Por que minha base NPN é tão lenta para desligar?

O circuito abaixo é o mais simples possível, mas não está se comportando como eu esperava. V3 é uma onda quadrada de 3,3Vpp entrando na base do transistor, então eu esperaria ver V_Out alto quando V3 estiver baixo e vice-versa. Basicamente, um circuito de inversão.

Mais importante, eu esperaria que este circuito fosse rápido o suficiente para acompanhar a onda quadrada de 400 kHz. Um 2222 pode ter 25 pf de capacitância em sua entrada, o que fornece uma constante de tempo de 25 ns com R2.

esquemático

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

No entanto, na simulação, vejo o V_Base demorando um pouco para reagir na borda descendente do V_In:

Infelizmente, isso parece manter o V_Out por muito mais tempo do que eu gostaria. Veja V_In representado graficamente contra V_out (lembre-se da inversão):

Eu posso melhorar o "alongamento" abaixando R2 ou R3 e acelerando o circuito, mas, de uma visão de primeira ordem, não vejo por que devo fazê-lo. Também não entendo por que apenas uma borda é lenta. A capacitância do emissor base do Q1 não poderia explicar isso, poderia? Falta um efeito de segunda ordem?

PS: Eu sei que é estranho ter um circuito emissor comum onde o transistor base é menor que o transistor emissor. Vamos chamar isso de exercício acadêmico.

switches bjt

— jalalipop
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Qual é o nível superior da tensão de entrada? Eu acho que o transistor é conduzido à saturação, o que pode levar algum tempo considerável para se recuperar. Você já tentou usar circuitos anti-saturação, como, por exemplo, um grampo para padeiro?

— Bart

Seu pico de pico de 3,3V se parece mais com 6,6V de pico a pico para mim.

— precisa saber é o seguinte

@ Finbarr Você está certo, na minha pressa eu estraguei a transferência esquemática. Corrigido, obrigado.

— precisa saber é

@ Bart Wow sim, é isso, eu não posso acreditar que eu já tinha esquecido a saturação! Poste uma resposta e terei prazer em aceitar.

— precisa saber é o seguinte

electronics.stackexchange.com/questions/55073/...

— Brian Drummond

Respostas:

A tensão de entrada de pico de 3,3 V leva o transistor à saturação, o que pode levar um tempo considerável para se recuperar. Tente usar circuitos anti-saturação, como um grampo para padeiro, ou abaixe a tensão de entrada.

— Bart
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Bom - talvez você possa educar o OP (e qualquer outra pessoa) um pouco mais sobre a transição da saturação para o corte e por que leva muito tempo. E como um grampo Baker ajuda a restringir a profundidade da saturação do dispositivo. Isso tornaria uma boa resposta.

— precisa saber é

Ou aumentar o resistor de base?

— RoyC 16/01/19

@RoyC Pensei nisso, mas finalmente decidi que não era um bom design. Você precisaria encontrar um resistor que incline a base com a quantidade certa de corrente que, multiplicada pelo hfe, cairia o suficiente em R3 para balançar a saída "baixa", mas não tanto quanto saturar o BJT. Projetar para um hfe específico não é uma boa prática.

— jalalipop

Concordo, mas eu ainda projetaria para hfe mínimo especificado.

— RoyC 16/01/19

@RoyC - Claro, mas se você projetar para saturação limítrofe no mínimo hfe, qualquer transistor com mais que o mínimo (e a maioria é muito melhor) entrará em saturação, o que derrota o ponto. Quanto melhor for o transistor, melhor o resultado. E sim, existem graus de saturação, mas o ponto permanece.

— precisa saber é o seguinte

Eu tive um problema semelhante, causado por levar o transistor à saturação, como mencionado por Bart.

Como eu já tinha os PCBs, adicionar um circuito anti-saturação teria sido difícil. Em vez disso, substituí o resistor de base, originalmente 1 kohm, por 10 kohm e por 1 nF em paralelo. O capacitor fornece um pico de corrente para alterar rapidamente a tensão básica.

— jpa
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Estou no mesmo barco aqui. Acabei contornando este circuito completamente, pois era desnecessário no quadro, mas fazer o que você disse (com 200kΩ e 25pf no meu caso) realmente oferece um desempenho bastante sólido, embora com alguma ultrapassagem macabra. Ainda legal!

— precisa saber é o seguinte

Para adicionar um pouco mais, a fim de retirar as cargas da base, quando o sinal de acionamento muda abruptamente de estado, o capacitor momentâneo faz com que um pulso negativo apareça na base do transistor. Isso atrai todas as cargas para fora da base, fazendo com que o transistor entre em um corte mais rápido do que em comparação com as cargas.

— precisa saber é