Гигагерцовый транзистор как импульсный ключ Опции

[DSIoffe]

Здравствуйте все!
Мне нужен скоростной ключ, и я загляделся на гигагерцовые транзисторы. Когда моделирую в Micro-Cap, получается то, что надо. Но сомнения остаются.
Люди, которые работают с такими транзисторами, подскажите, пожалуйста.
1) Насколько импульсный ток через такой транзистор может быть больше, чем указанный в datasheet постоянный ток?
2) Будет ли реально такое работать на 15 МГц? Схему прилагаю.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Designer56]

Есть тут интересный момент: ВЧ транзисторы обычно применяются в линейном режиме. Я не уверен, что разработчики оптимизировали его модель для импульсного режима- с насыщением. Модель может в этом случае подвирать.

[WEST128]

Схема работать будет, и проблемы со стабильностью при использовании высокочастотных транзисторов тоже могут быть. Диодам не самое место в таких ключах, из-за значительной емкости перехода при небольших напряжениях, лучше делать полностью по двухтактной схеме (в качестве примера можно посмотреть выходы скоростных ОУ). Как правило, для транзисторов, предназначенных к применению в разнообразных устройствах, указывают предельный постоянный ток, и предельный импульсный ток (при этом определяется как длительность импульса, так и скважность). Если про импульсный режим ничего не говорится, то грубо можно взять на 60-100% больше, чем постоянный, но никакой гарантии надежности, естественно, не будет. Кстати, есть просто высокочастотные транзисторы, а есть с цепеми согласования - такие вам точно не пойдут, будте внимательны. Нижний транзистор будет работать в режиме насыщения - что очень плохо сказывается на быстродействии. Модели не всегда точно учитывают этот момент (некоторые вообще не учитывают), окончательный вердикт может вынести только эксперимент.

[Microwatt]

Здравствуйте все!
Мне нужен скоростной ключ, и я загляделся на гигагерцовые транзисторы. Когда моделирую в Micro-Cap, получается то, что надо. Но сомнения остаются.
Люди, которые работают с такими транзисторами, подскажите, пожалуйста.
1) Насколько импульсный ток через такой транзистор может быть больше, чем указанный в datasheet постоянный ток?
2) Будет ли реально такое работать на 15 МГц? Схему прилагаю.

Биполярный транзистор не может работать ключом на высоких частотах. Все эти гигагерцы достигаются в линейном режиме. Войдя в насыщение он должен очень долго "подумать", прежде чем выключиться, точнее, начать выключаться. Хотя, сам фронт переключения может быть очень коротким.
Моделировать все высокочастотное нужно в очень мощном симуляторе. "Макетная плата" называется.
Иначе, после успешного моделирования, в реальной жизни вдруг оказывается, что ОУ 10 кГц совершенно не тянет.

[khach]

Коммутировать субнаносекунды можно только дифференциальной парой мощных транзисторов- перебрасывая ток с одного плеча на другое. При этом оба транзистора остаются в режиме близком к линейному . Посмотрите схемотехнику выходных каскадов импульсных генераторов Г5-хх, там где КТ610, КТ639 стоят. А симулятор для таких задач бесполезен, даже специализированный СВЧ. И что значит 15 МГц? Максимальная частота в спектре сигнала? Тогда зачем там гигагерцовые транзисторы. Частота повторения импульсов? Тогда это вообще ни о чем не говорит- приведите требуемую длительность фронта импульса.

[Microwatt]

Коммутировать субнаносекунды можно только дифференциальной парой мощных транзисторов- перебрасывая ток с одного плеча на другое. При этом оба транзистора остаются в режиме близком к линейному .

да, и вот это я бы поддержал.

[Guest_orthodox_*]

Или комплементарную пару полевичков поставить... Небольшие резисторы в стоки - сквозняк ограничить...затворы вместе, истоки по питаниям... Тоже неплохо выходит, на irlml и как там дальше...5103 или 5102 , а комплементарный кажется 2804... В общем, выбор есть в sot23 ...Деталей минимум, нагрузку тащат - мама не горюй, индуктивную нагрузку - просто обожают , емкостной тоже не брезгуют...

[777777]

Или комплементарную пару полевичков поставить... Небольшие резисторы в стоки - сквозняк ограничить...затворы вместе, истоки по питаниям... Тоже неплохо выходит, на irlml и как там дальше...5103 или 5102 , а комплементарный кажется 2804... В общем, выбор есть в sot23 ...Деталей минимум, нагрузку тащат - мама не горюй, индуктивную нагрузку - просто обожают , емкостной тоже не брезгуют...

