a los circuitos alrededor de Q4 y Q1 y vea si puede averiguar cómo se apagan rápidamente en Q2 durante un breve periodo de tiempo cuando la señal digital disminuye.