Есть вот такая нехитрая задача: отключать + питания от нагрузки при помощи микроконтроллера.
У меня мигом в голову пришла схема из двух транзисторов, которую я привожу ниже.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Поясню: коммутируемое напряжение +150 вольт, ток от 1 до 50 мА (зависит от нагрузки). Нагрузка располагается между землей и коллектором pnp транзистора. Линия STIM_EN - выход буферного усилителя, управляемого микроконтроллером. Оба транзистора - комплементраная пара, высоковольтные (300 вольт), скоростные (до 50 МГц).
А теперь самое интересное: подавать импульсы на нагрузку нужно длительностью 100 мкс. И все бы было хорошо, да вот только pnp транзистор открывается очень хорошо, а вот закрывается после 100 мкс импульса еще 1мс. То есть на осциллографе видно "хвост", который тянется 1мс, затухая по экспоненте, что недопустимо. В идеале хотелось бы иметь одинаковые фронты не превышающие 10 мкс каждый.

Так вот, вопрос: есть ли какие-либо меры по борьбе с этим хвостом?
Или может посоветуете какую-нибудь другую хитрую схему (прошу схемы, типа драйвер верхнего уровня или еще хуже преобразователь отдельный поставить и прилипить к + питания IGBT или MOSFET не предлагать, так как места на плате очень мало и хотелось бы получить простую, надежную и маленькую по площади на плате схему)?

Заранее спасибо.

Есть подозрение что оба транзистора при включении находятся в режиме глубокого насыщения.
Какой ток втекает в базу транзистора VT4 во включенном состоянии? Резистор R26 имхо слишком низкого номинала.
Ускорить выход из насыщения обоих транзисторов можно если добавить в цепь их эмиттеров резисторы (падение напряжение 100...200 мВ во включенном состоянии) и зашунтировать их немаленькими емкостями.

Так может, у вас конденсатор в нагрузке ? Транзистор давно закрыт, а конденсатор удерживает на себе заряд.
И почему вы решили, что именно этот транзистор медленно закрывается ? Может, это NPN - транзистор виноват ? Хотя версия с конденсатором в нагрузке мне представляется куда более вероятной ...

Чтобы не давать транзистору(bc847) насыщаться, я включал диод шоттки между коллектором и базой. Когда напряжение коллектора опускается ниже базы, диод открывается и отсасывает в коллектор весь "лишний" ток из базы, создавая вместо насыщения глубокую отрицательную ОС. На большой мощности может потребоваться ещё диод последовательно с базой, так как напряжение насыщения коллектора повыше.

Если эта схема не управляет емкостной нагрузкой, что наиболее вероятно, можно попробовать применить каскодную схему, добавить еще один npn транзистор в цепь коллектора VT4 вместо R25, смещение на его базе сформировать с помощью резистивного делителя.

Само собой, в нагрузке упорно замалчиваемый конденсатор, потому что у предъявленной схемы даже близко нет заявленных 1000 мкс:

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Можно форсировать процесс дополнительным n-p-n транзистором,
т.е. квазидвухтактный выход.
Посмотрите, как сделан видеоусилитель в телевизорах 3УСЦТ.

А все дело в том, что npn транзистор у Вас неправильно включен и он плохо запирается, если вообще не до конца запирается.

Значит надо сделать немного по-другому. От питания контроллера сделать делитель и к нему подключить базу нижнего транзистора. А его эмиттер через резистор - на микроконтроллер. Тогда нижний транзистор точно будет хорошо закрываться... Еще можно между БЭ поставить резистор...
А для верхнего, если там ток небольшой, то можно убрать режим насыщения. Для этого с Б на К ставится диод. И когда происходит насыщение, ток из базы забирается диодом...

И есть еще вариант, но он хуже чем предыдущий...
А еще можно в Вашу схему в Э npn транзистора поставить диод в прямом направлении и его запитать от питания микроконтроллера через резистор. Тогда npn транзистор получит подпор в 1 вольт и будет хорошо запираться...

И если верхний транзистор будет медленно запираться, то можно сделать еще такой каскад и к верхнему транзистору второй верхний подключить между БЭ, чтобы он быстро запирал первый верхний...

Если есть вопросы - то по скайпу...

Для разряда емкости нагрузки можно сделать так как на нижней схеме.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Да, по симуляции верхний транзистор закрывается быстро (пара сотен наносекунд). В модельке MMBTA92 прописано емкость коллекторного перехода 10пФ, эмиттерного - 39пФ.

Симуляция - немного не так. Управляющий импульс до нуля никогда не спадает, а потому нижний транзистор никогда не закроется...

Увеличение "нуля" До 0,64В никак не влияет на работу ключей, при дальнейшем увеличении верхняя схема перестает закрываться, а нижняя работает нормально.
Возможно модельки транзисторов не совсем честные и на практике все немного хуже, но спад на проотяжении 1000мкс это както через чур для процессов рассасывания заряда в базе

Убрал свое ошибочное замечание. Спасибо domowoj.

Оно определяется прямым падением на диоде Д2.
Как оно может быть много больше -5В?

