Prevenir la saturación de BJT del lado alto

Estoy construyendo "buffer" / "inversor" digital de alta velocidad (10-20 ns en transistores de clase BC847) a partir de BJT. El esquema está adjunto.

Si bien puedo evitar la saturación de BJT del lado bajo agregando diodo Schottky, no funcionará para el lado alto. ¿Alguna pista, excepto la disminución de la resistencia de la resistencia base?

Los diodos antisaturación están conectados en paralelo al diodo CB del transistor que se mantendrá alejado de la saturación. Está haciendo esto correctamente en el npn (ánodo en la base y cátodo en el colector), y debe hacerse exactamente de la misma manera en el pnp, solo que el diodo es al revés en este transistor: cátodo en la base, ánodo en coleccionista.

No estoy realmente seguro de cómo eligió sus resistencias base. Supongo que tiene un voltaje de alimentación de 5 V y una señal de unidad base rectangular (0 V, 5 V). Sugeriría que use valores idénticos para ambas resistencias base. Con 5 k , es probable que el alto valor de la resistencia base haga más daño de lo que un diodo anti-satélite haría bien. Algo en el rango de 200 ... 500  para cada resistencia me parece mejor.$\Omega$$\Omega$

Si desea aumentar aún más la velocidad, puede intentar poner en paralelo las resistencias base con condensadores pequeños (aprox. 22 pF). El truco para encontrar el valor correcto para el capacitor sería hacer que sea algo igual a la capacitancia efectiva en la base, formando así un divisor de voltaje 1: 1 para la parte de alta frecuencia del borde de voltaje ascendente o descendente.

Editar # 1:

Aquí está el esquema que solía verificar con LT Spice. La señal de entrada (rectangular, 0 V y 5 V) se alimenta a tres inversores BJT similares, cada uno con un par complementario BC847 y BC857. El de la izquierda no tiene trucos especiales para acelerarlo, el del medio usa diodos Schottky para anti-saturación y el de la derecha también cuenta con un bypass de alta velocidad a lo largo de cada resistencia base (22 pF). La salida de cada etapa tiene una carga idéntica de 20 pF, que es un valor típico para alguna capacitancia de rastreo y una entrada posterior.

Las trazas muestran la señal de entrada (amarillo), la respuesta lenta del circuito a la izquierda (azul), la respuesta con diodos antisaturación (rojo) y la respuesta del circuito que también usa condensadores (verde).

Puede ver claramente cómo el retraso de propagación se vuelve cada vez menor. Los cursores se configuran al 50% de la señal de entrada y al 50% de la salida del circuito más rápido e indican una diferencia muy pequeña de solo 3 ns. Si encuentro el tiempo, también podría hackear el circuito y agregar imágenes de alcance real. Definitivamente, será necesario un diseño cuidadoso para lograr tiempos de retraso inferiores a 10 ns en realidad.

Editar # 2:

La placa funciona bien y muestra un retraso de <10 ns en mi alcance de 150 MHz. Las fotos seguirán más adelante esta semana. Tuve que usar mis buenas sondas, porque las de Tapopo no mostraron mucho más que sonar ...

Editar # 3:

Ok, aquí está el tablero:

Una onda cuadrada de 1 MHz con 5 V (pkpk) ingresa a la placa desde la izquierda a través del conector BNC y termina en 50  (dos resistencias paralelas de 100  , la superior oculta por la sonda). Las resistencias base son 470  , los condensadores son 30 pF, los diodos Schottky son BAT85, los transistores son BC548 / BC558. El suministro se desvía con 100 nF (cerámica) y un pequeño condensador electrolítico (10  F).$\Omega$$\Omega$$\Omega$$\mu$

La primera captura de pantalla muestra las formas de onda de entrada y salida a 100 ns / div y con 2 V / div para ambas trazas. (El alcance es un Tektronix 454A.)

La segunda y tercera captura de pantalla muestran las transiciones de menor a mayor y de mayor a menor en la entrada con 2 ns / div (base de tiempo de 20 ns con 10 aumentos horizontales adicionales). Las trazas ahora están centradas verticalmente en la pantalla para una visualización más fácil del retraso de propagación con 1 V / div. La simetría es muy buena y muestra una diferencia de <4 ns entre entrada y salida.

Yo diría que en realidad podemos confiar en los resultados simulados.

Es muy probable que los tiempos de subida y bajada sean más rápidos en realidad y solo limitados por el tiempo de subida del osciloscopio, pero no se me ocurre ninguna razón por la cual el retraso entre las dos señales no se muestre correctamente.

Hay una cosa a la que debe prestar atención: con cada transición de bajo a alto y de alto a bajo, los dos transistores tienden a tener una conducta cruzada muy breve. A frecuencias más altas de la señal de entrada (aprox.> 2 MHz), el circuito inversor comienza a tomar mucha corriente y hace cosas extrañas ...

No obtendrá un rendimiento de 10-20 ns de partes discretas como esa. Como dijo Zebonaut, el diodo Schottky está en el lugar equivocado para Q9. Estos siempre van entre el colector y la base.

No hay forma de que esto funcione a la velocidad que desea con 5KOhms en la ruta de la señal. Considere que la constante de tiempo de 5KOhms y 10pF es 50ns. En la práctica, habrá algunas inductancias en serie y otras cosas para ralentizar las señales también. Tendrá que usar resistencias mucho más bajas para acercarse a la velocidad de cambio de 10ns. ¿Cuál es la capacitancia de los diodos Schottky? Tenga en cuenta que esto se multiplica en la base. La capacitancia efectiva que debe manejar la resistencia es probablemente más de 10pF.

A menos que tenga experiencia en el diseño de circuitos de RF, incluido el diseño, ese tipo de velocidades son del dominio de los chips integrados.