IRF7509!

[WEST128]

А драйвер для них делать, который будет затвор перезаряжать с частотой 15 МГц ? Если брать полевые, то лучше что-то из высокочастотной серии, у них емкость затвора поменьше будет (ток стока тоже). Если честно, то столь простую схему проще собрать, чем симулировать, затем разбираться с глюками симулятора, и т.д.
Насыщение тоже вопрос интересный, как пример: усилители класса С на частоты 2-3 ГГц, а ведь транзистор там входит в насыщение. Сам этот процесс сводится к накоплению неосновных носителей в базе, которые при выключении некоторое время поддерживают ток. Время жизни носителей примерно обратно пропорционально граничной частоте транзистора, неплохо описано здесь : http://www.katalogov.info/lec1.htm . Поэтому, выбирая высокочастотные транзисторы, можно работать в режиме насыщения и обеспечивать неплохие динамические параметры. И еще - заряд в базе должен накопиться, поэтому время рассасывания заряда вполне коррелирует с временем, в котором транзистор находился в режиме насыщения.

[DSIoffe]

Я думал, хоть кто-то знает или пробовал. Поэтому и спросил именно здесь.
Насчёт полевиков: WEST128 совершенно прав, для них ещё драйвер надо делать. И на перезарядку емкостей их затворов ток пойдёт.
Мне нужна минимальная схема с минимальным потреблением, потому и решил попробовать на рассыпухе. На выходе должны быть импульсы размахом 8 - 12 В с фронтами не дольше 15 нс по уровням 10% на нагрузке 300 пФ. Часто любят советовать КМОП драйверы. Если кто захочет, гляньте на их потери на crowbar при таких частотах. Я посчитал: некоторые просто умрут.
Чтобы собрать схему, надо добыть транзисторы. Чтобы их добыть, надо выбрать нужный тип. Чтобы выбрать нужный тип, надо моделировать. Или считать как-то (мне слабО).
Результаты моделирования выглядят вполне осмысленно: нужное получается только на гигагерцовых транзисторах. Лет 15 назад я видел схему на BFR92 и комплементарном к нему. Но на четырёх транзисторах. Оно работало, хотя и грелось. А транзисторы дохленькие совсем, до 25 мА.

Нижний транзистор будет работать в режиме насыщения - что очень плохо сказывается на быстродействии. Модели не всегда точно учитывают этот момент (некоторые вообще не учитывают),

А как бы определить по тексту модели: учитывается или не учитывается?

[WEST128]

От полевых транзисторов рано отказались. Можно сгородить такой огород: в качестве ключей берем вниз BSH103 (входная емкость 83 пФ, N-тип), вверх BSH203 (входная емкость 110 пФ, Р-тип). На управление каждым ключем ставим логику типа 74АС245 - объеденив выходы, получим ток до 400 мА - для управления транзисторами достаточно. Останется приделать схему смещения уровня для управления верхним драйвером и сгородить питание. Задача решена, может, и не очень красиво, но работать будет. Примерно по подобной схемотехнике у меня был собран прибор, показал времена порядка 15-20 нс по спаду/нарастанию при напряжении 30 В, транзисторы были IRFL014 и IRFL9014, драйвер LM5101, вам такой вариант не пойдет - драйвер не выдержит частоты переключения, и ёмкости транзисторов великоваты.

[Guest_orthodox_*]

А драйвер для них делать, который будет затвор перезаряжать с частотой 15 МГц ?

А в чем, собственно, проблемы?
Смотрим первоисточник, считаем:
[attachment=27474:attachment][attachment=27475:attachment]

K-моп логика 4000 серии это прокачивает легко.
80 пик не так уж много... Если нужно иметь ток на выходе большой, есть чего-то с сопротивлением канала миллиом 100, но емкость там выше, конечно...
Миллер влияет гораздо больше, но ничего...

Так что фронты по нан 10 можно рассчитывать и с медленной логики получить, за счет усиления.
Про сквозняки я выше писал... Работоспособно, просто не понадобилось в свое время...

[DSIoffe]

K-моп логика 4000 серии это прокачивает легко.

4000? Это которая К561? На 15 МГц?

[Guest_orthodox_*]

4000? Это которая К561? На 15 МГц?

