Rosnące napięcie

Mam sygnał binarny, od 0 V do 1,4 V, którego nie mogę zmienić bezpośrednio. Jakiego obwodu (na płytce drukowanej) mogę użyć do zwiększenia 1,4 V do co najmniej 2,5 V.

Czy potrzebuję tranzystora? Chyba szukam przełącznika, który „zamknie się”, gdy będzie napięcie 1,4 V. Jestem kompletnym noobem elektroniki, ale nie mam nic przeciwko fizyce i zrozumieniu równań

Prosisz o zmianę poziomu logiki.

Istnieją spakowane układy, które robią wszystko za Ciebie, ale nie jest również trudne zbudowanie jednego z oddzielnych części. Można to zrobić na wiele sposobów, każdy z innymi kompromisami.

Uważam ten schemat z AN10441 NXP Semiconductors za dość elegancki sposób na uzyskanie tej funkcji:

Ten schemat pokazuje logiczny przełącznik poziomu na szynie I²C, która ma dwie linie sygnałowe. Jeśli potrzebujesz tylko jednej linii przesuniętej, potrzebujesz tylko jednego MOSFET i dwóch rezystorów podciągających, jednego na bramce, a drugiego na odpływie. Podobnie, jeśli potrzebujesz przesunięcia większej liczby linii, po prostu dodajesz MOSFET i parę rezystorów podciągających do każdej linii.

W przykładzie pokazanym na schemacie, z poziomami logicznymi 3,3 V i 5 V, będzie działał dowolny MOSFET o małym sygnale, taki jak wszechobecny 2N7000. Jednak większość generowanych tranzystorów MOSFET ma maksymalne V _{GS (th)} zbyt wysokie, aby działało z poziomem logicznym 1,4 V. Będziesz musiał szukać czegoś bardziej wyspecjalizowanego, takiego jak Vishay TN0200K lub Zetex (Diodes, Inc.) ZXMN2B14FH .

Wartości rezystorami (R _s ) zależy w pewnym stopniu od zastosowania, ale mają szeroki zakres nawet wtedy. 10 kΩ jest tutaj popularną wartością, dającą dobry kompromis między prędkością, hałasem i poborem prądu. W pewnych okolicznościach mogłem zobaczyć użycie wartości tak niskiej jak 1 kΩ, a innych na północ od 1 MΩ.

Uwaga do aplikacji opisuje sposób działania obwodu, ale parafrazując:

• Ponieważ nic nie jest podłączone do przesuwanej linii danych, rezystory podciągające przenoszą linię danych do niskiego poziomu logicznego (V _DD1) z jednej strony i wysokiego poziomu logicznego (V _DD2 ) z drugiej.

• Kiedy strona niskiego napięcia obniża linię sygnałową, ciągnie pin źródłowy MOSFET-a w dół. Ponieważ bramka jest wiązana wysoko, powoduje to, że MOSFET włącza się, gdy V _GS przekroczy próg V _{GS (th)} , więc przewodzi, przeciągając stronę wysokiego napięcia również w dół.

• Kiedy strona wysokiego napięcia chce zrobić to samo, jest to bardziej skomplikowane. Ten schemat obwodu opiera się na fakcie, że każdy MOSFET ma wbudowaną pasożytniczą diodę, co pokazano na powyższym schemacie MOSFET. (Symbol MOSFET nie zawsze jest rysowany z pokazującą pasożytniczą diodą, ale zawsze tam jest.) Przeciągając kołek spustowy w dół, strona wysokiego napięcia powoduje przewodzenie tej diody, która pośrednio ciągnie kołek źródłowy strony niskiego napięcia w dół , powodując to samo, co w poprzednim przypadku.

Ta tendencja obwodu do „wysokiej jazdy” domyślnie może nie być odpowiednia dla wszystkich aplikacji. Jeśli jeden koniec może kiedykolwiek zostać odłączony, a pozostawione urządzenie nie aktywnie pociąga linię danych w dół, linia danych przejdzie na wysoki poziom. Jest to w porządku dla I²C, ponieważ wysoki poziom logiczny jest normalnym stanem bezczynności. Jeśli linia danych nie działa w ten sposób, ale żaden koniec nie może zostać odłączony, a co najmniej jeden koniec zawsze aktywnie ciągnie linię w dół, gdy chce, aby linia była niska, obwód ten nadal będzie działał.

Uwaga : poprawiony problem z odwracaniem logiki.

2. aktualizacja : Naprawiono zakres napięcia wyjściowego, używając MOSFET zamiast BJT

Podstawy opisanego problemu wydają się być nazywane „logicznym przesuwnikiem poziomu” lub konwerterem. Istotą jest to, że masz cyfrowy sygnał logiczny (binarny) na danym poziomie sygnału i chcesz go dostosować do innego poziomu sygnału.

Cyfrowe sygnały logiczne są zwykle klasyfikowane zgodnie z pierwotną rodziną logiki, do której należą. Przykłady obejmują TTL (niski: 0, wysoki: + 5 V), CMOS (niski: 0, wysoki: 5 do 15 V), ECL (niski: -1,6, wysoki: -0,75), niski V (niski: 0 V, wysoki: +3,3 ).

W idealnym przypadku należy również pamiętać o progu przełączania. Np. Poziomy napięcia sygnału logicznego, które pokazują poziomy napięcia logicznego TTL na pierwszych dwóch grafikach.

Jeśli chcesz wzmocnić sygnał logiczny o wartości 0 lub 1,4 V, wówczas pojedynczy tranzystor można skonfigurować jako przełącznik elektroniczny, który będzie działał jako konwerter poziomu.

