NPNトランジスタのターンオフ時間とターンオン時間を等しくするにはどうすればよいですか？

シンプルなNPNスイッチがあります。図を参照してください。

100KHzの方形波（TTL）をこのトランジスタのベースに供給し、非常に高速（数nSec）でオンになりますが、それほど速くオフにはならず、オフにするには2uSecほどかかります。（この回路のコレクターを見ています）。ダイオードはレーザーであり、トランジスターは工場NPNから実行されます（データシート）。また、ONSemiの別のNPNで試してみました。同じストーリーの方が（少なくとも私が思うに）速いです。

なぜトランジスタがそれほど速くオフにならないのですか？

数nSecでオフにするにはどうすればよいですか？

この場合、NPNよりもMOSFETを使用する方が良いでしょうか？

**更新**

そのNAコンデンサパッドの代わりに1Kを追加し、より高速のBJTを使用しました。状況は少し改善されました。（実際には、BJTも同様の速度ですが、コレクタ出力容量は2pF対6pFであることがわかりました）。とにかく、今では約120nSecオフになっています。スピードアップキャップを追加し、ここから結果を報告します。

ファンダメンタルズを整理したら、より高速なBJTがおそらく役立つでしょう。

あなたが会うべき2人の（おそらく）新しい奇跡の働く友人がいます。

• 飽和防止ショットキークランプ

• 高速化コンデンサ。

• （1）
  トランジスタがオフのときにダイオードが逆バイアスになるように、ベースからコレクタ（アノードからベース、カソードからコレクタ）に小さなショットキーダイオードを接続します。

  トランジスタがオンになると、コレクタはショットキーの「接合」ドロップよりも下に落ちることはできません。これが飽和することはできず、蓄積された電荷ははるかに小さいので、オンオフをより速く取り除くことができます。この例はこちらから

ショットキーTTLの内部ブロック図を見てください。これがどのように比較されるかに注意してください。これにより、主にShottky TTLを標準TTLより高速にすることができます。

• （2）抵抗と並列に小さなコンデンサを接続します。
  これは「高速化コンデンサ」として知られています。
  いいですね ：-）。オフよりもオンの方が優れていますが、両方の方法で役割を果たします。
  これは、ターンオフ時にベースエミッタ接合容量から「掃引」し、ターンオン時にそこに電荷を取り込むのに役立ちます。ここから下の例に従って。このページは非常に価値があります。

彼らは注意する（ページ上のより価値のある資料）

• 保管時間の短縮。最大の全体的な遅延は、ストレージ時間です。
  BJTが飽和状態になると、ベース領域に電荷キャリアがあふれます。入力が低くなると、これらの電荷キャリアが領域から出て空乏層が形成され始めるまでに長い時間がかかります。これにかかる時間は、次の3つの要因の関数です。

  デバイスの物理的特性。

  Icの初期値

  ベースに印加される逆バイアス電圧の初期値。

  繰り返しますが、最初の要因についてはあまりできませんが、他の2つの要因については何かできます。飽和以下に保つことができれば、ベース領域の電荷キャリアの数は減ります。また、トランジスタに高い初期逆バイアスを印加することで低減できます。

  立ち下がり時間。立ち上がり時間と同様に、立ち下がり時間（）はトランジスタの物理的特性の関数であり、その値を減らすためにできることは何もありません。

  これらすべてのステートメントをまとめると、遅延とストレージ時間は次の方法で削減できることがわかります。

  トランジスタを飽和させるために必要な値よりも低い値に落ち着く（遅延時間を減らすため）の高い初期値を適用する（ストレージ時間を減らすため）。トランジスタをカットオフ状態に保つために必要な最小値に落ち着く（遅延時間を短縮する）高い初期逆バイアスを適用する（ストレージ時間を短縮する）。 基本的なBJTスイッチに1つのコンデンサを追加するだけで、これらの条件をすべて満たすことができます。高速コンデンサと呼ばれるこのコンデンサは、図19-7に示すようにベース抵抗の両端に接続されています。図の波形は、回路にコンデンサを追加した結果です。

  最初にハイになると、コンデンサは短絡回路のように機能します。その結果、入力信号は短時間、ベースに直接結合されます。これにより、ベースに高い初期電圧スパイクが適用され、高い初期値が生成されます。コンデンサが充電されると、飽和点のすぐ下に保持される点まで減少します。

  入力が最初に負になると、高速化コンデンサの電荷によりベースが一時的に–5 Vに駆動されます。これにより、トランジスタが急速に遮断されます。コンデンサが放電するとすぐに、ベース電圧は0 Vに戻ります。これにより、ベース-エミッタ接合部に大きな逆バイアスがかかりません。このようにして、スイッチング時間を短縮するために必要なすべての基準が満たされます。

