|
Гигагерцовый транзистор как импульсный ключ |
|
|
|
Dec 4 2008, 14:49
|

Дима
    
Группа: Свой
Сообщений: 1 683
Регистрация: 15-12-04
Из: Санкт-Петербург
Пользователь №: 1 486

|
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
--------------------
|
|
|
|
2 страниц
1 2 >
|
 |
Ответов
(1 - 27)
|
Dec 4 2008, 17:22
|

Местный
  
Группа: Свой
Сообщений: 468
Регистрация: 13-10-06
Из: Россия, Томск
Пользователь №: 21 291

|
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.
|
|
|
|
|
Dec 4 2008, 18:38
|
Гуру
     
Группа: Почетный участник
Сообщений: 6 851
Регистрация: 25-08-08
Из: Запорожье
Пользователь №: 39 802

|
Цитата(DSIoffe @ Dec 4 2008, 18:49)  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.
|
|
|
|
Guest_orthodox_*
|
Dec 4 2008, 23:13
|
Guests

|
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...
|
|
|
|
|
Dec 5 2008, 07:50
|

Местный
  
Группа: Свой
Сообщений: 468
Регистрация: 13-10-06
Из: Россия, Томск
Пользователь №: 21 291

|
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.
|
|
|
|
|
Dec 5 2008, 10:16
|

Дима
    
Группа: Свой
Сообщений: 1 683
Регистрация: 15-12-04
Из: Санкт-Петербург
Пользователь №: 1 486

|
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. Цитата("WEST128") 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?
--------------------
|
|
|
|
|
Dec 5 2008, 11:33
|

Местный
  
Группа: Свой
Сообщений: 468
Регистрация: 13-10-06
Из: Россия, Томск
Пользователь №: 21 291

|
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_*
|
Dec 5 2008, 13:06
|
Guests

|
Цитата(WEST128 @ Dec 5 2008, 10:50)  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...
|
|
|
|
Guest_orthodox_*
|
Dec 5 2008, 14:45
|
Guests

|
Цитата(DSIoffe @ Dec 5 2008, 16:47)  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...).
|
|
|
|
|
Dec 5 2008, 15:58
|
Знающий
   
Группа: Свой
Сообщений: 995
Регистрация: 3-06-05
Пользователь №: 5 713

|
Цитата(DSIoffe @ Dec 4 2008, 17:49)  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.
|
|
|
|
|
Dec 5 2008, 16:25
|

Частый гость
 
Группа: Свой
Сообщений: 180
Регистрация: 17-05-05
Из: Санкт-Петербург
Пользователь №: 5 128

|
Цитата(HardJoker @ Dec 5 2008, 18:58)  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?
|
|
|
|
|
Dec 5 2008, 20:06
|

Гуру
     
Группа: Свой
Сообщений: 4 363
Регистрация: 13-05-05
Из: Москва
Пользователь №: 4 987

|
Цитата(DSIoffe @ Dec 4 2008, 17:49)  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. Цитата(Microwatt @ Dec 4 2008, 21:38)  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. Цитата(Microwatt @ Dec 4 2008, 21:38)  ...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. Цитата(khach @ Dec 5 2008, 01:22)  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 Цитата(khach @ Dec 5 2008, 01:22)  ...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.
--------------------
Самонадеянность слепа. Сомнения - спутник разума. (с)
|
|
|
|
|
Dec 8 2008, 08:54
|

Дима
    
Группа: Свой
Сообщений: 1 683
Регистрация: 15-12-04
Из: Санкт-Петербург
Пользователь №: 1 486

|
Цитата("Stanislav") 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? Цитата("Stanislav") 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
--------------------
|
|
|
|
|
Dec 8 2008, 13:25
|

Местный
  
Группа: Свой
Сообщений: 468
Регистрация: 13-10-06
Из: Россия, Томск
Пользователь №: 21 291

|
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.
|
|
|
|
|
Dec 13 2008, 03:04
|

Профессионал
    
Группа: Участник
Сообщений: 1 548
Регистрация: 20-12-07
Из: г.Новосибирск
Пользователь №: 33 486

|
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
--------------------
И на камнях растут деревья!
|
|
|
|
|
Dec 15 2008, 09:25
|

Частый гость
 
Группа: Свой
Сообщений: 180
Регистрация: 17-05-05
Из: Санкт-Петербург
Пользователь №: 5 128

|
Цитата(DSIoffe @ Dec 15 2008, 11:53)  А что такое импульсный нанорежим? И можно рабочую схему? Видимо работа в ключевом режиме с длительностями импульсов единицы - десятки нс.
|
|
|
|
1 чел. читают эту тему (гостей: 1, скрытых пользователей: 0)
Пользователей: 0
|
|
|