Kann ich einen Transistor als ESD-Schutzdiode (ab)verwenden?

Die MIDI-Spezifikation schlägt eine schnell schaltende Diode vor, um die LED des Optokopplers vor ESD zu schützen, die ihre Sperrspannung überschreiten könnte:

MIDI-Eingang, Diode hervorgehoben

Dies ist jedoch die einzige verwendete Diode; Ich könnte die Stückliste vereinfachen, wenn ich sie durch eine Komponente ersetzen könnte, die bereits an anderer Stelle in der Schaltung verwendet wird. Warum also nicht einen PN-Übergang eines Allzwecktransistors verwenden?

Im Vergleich zum 1N4148 hat der 2N3904 kleinere Rückwärtsdurchbruchspannungen, aber dies würde in dieser Anwendung keine Rolle spielen, da die LED solche Spannungen klemmt. Andere Parameter wie Kapazität oder Maximalstrom sind vergleichbar. Das sieht also so aus, als würde der Transistor funktionieren, oder?

BJT als Diode - Auswahlmöglichkeiten

Und welcher Übergang sollte verwendet werden, Basis/Emitter, Basis/Kollektor oder beides? Und was tun mit der ungenutzten Kreuzung?

Antworten (4)

Ja, es gibt kein Problem. Verbinden Sie einfach den Kollektor mit der Basis und verwenden Sie diese als Diode. Kein Missbrauch beteiligt. Eine Diode, selbst ein LL4148, ist etwas robuster als ein als Diode geschalteter Transistor, aber das sollte hier kein Problem sein.

Hier ist das leichte Überschwingen in der Antwort bei geöffneter LED und einem 2N3904, der wie von mir vorgeschlagen angeschlossen ist (+/-10 V Eingang über einen 220R-Widerstand), Anstiegs- und Abfallzeiten von 10 ns, simuliert in LTSpice mit einer maximalen Schrittgröße von 1 ns:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ferrantis Anwendungsbericht E-Line Transistor Applications diskutiert die verschiedenen Diodenverbindungen (S. 70):

Verwendung des ZTX300 (BCW10) als Diode

Es werden drei Anschlussmöglichkeiten beschrieben:

  1. Kollektor/Basis (mit Emitter an Basis angeschlossen).
    Diese Verbindung ergibt eine Diode mit mittlerer Erholzeit, kleiner Kapazität und hoher Sperrspannung, die durch den Kollektor-Basis-Übergang bestimmt wird.
  2. Basis/Emitter (Kollektor mit Basis verbunden).
    Die Diode hat eine kurze Erholungszeit, eine kleine Kapazität und eine niedrige Sperrspannung, die den Basis-Emitter-Übergang bestimmt.
  3. Basis/Emitter (Kollektor mit Emitter verbunden).
    Die Diode hat eine lange Sperrverzögerungszeit, eine große Kapazität und eine niedrige Sperrspannung, die durch den Basis-Emitter-Übergang bestimmt wird.

Transistor als Diodenanschlüsse

Method of   Recovery Time nSec.        Capacitance pF
Connection  IF=IR=10mA. R=50Ω    at zero   at reverse voltage
                                 voltage   -10V      -5V
----------  -------------------  -------  --------  --------
 1            89                   7        3
 2             2.7                 7                  3.5
 3           244                  13                  5.5

Die angegebene Erholungszeit ist das Intervall zwischen dem negativen Eingangsimpuls, der 10 % seines Endwerts erreicht, und dem Rückstrom, der 10 % seines Maximalwerts erreicht.

Das Diagramm zeigt die Änderung der Kapazität mit Sperrspannung.

Änderung der Kapazität mit Sperrspannung

Verbindung 2 würde also das Verhalten ergeben, das dem 1N4148 am ähnlichsten ist.

Ich habe es ehrlich gesagt nicht probiert. Also werde ich "zur Theorie" gehen.

Sie können wahrscheinlich die BC- oder BE-Kreuzung verwenden. Ich würde jedoch nicht empfehlen, den BJT mit Dioden zu verbinden. Wenn Sie nur nach Geschwindigkeit suchen und nicht nach Verpolungstoleranz suchen, erhalten Sie wahrscheinlich mehr t r r aus der BE-Kreuzung. Da die Basis (konstruktionsbedingt) so dünn ist, würde ich sehr schnelle Reaktionen erwarten - in der Größenordnung von schnell schaltenden Dioden. Die Leckage wird mit ziemlicher Sicherheit auch viel besser sein. Vor allem mit der BE-Kreuzung.

Schauen Sie sich Abbildung 35 im OP77-Datenblatt von Analog an. Sie werden so etwas wie das sehen, worüber Sie sprechen. Sie verwenden jedoch den BC-Übergang, wahrscheinlich wegen der größeren Durchbruchspannung. (Der BE-Übergang verträgt normalerweise nicht viel - oft 5 oder 6 Volt.)

Allerdings als ESD-Diode? Ich habe keine Ahnung, was ein 20 kV Statischer Zap könnte reichen.

Ich denke, die Alternative zur Diode ist die schematische Nummer 2. Eine Konföderation ist, dass Sie einen Widerstand zwischen Emitter und Basis verwenden sollten, um den Transistor zu schützen.

Wovor schützen? Warum sollte eine Diode nicht den gleichen Schutz benötigen?
Normalerweise benötigen sowohl Diode als auch Transistor einen Strombegrenzungswiderstand, da sie durch den Jul-Effekt durchgebrannt werden könnten.
@kld_rm Ich denke, Sie sollten den "Jul-Effekt" näher erläutern. Meinten Sie vielleicht den Joule - Effekt?
@Sam ja, das tue ich, ich fleische den Joule-Effekt. Vielen Dank
Wir sagen normalerweise nur I2R (oder Widerstandsverluste) und nicht den Joule-Effekt, Ingenieure kürzen alles ab, deshalb hören Sie eher einen älteren Ingenieur, der einen 3,3-Kilo-Ohm-Widerstand als 3-kay-3-Widerstand bezeichnet oder dass er braucht eine 10er „Mike“- oder eine 100er „Puff“-Kappe, wir sind zu faul, um die vollständigen Worte zu verwenden ;)