Тут должен согласиться. Свое замечание убрал. Спасибо.

Вот еще вариант решения задачи (если я ее правильно понял - про "токовый хвост" - надо быстро закрыть верхний ключ, разрядив емкость со стороны базы VT1, быстро выведя его из состояния насыщения, а не разрядить емкость нагрузки, иначе бы речь щла о "хвосте напряжения"):

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Транзисторы Q10 и Q12 - bc856a/bc846a - замените на pmbta/mmbta
Q9 - BC847A
D10 - обычный любой диод, не шоттки, навроде LL4148

номиналы были рассчитаны исходя из задачи - крайне дешовый малопотребляющий импульсный ключевой преобразователь с входным напряжением порядка 40-60V, так что под Ваши скорости нарастаний и спадов, возможно, нужны коррективы. Да и в связи с заменой транзисторов - у них уменьшится h21э

UPD: Если еще надо и разрядить емкость нагрузки, то этим, вторым, ключом, логично управлять напрямую от микроконтроллера, а не мудрить с псевдодвухтактником.

UPD2:
Схема давно работает в большой серии, то есть, не только в модели.

PS
Сорри за нумерацию компонентов, это вырезка из большой модели.

Имхо, самый лучший совет был от Timmy про включение диода Шоттки. Я обеими руками "за", поскольку проверял; действительно дает очень хорошие фронты. Причем практическая проба показала, что от падения на диоде это как-то мало зависит, пробовал использовать германиевые диоды с малым падением - ничего подобного, никакого положительного эффекта они не дают; только Шоттки!

А во времена, когда шоттков не было, делал так: включить конденсатор паралельно R25 и резистор между коллектором VT4 и +150, чтобы конденсатор мог работать (иначе при отключении VT4 он просто повиснет в воздухе). Но это более капризный вариант, требует подбора номиналов.

Подразумеваю что проверено, что VT4 исправно закрывается (в противном случае см. советы о нем).

Это все, конечно, хорошо, за исключением того, что слаботочный малогабаритный диод шоттки на 200V (150 + запас), который даст разумное падение напряжения, чтобы вывести транзистор из насыщения, что-то в голову не приходит. И не факт, что скорость закрытия будет должной, так как шоттки, несмотря на то, что не дает транзистору насытиться (чем ускоряет его собственную скорость закрытия при условии должной скорости разрядки емкости со стороны базы, которой там нет - емкость разряжается сама по себе в базу и в R20, чего явно недостаточно), добавляет свою (а у 200V шоток она очень немаленькая) емкость на сторону базы, которая еще и умножится на h21э, благодаря старине Миллеру. Так что... Мертвому припарка в данном конкретном случае. То есть, сначала надо обеспечить разряд емкости базы VT1, а только потом, если это еще останется актуальным, ускоряться шоттками.

UPD:
Самое интересное, что автор темы пропал... Видимо, не особо ему все это надо.

UPD2:
BTW, VT4, из соображений рассасывания - по любому надо перевести в режим источника тока из ключевого.

На 150 вольт не пробовал, да. Была работа на низковольтной стороне.
Не вдавался глубоко, почему именно Шоттки срабатывали так хорошо, но что фронты получались очень красивые - факт.

Вот с этим не поспоришь.

Но почему бы не поставить VT1 эмиттерным повторителем (npn), раз уж все равно 150-вольтный сигнал на коллекторе VT4 мы имеем?

Тут я не в курсе, какие там условия у ТС, но, при прочих примерно равных, во первых, через VT4 потечет немалый ток, отбираемый от источника 150В, когда VT1 закрыт, во вторых - у VT1 при закрытии будет нехилое обратное напряжение на переходе ЭБ - а у mmbta42 оно 6В максимум, так что кирдык котенку от емкости потребителя, в третьих - пострадает теперь время открытия, так как открываться он будет током через резистор.

Плохо тем, что эмиттерник надо чемто открывать (резистор), а при закрытии, когда нагрузка обесточена этот резистор будет постоянно греться, что не есть гуд.

Ну а так он будет греться, когда нагрузка включена.
В чем принципиальная разница - не понимаю.
Тот же самый R25.

150/56=2.7мА

Если у потребителя нехилая емкость - отделить его силовым диодом.

Теоретически - да. Но в большинстве практических ситуаций открывание происходит заметно легче и быстрее, чем закрытие. Возможно оно не превзойдет условий, необходимых автору.

тут вопрос чисто к пропавшему ТС. В моем случае, когда я занимался ускорением каскада, среднее потребление от В/В источника, с учетом периодических довольно сильноточных импульсов, не должно было превышать 300 мкА, так что такие вот 2.7 мА (а это 0.4 ватта!), могут быть критическими.

-----------------------

Вдогонку. Вот посчитал, так как Ваши 150/56 показались совершенно нереальными навскидку, так как база эмиттерного повторителя должна быть соединена напрямую на коллектор VT4, а резистор между базой и коллектором....

