Bảo vệ bóng bán dẫn NPN khỏi điện áp phát cực âm?


12

Tôi có một mạch chuyển đổi tín hiệu phân cực 5V RS-232 (logic 0 = + 5V, logic 1 = -5V) thành cực 3,3V TTL (logic 1 = 3,3V, logic 0 = 0V) bằng cách sử dụng bóng bán dẫn BC548.

Nó tạo thành một cổng KHÔNG để khi đầu ra RS-232 ở mức cao, nó sẽ kéo đầu ra ở mức thấp và ngược lại.

Để tham khảo, thiết bị RS-232 (máy thu GPS) đang truyền ở tốc độ 9600bps và được kết nối với UART của Raspberry Pi.

Mạch của tôi trông như thế này:

Tuy nhiên, cấu hình này dẫn đến việc bóng bán dẫn nhìn thấy điện áp -5V trên đường giao nhau của bộ phát cơ sở do điện áp âm của đầu vào RS-232. BC548 có Vbe tối đa là -6V, nhưng tôi muốn bảo vệ bóng bán dẫn bằng cách giảm thiểu mọi điện áp âm trên đường giao nhau của cực phát.

Sau khi tìm kiếm, tôi tình cờ thấy một bài đăng trên diễn đàn Raspberry Pi gợi ý mạch sau để bảo vệ bóng bán dẫn khỏi điện áp âm:

Tôi đã xây dựng mạch và nó có vẻ thành công: điện áp Vbe thấp nhất là khoảng -0,5V. Đồng hồ vạn năng kỹ thuật số của tôi chỉ cập nhật khoảng 5 lần mỗi giây và tôi không có máy hiện sóng để nhìn rõ hơn mọi thứ, nhưng trước đây nó cho thấy điện áp Vbe thấp nhất ở khoảng -5V.

Câu hỏi của tôi là:

  1. Tại sao các diode được đặt ở đâu? Nếu tôi diễn giải mọi thứ một cách chính xác, điều đó có nghĩa là Vbe thấp nhất sẽ giống như mức giảm về phía trước của diode và sẽ có một dòng điện từ mặt đất qua điện trở R1 vào chân điện áp RS-232 âm. Sẽ không có ý nghĩa hơn khi đặt diode giữa đầu vào RS-232 và R1, hoặc giữa R1 và bóng bán dẫn Q1, để chặn bất kỳ dòng điện nào vào chân?

  2. Các sơ đồ nói rằng sử dụng một diode tốc độ cao 1N4148, mà tôi đã sử dụng. Có bất lợi nào khi sử dụng 1N4001 thay vì 1N4148 không? 9600bps có nghĩa là mỗi bit dài khoảng 100uS và 1N4001 có thời gian phục hồi ngược điển hình là 2uS. 1N4148 có thời gian phục hồi ngược điển hình là 4nS - rõ ràng 1N4148 nhanh hơn khi chuyển đổi nhưng nó có thực sự tạo ra sự khác biệt trong bối cảnh này không?

Câu trả lời:


11

Các diode ở vị trí tốt nhất, và là một loại thích hợp.

Nó tiến hành khi đầu vào âm, giống như cơ sở bóng bán dẫn tiến hành khi đầu vào là dương. Điện trở 47K là khoảng 1/10 của tải RS-232 bình thường . Người ta cũng có thể chặn điện áp, nhưng sau đó một đột biến -100V (nói là ESD) có thể phá vỡ 1N4148 và phá vỡ đường giao nhau EB, gây ra thiệt hại không thể đảo ngược.

Ngoài ra, 1N4148 là một diode thích hợp cho ứng dụng này. Đó là một "diode chuyển mạch", điện dung thấp và phục hồi nhanh. 1N4001 cũng có thể hoạt động tốt, ít nhất là ở tốc độ truyền chậm. Các giá 200mA phương tiện mà ngay cả nếu một điện áp rất cao đã xuất hiện tại đầu vào transistor được bảo vệ đầy đủ, ít nhất là cho đến cung điện trở trên ,.


Thông minh. Cảm ơn bạn. Sẽ có bất kỳ bất lợi nào khi đặt 1N4148 ("D2") thứ hai giữa đầu vào RS-232 và R1, để ngăn không cho bóng bán dẫn nhìn thấy bất kỳ điện áp âm nào? Nếu D2 không thành công trong tình huống mà bạn mô tả, thì D1 vẫn có thể cung cấp dòng điện cho chân RS-232 thông qua R1. Điều này cũng không bảo vệ bóng bán dẫn?
heypete

Có thể hình dung sẽ có một chút bất lợi nếu cáp dài và tốc độ truyền cao vì điện dung của cáp sẽ được sạc đến -5 hoặc -10 thay vì -0,5, nhưng ngoài ra, đó chắc chắn là một cách tiếp cận hợp lý. Vì RS-232 không hoạt động ở '1' (-V), nó có thể tiết kiệm năng lượng ở đầu phát.
Spehro Pefhany

Tổng chiều dài cáp khoảng 10m và tốc độ baudrate chỉ 9600bps, vì vậy hy vọng điện dung cáp sẽ không thành vấn đề. Nếu nó không hoạt động, không có vấn đề gì lớn, nhưng tôi muốn chắc chắn rằng tôi sẽ không tạo ra một tình huống có thể dẫn đến một sự cố thảm khốc (chẳng hạn như kịch bản ESD mà bạn đã đề cập cho chính diode chặn điện áp).
heypete

1
Phụ lục: với D2 được cài đặt, mọi thứ dường như hoạt động tốt và Vbe bằng 0 hoặc dương theo đồng hồ của tôi. Cảm ơn lần nữa vì sự giúp đỡ của bạn.
heypete

Phụ lục bổ sung: có các chip thực hiện chuyển đổi RS-232-TTL theo cách tốt hơn, được kiểm soát tốt hơn và không tốn kém và nhỏ. Chẳng hạn, MAX3232 chỉ cần một vài tụ điện nhỏ bên ngoài và giải quyết vấn đề khá thanh lịch.
heypete
Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.