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アナログ電子回路コミュニティサービス終了のお知らせ

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なお、コミュニティに掲載しているコンテンツは編集の上、アナログ・デバイセズ社のウェブサイトに随時掲載していく予定です。詳細は追って会員の皆様にお知らせいたします。

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ゆーほー
タイトル
LED スイッチング回路の高速化の手法について。
ポイント []
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アクセス593
カテゴリーインターフェース&スイッチ
キーワード ショットキーダイオードクランプ   スイッチング回路   Baker clamp   Wikipedai   ベイカークランプ   Powered by Yahoo
投稿日時17/12/05 18:09
トランジスタを使ったLEDのスイッチング回路についてより高速で使うために、ショットキーダイオードクランプという手法があるようなんですが、いまいち動作原理が分からず、困っています。

一応英語のWikipedaiで調べるとベイカークランプと言うみたいです。あと付き添えしたpdfファイルの16ページにも全く同じ手法が取り入れているようなのですが、ショットキーダイオードクランプの選定の方法や、Baker clampの原理について教えてもらえないでしょうか?
宜しくお願い致します。

https://en.wikipedia.org/wiki/Baker_clamp
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MUSUSU2 回答番号 8
タイトル
角フックは
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アクセス393
投稿日時17/12/07 23:35
 トランジスタ記号のベースが一本棒ではなく、鍵のようなものを付けたものは、正にショットキーダイオードをベース-コレクター間に付けたトランジスタを示すものです。
ショットキーダイオードは、みなさんご存知でしょう。

 YandHさんが言うように、昔は等価回路の提示や細かい説明が今よりもよくありました。
 テキサスインスツルメンツ社のTTLデザインハンドブッククにはデジタル回路の設計の考え方なども書いてありました。(デザインハンドブックならあたりまえですが)
 貧乏学生なのに買って読んだ記憶があります。

YandH 回答番号 7
タイトル
記憶が???
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アクセス435
投稿日時17/12/07 13:11
この頃、IC内部回路のついた資料が少なくなりました。
良いか悪いかわかりませんが、TIの74S04の資料を見てみました。
回路図記号で今までの記号で一部カギ印で曲がったものがショットキーダイオードとかトランジスタとかいわれていたような記憶があります。
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NAKA 回答番号 6
タイトル
74LS〇〇〇
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アクセス491
投稿日時17/12/07 10:06
おはようございます。NAKAといいます。

昔のTTLで74LSシリーズのLS(ローパワー・ショットキ-)のSってこのことだったんですね!普通の74シリーズに比較して省電力でスピードが速い!今になってはじめて理解しました!....汗)

ゆーほー 回答番号 5
タイトル
ご返信ありがとうございます!
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アクセス481
投稿日時17/12/06 19:58
みなさんご返信ありがとうございます!
色々部品をそろえてショットキーダイオードありの場合となしの場合での応答速度を実際に調べてみようと思います。
MUSUSUさん選定の方法を教えてくださってありがとうございました!

MUSUSU2 回答番号 4
タイトル
論理集積回路の歴史では
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アクセス554
投稿日時17/12/05 21:32
ゆーほーさん、やすいさんへ

 ショットキーダイオードによるクランプの要は、ショットキーダイオードは順方向電圧降下がバイポーラダイオードよりも低いこと、また動作が高速だということです。
 シリコントランジスタをオンにするためにベースとエミッタの間に電圧がかかることになりますが、その電圧は約0.7V、一方ショットキーダイオードは0.2から0.3Vの順方向電圧でONになるものを得られます。 スイッチングトランジスタが飽和まで駆動されたときに約0.2V位までVceが下がるトランジスタとします。 そこで、ベース-コレクタ間にショットキーダイオードを付ければ、Vceがある程度下がれば、ベース側の電圧が下がるように働くので、Vceが0.7V-0.2V=0.5V程度に下がると入力電流の一部がコレクターへ流れ、ベースからの過剰なON駆動がされなくなります。
 これが、PNダイオードだと、順方向電圧降下は、トランジスタのベース-エミッタ間の順電圧降下とほとんど変わらないので、ダイオードを3つ使った回路が基本形になります。

