Быстродействующий ключ

[кустомер]

Итак, задача.
Требуется сделать ключ на переменный ток, для прерывания сигнала амплитудой до 100V, 0.1А, частотой до 100 кГц.
Время переключения - не более 1 мкС.
Нелинейности малых сигналов - некритично.

Я изобразил схему- рисунок ниже.

Проверяю: в качестве прерываемого сигнала подаю постоянный уровень. Прерываю его от прямоугольного генератора 10 кГц. Наблюдаю вполне хороший фронт отключения, около 1 мкС.
См. фото.

Теперь: вместо постоянного уровня даю синус той же амплитуды, 100 кГц.
И наблюдаю... экспоненциальный хвост длиной почти 10 мкС! См. фото 2.
(В углу кривая перспектива, фоткал с рук. Но середину видно нормально. Цена деления сетки - 10 мкС.)

Вопрос.
Почему затягивается отключение?

Плиз, кто моделирует в Протеусе. Посмотрите, если не влом,- что он покажет для такой ситуации?..

[yugov]

Итак, задача.
Я изобразил схему- рисунок ниже.
Почему затягивается отключение?
Плиз, кто моделирует в Протеусе. Посмотрите, если не влом,- что он
покажет для такой ситуации?..

Здравствуйте! Очень любопытная у Вас схема. Если это Ваше, то расскажите пожалуйста Вы, если это компиляция разных схемных решений, укажите пожалуйста источник. Никогда не встречал такого ключа на встречно последовательных транзисторах. Интересно было бы поучиться. По идее при такой схемотехнике, ключ вообще не должен "проводить", т.к. при любой полярности модулируемого сигнала (у Вас это 100кГц), один из транзисторов будет включен "наоборот" на коллекторе NPN транзистора, будет "-" относительно эмиттера этого же транзистора.
Скорее всего, эти "хвосты" на осциллограмме связаны именно с особенностями ключа.
В "протеус" нет модели К293ЛП1А.
ЗЫ. По быстрому не нашел ДШ на D1609. Возможно в них стоят "обратные" диоды, тогда это отвечает на часть вопроса.

[Alex9797]

Красивое решение, оригинально включен выход оптрона!

Конечно, для обеспечения таких требований к скорости транзисторы ключа должны управляться с форсированным запиранием. В этой схеме его нет.

Судя по данным даташита, оптрон не рассчитан выходной ток порядка 24 мА (два резистора по 680 Ом, к которым приложено напряжение (9-0,6)В). А судя по осциллограмме, все же это ему удается. То есть, открывать ключи он как-то может.
А вот с запиранием не так удачно. Выходное напряжение оптрона не может достигать плюса питания, да и выходной ток при логической единице намного меньше. Поэтому при запирании ключей на резисторы подается не ноль, а они практически зависают в воздухе. И вся надежда остается на резисторы база-эмиттер. Великоваты номиналы 75 Ом для пассивного запирания. Конечно, лучше бы смотрелись 10 Ом. Но тогда оптрон не сможет открыть ключи.

В общем, я бы советовал применить форсированное запирание. Для этого нужен двуполярный источник оптрона. Если нет такой возможности, то можно его сделать из имеющегося, с помощью низкоомного делителя организовать искусственную среднюю точку. Что с ним делать дальше - я изобразил по-быстрому на схеме во вложении. Так как теперь напряжение на делители подается вдвое меньшее, то я заменил 680 на 300 Ом.

И еще один момент. Все равно, выход оптрона слабый, и напрямую полноценно коммутировать такие токи не сможет. Чтобы над ним не издеваться, надо использовать быстродействующий драйвер. Отлично смотрелся бы драйвер для управления мосфетами или IGBT. Но вполне подойдет более дешевый вариант, из КМОП микросхемы 74-й серии, в которой внутри шесть инверторов. Соединить их все параллельно, и получится неплохой драйвер.

В результате при отпирании ключа на делитель будет подано +4,5 вольт, а при запирании -4,5 вольт, что обеспечит ускоренное рассасывание носителей.

Кстати, диоды параллельно базовому переходу - лишние, ИМХО. А для форсированного запирания они еще и вредны.

[yugov]

более дешевый вариант, из КМОП микросхемы 74-й серии, в которой внутри шесть инверторов.

А о чем это Вы, подскажите пожалуйста. Возможно я не сталкивался.

[true71]

Я бы сместил эту переменку через конденсатор при помощи источника постоянного напряжения 100V и коммутировал уже постоянное напряжение (пульсирующее). А дальше опять конденсатор - и всё.

