Ich habe einen Transistorschalter wie im Anhang entwickelt. Leider
erfüllt er nicht meine Anforderungen/Erwartungen. Die Schaltzeit liegt
bei der abfallenden Flanke bei bestenfalls 150 Nanosekunden. Am liebsten
hätte ich natürlich einen Schalter der so schnell wie möglich schaltet,
aber es sollte wenigstens unter 100 ns sein.
Klar ich könnte natürlich noch einen schnelleren Transistor verwenden,
aber eigentlich sollte mit dem gegebenen auch mehr möglich sein.
Ich komme ich gerade nicht weiter, was eine Verbesserung der
Schaltzeiten betrifft. Der Gewinn durch die Schottkydiode war auch sehr
gering.
Vielleicht wißt ihr ja, wie man den Schalter schneller macht.
Frank schrieb:> Die Schaltzeit liegt> bei der abfallenden Flanke bei bestenfalls 150 Nanosekunden.
bei der fallenden Flanke sperrt der Transistor, die Last wird allein von
R7 umgeladen. Eine Schaltzeit von 150ns (10%-90%) entspricht einer
Zeitkonstante von 70ns, und die hast du bei einem Widerstand von 10kOhm
wenn die kapazitive Last 7ns beträgt (also z.B. ein Oszitastkopf in x10
Stellung).
Schneller wird die fallende Flanke z.B. wenn du R7 kleiner wählst.
tobi schrieb:> Da braucht er schon seine Zeit bis er wieder aus der Sättigung kommt....
um das zu vermeiden wurde ja die Schottkydiode eingebaut.
R7 deutlich verkleinern, oder stattdessen eine Konstantstromquelle
einsetzen (wenn möglich ebenfalls mit höherem Strom).
Meinen Glückwunsch, daß du überhaupt 150ns erreicht hast. Bei kleinen
Strömen sind Transistoren am Collector sehr langsam, fast egal was man
an der Basis so an Aufwand treibt.
Übliche Kleinleistungstransistoren sind dafür einfach noch zu groß, man
bräuchte sowas Kleineres, was z.B. in ICs verbaut ist...
Uwe S. schrieb:> R7 deutlich verkleinern, oder stattdessen eine Konstantstromquelle> einsetzen (wenn möglich ebenfalls mit höherem Strom).
Momentan ist es ein bißchen verhext, egal welchen Wert (Widerstand,
Kapazität) ändere, es schaltet nur langsamer. Mit R7 = 4,7 KOhm wird die
Schaltgeschwindigkeit reduziert. Mit R7 = 20 KOhm ist sie deutlich
langsamer. Eine Stromquelle gut, aber wie verschalten?
> Meinen Glückwunsch, daß du überhaupt 150ns erreicht hast. Bei kleinen> Strömen sind Transistoren am Collector sehr langsam, fast egal was man> an der Basis so an Aufwand treibt.> Übliche Kleinleistungstransistoren sind dafür einfach noch zu groß, man> bräuchte sowas Kleineres, was z.B. in ICs verbaut ist...
Eigentlich ist diese diskrete Schaltung dafür da um einen langsamen IC
der nur mit 1 Mikrosekunde schaltet zu ersetzen. Ich habe mir auch schon
CMOS-Analogschalter überlegt, aber die schalten auch nicht schnell genug
(so ~500 ns).
tobi schrieb:> Du übersteuerst den Transistor ganz schön mit dem Basiswiderstand von> nur 1k.
Unsinn, er hat doch die Schottky-Diode als Anti-Sättigung drin.
Die 150ns sind gar nicht so schlecht.
Das Datenblatt des BC857 ist zwar wie üblich schlecht und enthält keine
Schaltzeit, aber er ist vergleichbar mit dem 2N2222 und der sagt
http://www.pci-card.com/2n2222a.pdf
es könnten auch 250ns werden.
Da der BC857 irgendwie der billigste Abfall ist der vom Fertigungsband
fällt, kann man von ihm nicht mehr (oder weniger, wie man will)
erwarten.
Nimmt man extra als schnelle Schalter beworbene Transistoren, kommt man
auf unter 20ns
https://www.fairchildsemi.com/datasheets/BS/BSV52.pdf
Viel schneller wird man dann nur mit Exoten.
2 Maßnahmen:
- Sättigung verhindern
- Ausräumfaktor.
D5 macht da keinen tollen Job, wenn Vbe 0,7V ist und Vdiode 0,5V dann
bleiben für Vce 0,2V übrig. Das ist ordentliche Sättigung.
Bei nem Verstärkungsfaktor von grob 100 müsste R14 ungefähr 1MOhm haben.
Probier mal Werte zwischen 200 und 500kOhm aus.
Die Schottky kann man über R14 brücken, Kathode zur Basis. Dann fließt
ein Ausräumstrom in die Basis zum Abschalten.
Wie hat mein Professor so schön gesagt: "Ein Transistor. Und 20 drumrum
die dafür sorgen dass der schnell schaltet.".
Deine D5 hat auch eine Kapazität - ähnlich wie sie beim
Miller-Integrator für den langsamen Anstieg benutzt wird. Außerdem ist
R7 recht hochohmig. Warum?
Sascha schrieb:> D5 macht da keinen tollen Job, wenn Vbe 0,7V ist und Vdiode 0,5V dann> bleiben für Vce 0,2V übrig. Das ist ordentliche Sättigung.
Bei den Strömen liegt die Diode eher bei 300mV und passt das schon. Und,
eine Diode verwenden, die eine kleine Sperrschichtkapazität hat. (Ich
habe mir die Daten der BAT54 jedoch nicht angeschaut - die könnte auch
perfekt sein.)