Нет, конечно. На 15 Мгц она не идет. Но фронта на выходе драйвера получаются весьма крутые, я это просто как гиперболу использовал....Прием такой литературный

Ваша логика тоже должна бы обеспечить нужный фронт (только лучше ), в крайнем случае параллелится два выхода. Или параллелятся входы, а потом один выход на нижнее плечо, второй через сдвиг уровня на верхнее (у Вас же выход больше по напряжению, чем питание логики...).

[HardJoker]

Здравствуйте все!
Мне нужен скоростной ключ, и я загляделся на гигагерцовые транзисторы. Когда моделирую в Micro-Cap, получается то, что надо. Но сомнения остаются.
Люди, которые работают с такими транзисторами, подскажите, пожалуйста.
1) Насколько импульсный ток через такой транзистор может быть больше, чем указанный в datasheet постоянный ток?
2) Будет ли реально такое работать на 15 МГц? Схему прилагаю.

Можно посмотреть (мощные) полевые транзисторы на http://www.microsemi.com/catalog/com_partbrowse.asp. Реально получалось для 300V импульса передний/задний фронты по 1.5ns.

[Sergei_Ilchenko]

Можно посмотреть (мощные) полевые транзисторы на http://www.microsemi.com/catalog/com_partbrowse.asp. Реально получалось для 300V импульса передний/задний фронты по 1.5ns.

А имена есть у этих полевых транзисторов?

[HardJoker]

А имена есть у этих полевых транзисторов?

По косвенным данным ARF447. Время фронта (типовое) по даташиту указано в районе 5ns, в реальной жизни не более 2ns.

[asdf]

По косвенным данным ARF447. Время фронта (типовое) по даташиту указано в районе 5ns, в реальной жизни не более 2ns.

Знаете, готовый драйвер (даже пара) типа IXDD415 на частоту до 40 мГц, в Москве в 2 раза дешевле чем один такой транзистор , в Питере , я думаю, тоже.

[Stanislav]

Здравствуйте все!
Мне нужен скоростной ключ, и я загляделся на гигагерцовые транзисторы. Когда моделирую в Micro-Cap, получается то, что надо. Но сомнения остаются.
Люди, которые работают с такими транзисторами, подскажите, пожалуйста.
1) Насколько импульсный ток через такой транзистор может быть больше, чем указанный в datasheet постоянный ток?
2) Будет ли реально такое работать на 15 МГц? Схему прилагаю.

Дмитрий, почти всё здесь уже написали. Немного подкорректирую только.
15 МГц получить - не проблема, тем более на 12В. СВЧ транзисторы здесь без толку - можно сделать всё и на КТ315.
Единственная проблемма - ёмкость нагрузки. Для прокачки такой ёмкости потребуются довольно мощные транзисторы в выходном каскаде. А маломощные гигагерцовые с такой задачей справиться неспособны.
Поэтому, возникает ощущение не совсем корректно поставленной задачи. Опишите, пожалуйста, что именно Вам нужно сделать, и как можно подробнее.

ЗЫ. Макс. допустимый импульсный ток может превосходить на порядки макс. допустимый постоянный ток только в специальных импульсных БТ. Для СВЧ транзисторов они отличаются, как правило, всего лишь в 1.5-3 раза, по причине быстрой деградации кристаллов при бОльших токах.

Извините, небольшой комментарий.

Биполярный транзистор не может работать ключом на высоких частотах. Все эти гигагерцы достигаются в линейном режиме. Войдя в насыщение он должен очень долго "подумать", прежде чем выключиться, точнее, начать выключаться. Хотя, сам фронт переключения может быть очень коротким.

Я понял Вашу мысль, однако, она не совсем верна терминологически.
ВЧ ключом БТ работать может. Не может при данных условиях он работать лишь в режиме насыщения, будь он даже СВЧ.
Один из вариантов - ЭСЛ, по типу того, что предложил ув. khach, другой - с введением нелинейной ООС по типу ТТЛШ, предотвращающей насыщение. Есть и более старые варианты - ДТЛ и РТЛ с ненасыщаемыми БТ, например.
Здесь нужно прокачать ёмкость 300 пФ на 15 МГц, о чём как-то все забыли.

...Моделировать все высокочастотное нужно в очень мощном симуляторе. "Макетная плата" называется...

Несомненно.
И топология макетки должна быть соответствующая, иначе может не получиться даже то, что работать должно.

Коммутировать субнаносекунды можно только дифференциальной парой мощных транзисторов- перебрасывая ток с одного плеча на другое. При этом оба транзистора остаются в режиме близком к линейному.

