Tăng điện áp

Tôi có tín hiệu nhị phân, 0V đến 1,4V, mà tôi không thể thay đổi trực tiếp. Tôi có thể sử dụng mạch nào, (trên PCB) để tăng 1,4V lên ít nhất 2,5V.

Tôi có cần một bóng bán dẫn? Tôi đoán tôi đang tìm kiếm một công tắc sẽ "đóng" khi có 1.4V? Tôi là một người hoàn toàn mới về điện tử, nhưng tôi ổn về vật lý và hiểu các phương trình

Bạn đang yêu cầu một shifter mức logic.

Có những con chip được đóng gói làm mọi thứ cho bạn, nhưng cũng không khó để tự xây dựng một con chip từ những phần riêng biệt. Có nhiều cách để làm điều đó, mỗi cách có sự đánh đổi khác nhau.

Tôi thấy sơ đồ này, từ AN10441 của NXP bán dẫn là một cách khá thanh lịch để có được chức năng đó:

Sơ đồ này cho thấy bộ dịch mức logic trên một bus I²C, có hai đường tín hiệu. Nếu bạn chỉ cần một dòng dịch chuyển, bạn chỉ cần một MOSFET và hai điện trở kéo lên, một trên cổng của nó và một dòng khác trên cống của nó. Tương tự, nếu bạn cần dịch chuyển nhiều dòng hơn, bạn chỉ cần thêm một MOSFET và cặp điện trở kéo lên cho mỗi dòng.

Đối với ví dụ được hiển thị trong sơ đồ, với các mức logic 3,3 V và 5 V, bất kỳ MOSFET tín hiệu nhỏ nào cũng sẽ hoạt động, chẳng hạn như 2N7000 phổ biến. Tuy nhiên, hầu hết các MOSFET chung có V _{GS (th)} tối đa quá cao để hoạt động với mức logic 1,4 V của bạn, tuy nhiên. Bạn sẽ phải tìm đến một thứ gì đó chuyên dụng hơn như Vishay TN0200K hoặc Zetex (Diodes, Inc.) ZXMN2B14FH .

Các giá trị của điện trở kéo lên (R _p ) phụ thuộc phần nào vào ứng dụng, nhưng sẽ có phạm vi rộng ngay cả sau đó. 10 kΩ là một giá trị phổ biến ở đây, mang lại sự đánh đổi tốt giữa tốc độ, tiếng ồn và sức hút hiện tại. Tôi có thể thấy việc sử dụng một giá trị thấp tới 1 kΩ trong một số trường hợp nhất định và giá trị Bắc là 1 MΩ trong các giá trị khác.

Ghi chú ứng dụng mô tả cách thức hoạt động của mạch, nhưng để diễn giải:

• Không có gì gắn với đường dữ liệu bị dịch chuyển, các điện trở kéo lên đưa đường dữ liệu về mức logic điện áp thấp (V _DD1) ở một bên và mức logic điện áp cao (V _DD2 ) ở phía bên kia.

• Khi phía điện áp thấp đưa đường tín hiệu xuống, nó sẽ kéo chân nguồn của MOSFET xuống. Do cổng được buộc cao, điều này làm cho MOSFET bật khi V _GS vượt qua ngưỡng V _{GS (th)} , do đó, nó cũng dẫn, kéo cả phía điện áp cao xuống.

• Khi phía cao thế muốn làm điều tương tự, nó phức tạp hơn. Sơ đồ mạch này dựa trên thực tế là mọi MOSFET đều có một diode ký sinh được tích hợp trong nó, được thể hiện trong biểu tượng MOSFET của sơ đồ trên. (Biểu tượng MOSFET không phải lúc nào cũng được vẽ với diode ký sinh hiển thị, nhưng nó luôn ở đó.) Bằng cách kéo chốt xả xuống, phía điện áp cao làm cho diode này dẫn điện, gián tiếp kéo pin nguồn điện áp thấp xuống , gây ra điều tương tự xảy ra như trong trường hợp trước.

Xu hướng này của mạch "đi cao" theo mặc định có thể không phù hợp cho tất cả các ứng dụng. Nếu một đầu có thể bị ngắt kết nối và thiết bị được kết nối không tích cực kéo dòng dữ liệu xuống, dòng dữ liệu sẽ chuyển sang mức cao. Điều này tốt cho I²C, vì mức logic cao là điều kiện không hoạt động bình thường. Nếu dòng dữ liệu của bạn không hoạt động như vậy nhưng không có đầu nào có thể bị ngắt kết nối và ít nhất một đầu luôn luôn chủ động kéo dòng xuống khi nó muốn dòng thấp, mạch này vẫn hoạt động.

Lưu ý : Sửa lỗi nghịch đảo logic.

Cập nhật lần 2 : Đã sửa lỗi dải điện áp đầu ra, sử dụng MOSFET thay vì BJT

Những điều cơ bản của vấn đề như bạn đã mô tả về nó, dường như được gọi là "trình dịch mức logic" hoặc trình chuyển đổi. Bản chất là bạn có tín hiệu logic kỹ thuật số (nhị phân) ở mức tín hiệu nhất định và bạn muốn sử dụng điều chỉnh nó thành mức tín hiệu khác.

Các tín hiệu logic kỹ thuật số thường được phân loại theo họ logic gốc mà chúng thuộc về. Ví dụ bao gồm TTL (thấp: 0, cao: + 5V), CMOS (thấp: 0, cao: 5 đến 15V), ECL (thấp: -1.6, cao: -0,75), ThấpV (thấp: 0V, cao: +3.3 ).

Tốt nhất, bạn cũng nên biết về ngưỡng chuyển đổi. Ví dụ: các mức điện áp tín hiệu Logic cho thấy các mức điện áp logic TTL trong hai đồ họa đầu tiên.