[estet]

А о чем это Вы, подскажите пожалуйста. Возможно я не сталкивался.

Видимо, речь о 74Схх серии, 15-вольтовой.

[Alex9797]

более дешевый вариант, из КМОП микросхемы 74-й серии, в которой внутри шесть инверторов.
А о чем это Вы, подскажите пожалуйста. Возможно я не сталкивался.

Имелось в виду применение КМОП, подобной советской К561ЛН2. Можно бы и ее применить, но у топикстартера высокие требования к скоростным параметрам. 561-я серия будет работать, но на пределе. А импортные ее аналоги пошустрее. Конечно, 74-я серия вообще самая быстрая, с задержками порядка 30 наносекунд. Пожалуй, такая скорость будет излишней, да и по цене и доставаемости эта серия не лучший вариант. Так что вполне подойдет CD4049A, или ее аналоги.

[кустомер]

Здравствуйте! Очень любопытная у Вас схема. Если это Ваше, то расскажите пожалуйста Вы

Спасибо за ответ! А то я уж думал, что никто так ничего и не скажет
Схема чисто моя, причем испытывается "в железе".

По идее при такой схемотехнике, ключ вообще не должен "проводить", т.к. при любой полярности модулируемого сигнала (у Вас это 100кГц), один из транзисторов будет включен "наоборот"

А Вы когда нибудь транзистор (любой) тестером прозванивали? Как он себя ведет на обратной полярности? - звонится коллектор-база

Скорее всего, эти "хвосты" на осциллограмме связаны именно с особенностями ключа.

Скорее всего - именно с этим...

В "протеус" нет модели К293ЛП1А.

Возьмите просто прямоугольный генератор, развязанный от "земли". Есть там такое?
Оптрон чисто для гальванической развязки (после него фронт нормальный, проверено).
Проверьте пожалуйста модель, будет ли на ней разница времен запирания на постоянном и переменном?

Красивое решение, оригинально включен выход оптрона!

Это чтоб оптрон не инвертировал

Выходное напряжение оптрона не может достигать плюса питания

А ему и не надо, важно чтоб ток в базу был достаточен для отпирания. Я исходил из h21=10 (минимальный) но на деле транзисторы значительно качественнее.

при запирании ключей на резисторы подается не ноль, а они практически зависают в воздухе.

Нет, не зависают, у ЛП на выходе в обоих плечах ключи. Но даже если их мощность недостаточна - почему на постоянке-то закрывается нормально?

Великоваты номиналы 75 Ом для пассивного запирания. Конечно, лучше бы смотрелись 10 Ом. Но тогда оптрон не сможет открыть ключи.

Это факт.

с помощью низкоомного делителя организовать искусственную среднюю точку.

А почему низкоомного? - в базе все равно последовательные резисторы.
Я взял по 1.5 кОм, и базу - непосредственно к средней точке. (По собственному делителю для каждого транзистора.)
Длительность сократилась настолько же, насколько и крутизна фронтов вообще. Остается непонятным, почему переменный сигнал затягивается больше??

И еще один момент. Все равно, выход оптрона слабый, и напрямую полноценно коммутировать такие токи не сможет. Чтобы над ним не издеваться, надо использовать быстродействующий драйвер. Отлично смотрелся бы драйвер для управления мосфетами или IGBT. Но вполне подойдет более дешевый вариант, из КМОП микросхемы 74-й серии, в которой внутри шесть инверторов. Соединить их все параллельно, и получится неплохой драйвер.

Это уже вторая часть марлезонского балета, доведение до ума.
А сейчас пока достаточно того, что фронт закрытия оптрона реально пол-микросекунды где-то (проверено), т. е. нужное управление обеспечивает.
Вопрос - отчего странная разница времен запирания, вот что непонятно мне.

Кстати, диоды параллельно базовому переходу - лишние, ИМХО. А для форсированного запирания они еще и вредны.

Без них коммутируемый сигнал в цепь управления попадет.

[yugov]

[QUOTE=estet;348434]Видимо, речь о 74Схх серии, 15-вольтовой.[/Q]

Спасибо, разобрался (действительно не знал).
http://ru.wikipedia.org/wiki/КМОП

[кустомер]

Я бы сместил эту переменку через конденсатор при помощи источника постоянного напряжения 100V и коммутировал уже постоянное напряжение (пульсирующее). А дальше опять конденсатор - и всё.

Нет. Заказчик хочет получить этакий электронный аналог реле, и дальше использовать его по своему усмотрению на весьма разных напряжениях и токах, вплоть до постоянных.