Почему 56? Мы имеем макс. ток нагрузки 50 мА. Имеем h21э >= 40. Итого в базу надо вдуть 50/40 = 1.25 мА. Далее смотрим - на транзисторе по документации нельзя рассеивать больше, чем 0.25 Вт. Итого недопустимо при 50 мА падение на КЭ больше, чем 5В, значит резистор между базой и коллектором не должен быть больше, чем 5/0.00125 = 4кОм. А значит ток при закрытом транзисторе будет отнюдь не 150/56, а 150/4 = 37.5 мА, а это уже 5.6 Вт!

Так что.... Вот так... И на сколько все это реально?

Можно из без шоттки обойтись, только нужно 2 диода Емкость всего 5пФ, так что ухудшения быть не может, только улучшение
Как видно из графиков с диодом падение на ключе увеличилось до 0,85В, так что он уже явно не в насыщении.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

1. Всем, кто откликнулся, большое спасибо!
Получилось довольно много дельных, по-моему, советов.
2. Пардон за отсутствие - была запарка с этой самой схемой, а тут начальство хочет уже прибор рабочий юзать и т.д. Так что сообщения я все читал, а вот ответить толком собрался только сейчас.


3. Идея с диодом хороша, но SM уже за меня ответил. По своему опыту могу сказать, что емкость у таких шоток будет чудовищной и ситуация еще и ухудшиться может.


4. Бес меня попутал, и я забыл сразу написать про нагрузку, так вот: пока что экспериментировал с чисто резистивной нагрузкой, так что емкость тут ни при чем (конечно по плате, проводам и т.д. набегает паразитная емкость, но она не превышает 10пФ - измеренно хорошим тестером). Так что дело было именно в насыщении или даже перенасыщении
В конечной схеме емкость в нагрузке есть и довольно большая, но разряжать ее нельзя. И это уже совсем другая история.


5. Так и сделал. То есть переделал схему из "ключа" в "источник тока верхнего уровня". Для этого схему пришлось нерадикально изменить, а именно из усилителя сделать не повторитель, а посадить его ОС на землю после нагрузки через резистор и напряжение подавать с ЦАПа, встроенного в МК и проблемы с перенасыщением ушли.


6. Даже если это адекватные цифры, они ужасны.

Зачем так сложно? Аж с ЦАП! Для этого, на самом деле, достаточно R25 перенести из коллектора VT4 в эмиттер, коллектор подключить напрямую на базу VT1, и пересчитать R25, чтобы при подаче на базу VT4 3.3 вольт каскад дал 1.25 мА, требуемые по расчету для mmbta92 для обеспечения 50 мА в нагрузке. Но от насыщения VT1 это не спасет, и быстрее его закрывать не станет. Это убыстрит только сам VT4. Или я что-то недопонял....

И заданием тока нельзя уходить от насыщения в VT1, так как разброс h21э - это как минимум на порядок.

Ну, дело было так: у меня была схема - источник тока, где на нагрузке постоянно 150вольт висело, а ток через нагрузку я задавал при помощи той же схемы: ЦАП, операционник, npn транзистор. Схема давно работала и работала хорошо, но теперь обстоятельства изменились и постоянно подавать на назгузку 150 вольт стало категорически нельзя. Вот я и подумал, что чтобы вносить в схему поменьше изменений, просто добавлю каскад, который бы эти 150 вольт отключал от нагрузки. Посадил нагрузку на землю и стал макетировать цепь, схему которой я привел в первом ссобщении, и нарвался на тот самый хвост. Опыта в хитрых транзисторных схемах у меня не много, вот и решил, что я, может, что-то не понимаю и написаю на форму... Ну, а дальше вы уже знаете: поковырял эту схему и понял, что если в базу VT1 хороший ток подать, а из-за большого сопротивления нагрузки через эмиттер-коллектор ток не потечет, то вот после таких ситуаций "хвост" и возникает...
Поскольку первоначальная задача именно и была: источник тока, с оключаемой от + нагрузкой, то я и решил модифицировать упомянутую схему до источника тока верхнего уровня. Вот.


Может быть я не правильно вас понимаю, но описанная мною схема (с ЦАПом) дает систему автомаического регулирования с обратной связью по току, то есть я задаю на ЦАПе требуемое падение напряжения на резисторе (датчике тока), а дальше операционник делает всю работу.
То есть основная проблема со схемой, из первого сообщения темы была в том, что вот допустим я хочу чтобы в нагрузку ток пошел 50 мА, даю хороший ток в базу транзисторов, а хороший ток по каким-то причинам (напимер очень большое сопротивление нагрузки) в цепи коллектора VT1 не потек. Вот при таких ситуациях "хвост" и возникал.
Может это радикально проблему не решает, но при нагрузке от 1к до 500 кОм, хвост совершенно пропал, чего мне и достаточно.


я так и сделал

Ну я то в схеме никаких операционников-то не вижу. Перед глазами те самые два резистора и два транзистора из первого поста.

В первом же посте дальше по тексту написано, что перед нижним транзистором стоит операционник-поворитель

Ну извините, "буферный усилитель" у меня больше ассоциируется с чем-то типа SN74LVC1G125, а не с операционником, тем более, с ООС по току в нагрузке.

виноват, надо было явно написать