• （3）それがどうなるかを見てください。十分でない場合は、次に再生ドライブを追加できるかどうかを確認できます。

LSTTLおよびさらに高速な友人：

警告!!!!!!!!!!!! 下の図が由来する場所
をここで見ると
、あなたとあなたのはんだごておよび/またはブレッドボードが一晩中起きている可能性があります:-)。
多くの良いアイデア。
ミラーキラーはできますか？:-)。

-以前のショットキーTTLは、ショットキートランジスタ使用に対し低電力ショットは、ショットキーダイオードを使用することに注意してください明らかステップ後方に。

あなたの問題は、スイッチを入れたときにあなたのBJTが飽和していることだと思います。つまり、コレクタを流れる電流は、ベースを流れる制御電流ではなく、コレクタパスの電流制限抵抗によって制限されます。

つまり、同じベース電流で、トランジスタはコレクタを流れる電流を増やすことができます。

この場合、トランジスタのターンオフ時間は比​​較的長くなります（正しく覚えていれば、ベース領域の電荷は主に拡散によって掃引されるため、物理的プロセスはかなり遅いです）。

次の回路を使用すると、この状況を簡単に変更できます。

エミッターを流れる電流（コレクターを流れる電流よりもわずかに大きい）により、エミッターは、コレクターを流れる電流の制限要因となるほど十分に小さいベース電流になるレベルまで上昇します。そのため、トランジスタは飽和しなくなり、より速くオフになります。

この回路には別の利点もあります。
この回路は、トランジターが加熱されて導電性が高くなると安定します（加熱されると半導体の導電性が高まります）。現在の文句はあまり変わりません（最初の回路では）。

現在、電流は供給電圧ではなく、制御電圧（Vin）に依存していることに注意してください。

EDIT1：

する
（小さい値であってもよい;さらに0オーム）ベースでRbの抵抗
エミッタに抵抗Re
のVbeベース-エミッタ電圧（シリコントランジスタの約0.7 V）
、電流増幅B（約50..100）
IE = B * Ibエミッタ電流。Ic = Ie-Ibにほぼ等しい

Vin = Rb * Ib + Vbe + Ie * Re

すなわち解決する：

すなわち=（Vin-Vbe）/（Rb / b + Re）

Rb / bは非常に小さくなります。無視することができるので、
Ie =（Vin-Vbe）/ Re

EDIT2：

両方の回路バリアントの実世界での測定を行いました。

左のバージョンは、飽和トランジスタ（A）を使用したものです。
適切なバージョンは、非飽和トランジスタ（B）のバージョンです。
どちらのバリエーションでも、スイッチ電流はほぼ同じです。

しかし、（A）で電流をオフにするのにかかる時間を見てみましょう
。CH1（ベース電圧;青）とCH2（エミッタ電流;緑）のエッジ間で1.5µs：

...および（B）：
CH1（ベース電圧;青）とCH2（エミッター電流;緑）のエッジ間でほとんど遅延なし：

ここでの問題は、BJTのスイッチングの非対称性です。

スイッチングしきい値が最小ベース電圧と最大ベース電圧の中間よりも小さい場合、トランジスタはスイッチを切るよりもスイッチを入れる時間がかかりません。半分以上の場合、スイッチを切るよりも早くスイッチを切ります。

たとえば、私が走り書きした単純化されたグラフをご覧ください。

ご覧のとおり、ベース電圧がスイッチしきい値を超えると、トランジスタがオンになります。ベースが再びスイッチしきい値を下回るまでオンのままです。これは中間点を下回っているため、そのベース電圧がスイッチしきい値に達するまでにスイッチオン時よりも時間がかかります。

ベースとグランドの間に抵抗を追加することにより、分圧器を作成します。これにより、ベース電圧の範囲が狭くなり、スイッチングしきい値を中心にベース電圧が対称に近づきます。

アンプとして動作するときは、ベース電圧をスイッチングゾーンに合わせることで、トランジスタが完全にオンまたは完全にオフになることはなく、その狭いスイッチングゾーンの周囲で操作されるようにします。

_{免責事項：はい、これは過度に単純化されていることは知っていますが、数学と公式でOPを行き詰らせることなく、基本原理を理解しています。}

私は同様の回路を持っています、エミッターと検出器の間に高抵抗器を配置すると、リークして回路が壊れます。抵抗器のサイズは非常に重要です

ベースエミッタ接合が飽和しているため、トランジスタはそれほど速くオフになりません。

私はこれを前に見、トランジスタの代わりにnmos-fetを単に置きました。信号を制御するためのGNDゲートへのソース（100オームは直列で十分な大きさよりも大きい）LEDへのドレイン。

これにより、数十ナノ秒でオンとオフを切り替えることができます