(src: mctylr )

W twojej aplikacji wyjście ma poziom wyjściowy 5 V (0 lub 5 V w zależności od stanu niskiego / wysokiego) i M1może być wspólnym tranzystorem MOSFET w trybie wzmocnienia z małym sygnałem N, 2N7000 w plastikowym otworze przelotowym TO-92 , i Opakowanie SMT.

Rezystory R2powinny mieć 330 kΩ (dodatkowe szczegóły dotyczące elementów rezystora nie są krytyczne, np. Tolerancja 1 lub 5%, wartości od 1/8 do 1/4 wata są w porządku).

Wartości rezystancji rezystora nie są szczególnie krytyczne, wybrałem przybliżoną wartość standardową, więc jeśli M1nie przewodzi, wówczas napięcie wyjściowe będzie niższe niż ~ 0,8 V, a gdy M1przewodzi (tj. Wejście to 1,4 V , „wysoka”), to wyjście będzie wynosić około 5 V. Wybrałem wartość za pomocą szybkiej symulacji SPICE.

V3jest źródłem napięcia + 1,4 V2V i źródłem napięcia + 5 V.

Pozostałe wartości (tolerancja i moc) są powszechnymi wartościami elementu przelotowego stosowanymi do wyboru elementu świata rzeczywistego, ale nie są krytyczne w tej aplikacji.

To bardzo prosty i mały obwód, kosztujący około dwudziestu pięciu centów lub mniej za trzy popularne części elektroniczne.

Ponieważ nie wspomniałeś o żadnych wymaganiach dotyczących dużej prędkości (tj. Prędkości przełączania), więc powinno to działać w najprostszych przypadkach.

Przyjąłem to podejście, używając MOSFET zamiast dwubiegunowego tranzystora złącza, ponieważ miałem problem z tym, że pojedynczy BJT dawał pożądane wahanie napięcia podczas przełączania. Z punktu widzenia projektowania zaletą FET (i MOSFET) jest to, że są to urządzenia sterowane napięciem (pod względem modelu projektowego), a nie sterowane prądem, jak BJT.

Możesz zbudować logiczny przesuwnik poziomu (tak się to nazywa) z kilkoma dyskretnymi komponentami (tranzystory i rezystory) lub możesz wybrać rozwiązanie jednoskładnikowe, tj. Układ scalony. Większość układów scalonych nie akceptuje napięć wejściowych tak niskich jak 1,4 V, ale znalazłem FXLP34 Fairchilda, który to robi. (Chcesz FXLP34P5X, inne wersje mają pakiety bezołowiowe i dlatego są trudniejsze do lutowania)
Schemat połączeń:

A to miejsce, w którym dostarczasz sygnał wejściowy niskiego poziomu, Y to Twój sygnał wyjściowy na „wysokim” poziomie. Vcc1 to połączenie 1,4 V, podłącz wymagane napięcie wyjściowe do Vcc (do 3,6 V).
Urządzenie może być trudne do zdobycia w małych ilościach, być może dystrybutor może dostarczyć kilka próbek.

PS: tak, ten mały kursor jest również obecny na obrazku w arkuszu danych :-)

edytuj
Alternatywna część, jeśli miejsce na płytce drukowanej jest zaletą: OnSemi NLSV1T34 jest dostępny w Damn Small ™ 1,2 mm x 1 mm DFN . Dla śmiertelników również w SOT-353 .

Aby zmienić napięcie, możesz użyć zaufanego ręcznie uzwojonego transformatora. Przejdź do księgarni i odbierz kopię Ogólnego podręcznika licencji ARRL dla radia szynkowego. To uczy, jak to zrobić.

Dla przełącznika sterowanego napięciem Panasonic tworzy układ scalony zwany wyzwalaczem napięciowym 1381. Został zaprojektowany w celu wyłączenia przełącznika, gdy napięcie spadnie poniżej określonego poziomu (zwykle w celu wyłączenia gadżetów po wyczerpaniu akumulatora). Jest dostępny w Solarbotics .

Jeśli chcesz tylko przełącznik, który zamyka się, gdy sygnał logiczny wynosi 1,4 V, i otwiera się, gdy wynosi 0 V, to potrzebujesz bardzo niewiele:

Tranzystor włącza się, gdy poziom logiczny jest wysoki, i wyłącza się, gdy jest niski. Możesz podłączyć cokolwiek chcesz kontrolować między zasilaczem a kolektorem tranzystora. Może to być tylko rezystor, jeśli chcesz wytworzyć sygnał logiczny, który przechodzi między masą a zasilaniem, chociaż sygnał zostanie odwrócony od wejściowego sygnału logicznego. Lub może to być dioda LED z odpowiednim rezystorem ograniczającym prąd szeregowo lub wiele innych rzeczy. Jeżeli napędzany przedmiot może być indukcyjny, należy dodać diodę z kolektora, aby zasilić prąd odbicia, gdy cewka jest wyłączona.

To stawia około 1 mA przez podstawę tranzystora, gdy jest włączony. Mając gwarantowane wzmocnienie tranzystora na poziomie około 50, wyjście jest dobre na 50 mA, aby tranzystor działał jak przełącznik.

Napięcie zasilania jest niezależne od poziomów logiki wejściowej i nie może przekraczać maksymalnej specyfikacji Vce tranzystora, która w tym przykładzie wynosi 40 V.

Czy masz kontrolę nad przebiegiem od strony niskiego napięcia? Jeśli tak, być może można zastosować podwójny obwód napięcia prostownika do ładowania pompy na wyższe napięcie. Jedynym problemem związanym z tym podejściem jest to, że wyjście po stronie niskiego napięcia musi przejść od sygnalizacji „wysokiego / niskiego” do sygnalizacji „nośnej / bez nośnej”.