>> Bei nem Verstärkungsfaktor von grob 100 müsste R14 ungefähr 1MOhm haben.> Probier mal Werte zwischen 200 und 500kOhm aus.
So hochohmig wird es erst recht langsam.
Ich würde eher einen Spannungsteiler verwenden, so dass der
Quellwiderstand der Ansteuerung kleiner wird und zwar so klein, wie
gerade noch vertretbar. Es reicht völlig, den Leerlaufhub an dem
Spannungsteiler unter 1V zu haben, also auf ein Fünftel zu teilen.
Frank schrieb:> Momentan ist es ein bißchen verhext, egal welchen Wert (Widerstand,> Kapazität) ändere, es schaltet nur langsamer. Mit R7 = 4,7 KOhm wird die> Schaltgeschwindigkeit reduziert. Mit R7 = 20 KOhm ist sie deutlich> langsamer. Eine Stromquelle gut, aber wie verschalten?
So. Schaltzeiten unter 50ns. Wenn der Ausgangspegel nicht von +5V bis
-18V gehen muss, kann die Schaltung auch schneller schalten.
HildeK schrieb:> Sascha schrieb:> So hochohmig wird es erst recht langsam.> Ich würde eher einen Spannungsteiler verwenden, so dass der> Quellwiderstand der Ansteuerung kleiner wird und zwar so klein, wie> gerade noch vertretbar. Es reicht völlig, den Leerlaufhub an dem> Spannungsteiler unter 1V zu haben, also auf ein Fünftel zu teilen.
Wenns nur der Widerstand allein ist, dann ja. Aber das hab ich ja nicht
vorgeschlagen. Der Widerstand wird so bemessen, dass beim Einschalten
gerade so Sättigung herrscht (oder auch nicht, wenn der Ausgangspegel
etwas höher sein darf).
Beim Ein- und Ausschalten fließt ein zusätzlicher Strom über den
Kondensator. Beim Einschalten wird damit die Sperrschichtkapazität
geladen, beim Abschalten ausgeräumt.
Und wenn die Diode 0,3V hat, dann bleiben 0,4 für Vce übrig. Das ist
immer noch Sättigung. Da machste in der momentanen Beschaltung auch nix
dran.
Spannungsteiler an der Basis ist kontraproduktiv, das verringert den
Ausräumstrom.
Sofern die Basisschaltung von Arnor nicht genommen wird, ist erstmal ne
ordentliche Widerstandsberechnung dran, und dann kann man sich weitere
Gedanken machen.
Aber momentan wird ja scheinbar in der Simulation wild am
Widerstandswert rumgefummelt und nichts hilft.
Frank schrieb:> Der Gewinn durch die Schottkydiode war auch sehr gering.
Anscheinend hat sie auch eine Kapazität. Probier mal, sie durch
RB751SM-40 zu ersetzen.
jens schrieb:> Die erste Schaltung ist anders dimensioniert schon schnell.
Es scheint an der Diode gelegen zu haben. BAS70 vs. BAT54 wirkt wahre
Wunder. Das heißt mein Transistor war mit der BAT54 noch voll in
Sättigung.
Vielen Dank auch für die vielen anderen Tips, werde die auch durchgehen.
Mit der BAS70 habe ich jetzt 30 ns, mit BAT54 und 250Ohm/2KOhm und 250pF
bin ich noch auf 70 ns gekommen. Die andere Diode hat also nochmal die
Zeit halbiert. Habe die Werte von Jens übernommen bin aber beim BC857
geblieben.
Welche Transistoren sind denn empfehlenswert? Das Problem ist sicher der
PNP-Transistor, NPN gibt es ja gut verfügbare günstige schnelle
Transistoren.
@ArnoR
Die Schaltung werde ich auch noch ausprobieren.
Der obere Pegel ist nicht ganz so wichtig, da darf es einen
Spannungsabfall geben, aber die -18 Volt sind wichtig.
Okay jetzt weiß ich auch warum:
BAT54: 10 pF
BAS70: 2 pF!
Frank schrieb:> @ArnoR> Die Schaltung werde ich auch noch ausprobieren.
Dann aber auch mit veränderter Bestückung und Schaltzeiten von unter
20ns wie im Anhang. Mein Vorschlag bringt wegen der etwa gleich
schnellen Flanken auch ein symmetrisches Signal, im Gegensatz zu deiner
bzw. der Schaltung von Jens.
Hier wird so non-chalant von einem Innenwiderstand des Generators
von 0 Ohm ausgegangen wenn ich das richtig sehe / verstehe.
Vielleicht hier mal was realistischeres annehmen .... ?
Mitlesa schrieb:> Hier wird so non-chalant von einem Innenwiderstand des Generators> von 0 Ohm ausgegangen wenn ich das richtig sehe / verstehe.>> Vielleicht hier mal was realistischeres annehmen .... ?
Wie im Eingangsbeitrag zu sehen, gehe ich von 10 Ohm aus. Ich halte das
für realistisch, zumindest wenn die Quelle nicht zu sehr belastet wird.
Die Quelle ist CMOS-Digitaltechnik.
Frank schrieb:> Welche Transistoren sind denn empfehlenswert?
Wirf einen Blick auf Arnos Schaltung. Ich würde mich
nach seinem Vorschlag richten und einen 2N3906 probieren.
> Das Problem ist sicher der PNP-Transistor, NPN gibt> es ja gut verfügbare günstige schnelle Transistoren.
Och naja, so extrem schlecht sind die Kleinsignal-PNPs
auch nicht.
Mir sind generell die 2N3904/2N3906 sympathischer als
die kontinentaleuropäischen BC547/BC557 und Konsorten;
die 2N390x haben nicht so unsinnige Leerlaufverstärkungen
und sind dafür etwas fixer.
Schalter.png
(6,2 KB)
