Chronisz tranzystor NPN przed ujemnym napięciem emiter-baza?

Mam obwód, który przekształca sygnały polaryzacji 5 V RS-232 (logiczne 0 = + 5 V, logiczne 1 = -5 V) na 3,3 V polaryzacja TTL (logiczne 1 = 3,3 V, logiczne 0 = 0 V) przy użyciu tranzystora BC548.

Tworzy bramkę NOT, więc gdy wyjście RS-232 jest wysokie, pociąga to wyjście za niskie i odwrotnie.

Dla porównania, urządzenie RS-232 (odbiornik GPS) transmituje z prędkością 9600 bps i jest podłączone do UART Raspberry Pi.

Mój obwód wygląda następująco:

Jednak ta konfiguracja powoduje, że tranzystor widzi napięcie -5 V na złączu baza-emiter z powodu ujemnego napięcia wejścia RS-232. BC548 ma maksymalną wartość Vbe wynoszącą -6V, ale chciałbym chronić tranzystor, minimalizując wszelkie ujemne napięcia na złączu baza-emiter.

Po kilku poszukiwaniach natknąłem się na post na forach Raspberry Pi, który sugeruje następujący obwód w celu ochrony tranzystora przed ujemnym napięciem:

Zbudowałem obwód i wydaje się, że odnosi sukces: najniższe napięcie Vbe wynosi około -0,5 V. Mój multimetr cyfrowy aktualizuje się tylko około 5 razy na sekundę i nie mam oscyloskopu, aby lepiej widzieć rzeczy, ale wcześniej pokazywał najniższe napięcie Vbe przy około -5V.

Moje pytania są następujące:

Dlaczego dioda jest umieszczona tam, gdzie jest? Jeśli zinterpretuję wszystko poprawnie, oznacza to, że najniższe Vbe byłoby takie samo jak przedni spadek diody i że przepływałby prąd z ziemi przez rezystor R1 do ujemnego napięcia RS-232 pin. Czy nie ma większego sensu umieszczanie diody między wejściem RS-232 a R1 lub między R1 a tranzystorem Q1, aby zablokować jakikolwiek przepływ prądu do pinu?
Schemat mówi o użyciu szybkiej diody 1N4148, której użyłem. Czy jest jakaś wada korzystania z 1N4001 zamiast 1N4148? 9600 bps oznacza, że każdy bit ma długość około 100uS, a 1N4001 ma typowy czas odzyskiwania wstecznego 2uS. 1N4148 ma typowy czas odzyskiwania wstecznego 4nS - wyraźnie, że 1N4148 jest szybszy przy przełączaniu, ale czy to naprawdę robi różnicę w tym kontekście?

transistors diodes npn

— heypete
źródło

Dioda znajduje się w najlepszej pozycji i jest odpowiedniego typu.

Przewodzi, gdy wejście jest ujemne, tak samo jak baza tranzystora przewodzi, gdy wejście jest dodatnie. Rezystor 47K stanowi około 1/10 normalnego obciążenia RS-232 . Można również zablokować napięcie, ale wtedy skok -100 V (powiedz ESD) może zniszczyć 1N4148 i złamać złącze EB, powodując nieodwracalne uszkodzenie.

Również 1N4148 jest odpowiednią diodą dla tego zastosowania. To „dioda przełączająca”, niska pojemność i szybki powrót do tyłu. 1N4001 prawdopodobnie również działałby dobrze, przynajmniej przy niskich prędkościach transmisji. Do oceny 200mA oznacza, że nawet jeśli bardzo wysokiego napięcia miały pojawić się na wejściu tranzystor jest w pełni chronione, przynajmniej aż do łuków oporowych nad ,.

— Spehro Pefhany
źródło

Doskonały. Dziękuję Ci. Czy byłoby jakaś wada umieszczenia drugiego 1N4148 („D2”) między wejściem RS-232 a R1, aby w ogóle nie dopuścić do pojawienia się napięcia ujemnego w tranzystorze? Jeśli D2 miałby zawieść w opisanej sytuacji, wówczas D1 nadal byłby w stanie dostarczyć prąd do pinu RS-232 przez R1. Czy nie chroniłoby to również tranzystora?

— heypete

Niewykluczone, że kabel byłby długi, a szybkość transmisji - wysoka, ponieważ pojemność kabla zostanie naładowana do -5 lub -10 zamiast -0,5, ale może to być nieco niekorzystne, ale z drugiej strony jest to z pewnością rozsądne podejście. Ponieważ RS-232 pracuje na biegu jałowym w pozycji „1” (-V), może oszczędzać energię na końcu nadajnika.

— Spehro Pefhany

Całkowita długość kabla wynosi około 10 m, a szybkość transmisji to tylko 9600 bps, więc mam nadzieję, że pojemność kabla nie będzie problemem. Jeśli to nie zadziała, nic wielkiego, ale chciałem się upewnić, że nie stworzę sytuacji, która mogłaby doprowadzić do katastrofalnej awarii (takiej jak scenariusz ESD, o którym wspominałeś sam dla diody blokującej napięcie).

— heypete

Dodatek: przy zainstalowanym D2 wszystko wydaje się działać dobrze, a Vbe jest albo zerowe, albo dodatnie, według mojego miernika. Jeszcze raz dziękuję za pomoc.

— heypete

Dalsze uzupełnienie: istnieją układy, które wykonują konwersję RS-232-na TTL w lepszy, bardziej kontrolowany sposób, są tanie i małe. Na przykład MAX3232 wymaga tylko kilku małych zewnętrznych kondensatorów i dość elegancko rozwiązuje ten problem.

— heypete