Это верно, но здесь главная засада - ёмкостный характер нагрузки. Предлагаю подождать ответа DSIoffe

...Посмотрите схемотехнику выходных каскадов импульсных генераторов Г5-хх, там где КТ610, КТ639 стоят. А симулятор для таких задач бесполезен, даже специализированный СВЧ. И что значит 15 МГц? Максимальная частота в спектре сигнала? Тогда зачем там гигагерцовые транзисторы. Частота повторения импульсов? Тогда это вообще ни о чем не говорит- приведите требуемую длительность фронта импульса.

Присоединяюсь к вопросам. Также нужно описать сам сигнал и характер нагрузки наиболее полно.

[DSIoffe]

Макс. допустимый импульсный ток может превосходить на порядки макс. допустимый постоянный ток только в специальных импульсных БТ. Для СВЧ транзисторов они отличаются, как правило, всего лишь в 1.5-3 раза, по причине быстрой деградации кристаллов при бОльших токах.

Во, спасибо большое. Это именно то, что я хотел узнать. А как бы можно это оценить по сочетанию параметров в datasheet конкретного транзистора?

Присоединяюсь к вопросам. Также нужно описать сам сигнал и характер нагрузки наиболее полно.

На входе сигнал от 74ACxx с питанием от 3,3В, на выходе нужны импульсы от 8 до 12 В от земли в плюс, частотой 15 МГц, фронты не более 15 нс, задержки столько же и стабильные в индустриальном диапазоне температур (уход не больше +-5нс), нагрузка до 300 пФ. Очень важно: минимальное потребление, низкий уровень импульсных помех, простота схемы.
Я попробовал нарисовать схему с ПТ и помоделировать её. Длительность фронтов еле вписывается, и повлиять нельзя никак. Сквозные токи под полтора ампера. Если бороться с ними через резисторы в цепях истока, то недопустимо затягиваются фронты выходных импульсов. Схему прилагаю. Может, кто подскажет, что улучшить?
Пока всё-таки мне больше нравится та схема, которую я привёл в начале темы. Меняя резисторы, можно разнообразить фронты. Сквозные токи совсем маленькие. Взял её из книги М.В. Гальперина "Практическая схемотехника в промышленной автоматике" за 1987 г. В доинтернетную эпоху видел эту схему неоднократно в рукописных копиях Правда, я не очень понимаю её замысел.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[WEST128]

Замысел прост - вверх работает повторитель Х8, вниз каскад с ОЭ Х9, повторитель в таком случае вне игры, поскольку ток идет через диод D1 и на базе отрицательное напряжение. Касательно данной схемы: выкинуть диод, а на выходе поставить комплиментарный повторитель, можно вообще без тока покоя. Транзисторы выходного повторителя будут или заперты, или в активном режиме, но никогда в насыщении, останется придумать как избавить от этой болезни входной каскад, и все. Можно взять идею из ТТЛШ логики. Вот только найти PNP быстрый транзистор с достаточным током проблема.

[DSIoffe]

Вот только найти PNP быстрый транзистор с достаточным током проблема.

Поэтому я и остановился на этой схеме

[WEST128]

Как сделаете макетку, хотелось бы увидеть осциллограммы, если не затруднит.

[DSIoffe]

Попробую. Мне как раз новый осциллограф выдали, 200 МГц и связь с компьютером через USB.

[Sergei_Ilchenko]

Знаете, готовый драйвер (даже пара) типа IXDD415 на частоту до 40 мГц, в Москве в 2 раза дешевле чем один такой транзистор , в Питере , я думаю, тоже.

Спасибо! Только все равно дороговато

[domowoj]

При работе с СВЧ транзисторами в импульсном нанорежиме во избежание их самовозбуждения
обычно в базы ставят антизвонные резисторы 10...50 Ом - это первое.

Второе - некоторые СВЧ транзисторы боятся "статики", те их нельзя трогать руками без доп. заземляющих мер, тем более проверять их целостность тестером и тд.

Чтобы получить высокую скорость переключения обычно транзисторы используют в активном режиме,
используя схемные ухищрения (токовое зеркало, дифкаскад, схема с общей базой),
причем чем выше ток, тем больше скорость.

Или хотя бы так

Сообщение отредактировал domowoj - Dec 13 2008, 03:18

Эскизы прикрепленных изображений

 

[DSIoffe]

При работе с СВЧ транзисторами в импульсном нанорежиме

А что такое импульсный нанорежим?
И можно рабочую схему?

[Sergei_Ilchenko]

А что такое импульсный нанорежим?
И можно рабочую схему?

Видимо работа в ключевом режиме с длительностями импульсов единицы - десятки нс.