Baker Clamp es un nombre genérico para una clase de circuitos electrónicos que reducen el tiempo de almacenamiento de un transistor de unión bipolar de conmutación (BJT) mediante la aplicación de una retroalimentación negativa no lineal a través de varios tipos de diodos . La razón de los tiempos de apagado lentos de los BJT saturados es la carga almacenada en la base. Debe retirarse antes de que el transistor se apague, ya que el tiempo de almacenamiento es un factor limitante en el uso de transistores bipolares e IGBT en aplicaciones de conmutación rápida. Las pinzas Baker basadas en diodos evitan que el transistor se sature y, por lo tanto, acumule una gran cantidad de carga almacenada. [1]
La abrazadera Baker lleva el nombre de Richard H. Baker, quien la describió en su informe técnico de 1956 "Circuitos de conmutación de transistores de máxima eficiencia". [2] Baker llamó a la técnica "sujeción posterior", pero el circuito ahora se llama abrazadera de Baker. Muchas fuentes dan crédito al informe de Baker por el circuito de abrazadera de dos diodos. [3] [4] [5] También en 1956, Baker describió el circuito en una solicitud de patente; la patente US 3.010.031 [6] publicada en 1961 reivindica el uso de la abrazadera en circuitos biestables simétricos.
Se dice que se conocían circuitos de abrazadera similares antes del informe de Baker. Kyttälä afirma: "Aunque la invención del circuito de abrazadera de Baker se atribuye a Richard H. Baker (patente estadounidense 3.010.031), ya era de conocimiento común en 1953 y se describió en artículos introductorios sobre transistores escritos por Richard F. Shea". [7] Sin embargo, el texto sobre transistores de Shea de 1953 no describe un circuito de abrazadera similar. [8] El texto de Shea de 1957 describe el circuito de sujeción y hace referencia al informe técnico de Baker. [3]
Hay otros circuitos de abrazadera. Un manual de 1959 describe una técnica llamada "sujeción de saturación". [9] En ese esquema, hay un suministro de pinza de saturación de aproximadamente 2 voltios conectado al colector con un diodo de pinza de saturación. Cuando el transistor se acerca a la saturación, el diodo de sujeción se enciende y suministra corriente de colector adicional para evitar que el transistor se sature. El suministro de la pinza de saturación debe suministrar una corriente sustancial. [10] Por el contrario, la pinza Baker reduce la corriente de base del transistor en lugar de suministrar más corriente de colector.
Otro circuito de abrazadera utiliza una abrazadera de un solo diodo. [9] Reduce la excitación base a medida que el transistor se acerca a la saturación, pero utiliza una red divisoria de resistencia.
También se utilizaron circuitos de abrazadera para acelerar las transiciones de corte. Cuando se corta el transistor, la salida es similar a un circuito RC que decae exponencialmente hasta su valor final. A medida que el circuito se acerca a su valor final, hay menos corriente disponible para cargar el condensador, por lo que la velocidad de aproximación disminuye. Para alcanzar el 90 por ciento del valor final se necesitan aproximadamente 2,3 constantes de tiempo. [11] La sujeción del corte reduce la oscilación del voltaje de salida pero hace que la transición sea más rápida. Fijar el voltaje del colector al 63 por ciento del valor final permite un aumento de velocidad de un factor de dos. [12]
La pinza Baker limita la diferencia de voltaje entre el emisor y el colector desviando la corriente de base a través del colector. Esto introduce una retroalimentación negativa no lineal en una etapa de emisor común (interruptor BJT), con el propósito de evitar la saturación disminuyendo la ganancia cerca del punto de saturación. Mientras el transistor está en modo activo y está lo suficientemente lejos del punto de saturación, la retroalimentación negativa se desactiva y la ganancia es máxima; Cuando el transistor se acerca al punto de saturación, la retroalimentación negativa se activa gradualmente y la ganancia cae rápidamente. Para disminuir la ganancia, el transistor actúa como un regulador en derivación con respecto a su propia unión base-emisor: desvía una parte de la corriente de base a tierra conectando un elemento estable de voltaje en paralelo a la unión base-emisor.
El circuito de abrazadera de Baker de dos diodos se muestra en la figura de la patente de Baker y en muchas otras publicaciones. [9] El diodo de retroalimentación (D1) entre el colector y la entrada limita el voltaje del colector a aproximadamente V BE al desviar la corriente de entrada excesiva a través del colector a tierra. [13] Se conecta un diodo de silicio adicional en serie con el terminal base para aumentar el voltaje de entrada efectivo; El diodo de abrazadera en la retroalimentación de la base del colector a veces está hecho de germanio para minimizar la caída de voltaje a través de él. [6] El diodo base permite utilizar una abrazadera de diodo de Si con un transistor de Si y mantiene VCE alrededor de una caída de diodo y mucho mayor que VCE (sat) . Desafortunadamente, se apaga y crea una ruta de retorno de alta impedancia cuando se intenta apagar el transistor. Aunque la carga base se ha minimizado, ahora es más difícil extraer carga de la base.
Un segundo diodo base conectado en antiparalelo al diodo base (D 2 en el esquema de Baker) proporcionará una ruta de retorno de baja impedancia para eliminar la carga base almacenada en el transistor. Algunas fuentes todavía se refieren a este circuito de tres diodos como abrazadera Baker, mientras que otras solo llaman al circuito de dos diodos abrazadera Baker. [15]
Una alternativa sencilla a la abrazadera Baker es un único diodo de bajo voltaje desde el colector hasta la base. Para funcionar bien, la caída directa del diodo debe ser menor que la caída base-emisor, por lo que se pueden usar diodos Schottky y de germanio de baja caída de voltaje con transistores de silicio (la caída de voltaje directo de un diodo Schottky es mucho menor que la caída directa del diodo). V BE voltaje de polarización de un transistor de silicio y cambia rápidamente). Un circuito de abrazadera de diodo alternativo conecta el diodo a una unión de dos resistencias de polarización de base. [9] La solución contemporánea es integrar la combinación de un diodo Schottky y un transistor en un transistor Schottky . Algunas fuentes también se refieren a esta configuración como abrazadera Baker. [dieciséis]
Las abrazaderas Baker también se utilizan en aplicaciones de energía y la elección de los diodos es una cuestión de diseño importante. [17]
Un inconveniente de la pinza Baker es su mayor nivel de salida de bajo voltaje (como en un transistor Darlington ). En circuitos lógicos disminuye la inmunidad al ruido; en aplicaciones de energía, aumenta la potencia disipada.
Aunque la invención del circuito Baker Clamp se atribuye a Richard H. Baker (patente estadounidense 3.010.031), ya era de conocimiento común en 1953 y se describió en artículos introductorios sobre transistores escritos por Richard F. Shea.[ enlace muerto permanente ]