やすいさんの問い、必要性の件について:
 私は、今の多くのトランジスタについて、理解があるわけではないですが、論理集積回路の歴史のなかでは有効だったことを紹介します。
 論理ICが広く使われ始めたのは、DTL-IC、TTL-ICの出現からだろうと思います。 最初の頃のTTL、(N-TTLとか記す人もいましたが)ICの出力部にダイオードクランプはありませんでした。 標準的なゲートの遅延時間は10nS位だったと思います。 この基本回路からさらに高速なICを作るために、動作電流を大きくしたファミリーが作られましたが、性能向上の割に消費電力が大きいという難点がありました。 
 一方、回路を少し変え、IC内の飽和近くまで動作するトランジスタをショットキークランプトランジスタに代えたICが作られました。 ショットキーTTL,S-TTLと呼ばれるものです。N-TTLより消費電力はいくらか大きな設計でしたが、伝搬遅延時間は約1/3になりました。
 その後、バイポーラ論理ICで、飽和型の回路のファミリーはほとんどこのショットキークランプ技術を使ったのではないでしょうか。

 ということで、この技術が有効だったことは間違いありません。今でもIC内部で使われています。

 ちなみに、初期のTTLの売り言葉に、「入力部にクランプダイオードがあり、伝送線の影響を緩和する」がありますが、それはトランジスタの飽和防止のクランプではありません。

 なお、TTLが広く使われ始めたころ、それよりも速い論理回路でECLファミリーがありましたが、これは、トランジスタを飽和点までは駆動しない回路です。

* TTLは Transistor-Transistor-Logic,
DTLは Diode-Transistor-Logic,
ECLは Emitter-Coupled-Logic だったかとおもいます。

 ショットキートランジスタ形式にするための部品としては、
以下を考慮することになるでしょう。
 ①ショットキーダイオードの定格は、ベース電流を過剰にしないようにバイパスするためなので、電流定格の小さいもので良い。 動作は速いことが必要。
 ②トランジスタは飽和電圧が低いスイッチングトランジスタでないと、機能しない。
  飽和電圧が低いものを低くし過ぎないで使うという回路になります。
 


やすい 回答番号 3
タイトル
実際どうなんでしょう?
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アクセス567
投稿日時17/12/05 19:50
そういえば、高速スイッチング用のトランジスタにはこの少数キャリア蓄積効果を抑えるためにライフタイムキラーといわれるある種の不純物を添加しているという話もあります。実際のスイッチングトランジスタで少数キャリア蓄積効果の問題や、Baker Clampのような対策をする必要性ってどのくらいあるものなんでしょうかね??

やすい 回答番号 2
タイトル
巧い回路です
ポイント
pt.
アクセス561
投稿日時17/12/05 19:40
Baker Clamp という回路は知らなかったのですが、ご紹介の Wikipedia を見るとなかなかよくできた回路です。以下のように動作するようです。

まず、バイポーラトランジスタには少数キャリア蓄積効果というのがあって、飽和状態(コレクタ-エミッタ間が完全にON)でベース電流を流し続けていると文字通りトランジスタ内部に少数キャリアというものが蓄積され、ベース電流を切ってもこの少数キャリアが消滅するまでの間はコレクタ電流が流れ続けるという特性があります。スイッチング速度(特にONからOFF)を速くするためにはこの現象を起こさないよう、ベース電流を必要最低限にすることがポイントです。

そこで Baker Clamp です。まず、OFF状態のトランジスタのコレクタ電位はほぼ電源電圧です。この状態で、ベースに電圧(Wikipedia の図でいうVin)をかけます。このときD1はコレクタ側の方が電位が高いため電流が流れず、i2はほとんどトランジスタのベースに流れてON状態にさせます。ON状態になるとコレクタの電位は0V付近になります。そうすると今度はVinによる電流はD1のほうに流れだし、ベースにはほとんど流れなくなります。そうなるとトランジスタは再びOFFになりそうですが、そうなるとコレクタ電位が上昇しますので、またD1のはたらきによりベース側に電流が流れてON状態が持続します。

以上のようにトランジスタがONを維持するためのぎりぎりのベース電流しか流れないので、トランジスタ内部には過剰な少数キャリアは蓄積されません。その結果、Vinを0Vに戻せばすぐさまトランジスタはOFFになります。うまいことを考える人がいたものです。

hirocyan-san 回答番号 1
タイトル
学生さんの宿題ですか?
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アクセス571
投稿日時17/12/05 19:30
 ゆーほーさんへ
ひろちゃん3号 こと "hirocyan-san" です。

学生さんの課題なら「ご自分で調べてください」というところですが、ヒントのみを記しておきます。

http://home.mira.net/~gnb/audio/bakerclamp.html

をお読みください。

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