Nếu bạn muốn khuếch đại tín hiệu logic là 0 hoặc 1,4V, thì một bóng bán dẫn duy nhất có thể được cấu hình như một công tắc điện tử để hoạt động như một bộ chuyển đổi mức.

(src: mctylr )

Trong ứng dụng của bạn, đầu ra là đầu ra ở mức 5V (0 hoặc 5V tùy thuộc vào trạng thái thấp / cao) và M1có thể là một bóng bán dẫn MOSFET chế độ kênh N tín hiệu nhỏ phổ biến, 2N7000 trong lỗ thông qua nhựa TO-92 và Bao bì SMT.

Các điện trở R2phải là 330Kohms, (chi tiết thành phần điện trở bổ sung không quan trọng, ví dụ dung sai 1 hoặc 5%, xếp hạng 1/8 đến 1/4 Watts là tốt).

Các giá trị điện trở của điện trở không đặc biệt quan trọng, tôi đã chọn một giá trị tiêu chuẩn gần đúng để nếu M1không được tiến hành thì đầu ra sẽ ở dưới ~ 0,8 V, trong khi khi M1tiến hành (tức là đầu vào là 1,4V, 'cao') thì đầu ra sẽ xấp xỉ 5V. Tôi đã chọn giá trị bằng cách sử dụng mô phỏng SPICE nhanh chóng.

V3là nguồn điện áp + 1,4V và V2là nguồn điện áp + 5V.

Các giá trị khác (dung sai và công suất) là các giá trị thành phần thông qua lỗ được sử dụng để chọn thành phần trong thế giới thực, nhưng không quan trọng trong ứng dụng này.

Đó là một mạch rất đơn giản và nhỏ, có giá khoảng hai mươi lăm xu hoặc ít hơn cho ba bộ phận điện tử thông thường.

Vì bạn không đề cập đến bất kỳ yêu cầu tốc độ cao nào (tức là tốc độ chuyển đổi), do đó, điều này sẽ hoạt động trong hầu hết các trường hợp đơn giản.

Tôi đã áp dụng cách tiếp cận này bằng cách sử dụng MOSFET thay vì bóng bán dẫn tiếp giáp lưỡng cực vì tôi gặp khó khăn khi tạo ra một BJT duy nhất cho phép xoay điện áp mong muốn khi chuyển đổi. Từ quan điểm thiết kế, điều thú vị về FET (và MOSFET) là chúng là các thiết bị được điều khiển điện áp (theo mô hình thiết kế), thay vì được điều khiển bằng dòng điện như BJT.

Bạn có thể xây dựng bộ dịch mức logic (được gọi là) với một vài thành phần riêng biệt (bóng bán dẫn và điện trở) hoặc bạn có thể tìm giải pháp một thành phần, tức là IC. Hầu hết các IC sẽ không chấp nhận điện áp đầu vào thấp tới 1,4 V, nhưng tôi đã tìm thấy FXLP34 của Fairchild . (Bạn muốn FXLP34P5X, các phiên bản khác có các gói không chì và do đó khó hàn hơn)
Sơ đồ kết nối:

A là nơi bạn cung cấp tín hiệu đầu vào mức thấp, Y là tín hiệu đầu ra "cao" của bạn. Vcc1 là kết nối 1,4 V của bạn, kết nối điện áp đầu ra cần thiết với Vcc (tối đa 3,6 V).
Thiết bị có thể khó lấy số lượng thấp, có thể nhà phân phối có thể cung cấp một vài mẫu.

PS: có, con trỏ nhỏ đó cũng có trong hình ảnh trong biểu dữ liệu :-)

chỉnh sửa
Một phần thay thế, trong trường hợp không gian PCB là phí bảo hiểm: OnSemi NLSV1T34 có sẵn trong DFN Damn Small ™ 1.2mm x 1mm . Đối với người chết cũng trong SOT-353 .

Để thay đổi điện áp, bạn có thể sử dụng một biến áp vết thương tay đáng tin cậy. Đi đến một cửa hàng sách và lấy một bản sao của Sổ tay Cấp phép Chung của ARRL cho đài phát thanh. Nó dạy bạn làm thế nào để làm điều đó.

Đối với công tắc điều khiển điện áp, Panasonic tạo ra một IC gọi là bộ kích hoạt dựa trên điện áp 1381. Nó được thiết kế để tắt công tắc khi điện áp xuống dưới một mức nhất định (thường là để tắt các thiết bị khi pin chết). Nó có sẵn từ Solarbotics .

Nếu bạn chỉ muốn một công tắc đóng khi tín hiệu logic là 1,4V và mở khi nó là 0V, thì bạn cần rất ít:

Transitor sẽ bật khi mức logic cao và tắt khi thấp. Bạn có thể kết nối bất cứ điều gì bạn muốn kiểm soát giữa nguồn cung cấp và bộ thu của bóng bán dẫn. Đây có thể chỉ là một điện trở nếu bạn muốn tạo tín hiệu logic đi giữa mặt đất và nguồn cung cấp, mặc dù tín hiệu sẽ được đảo ngược từ tín hiệu logic đầu vào. Hoặc nó có thể là một đèn LED với điện trở giới hạn dòng thích hợp nối tiếp, hoặc nhiều thứ khác. Nếu vật được điều khiển có thể được cảm ứng, thì nên thêm một diode từ bộ thu vào nguồn để bắt dòng khởi động khi tắt cuộn cảm.

Điều này đặt khoảng 1 mA thông qua cơ sở của bóng bán dẫn khi bật. Chỉ ra mức tăng được bảo đảm khoảng 50 cho bóng bán dẫn, đầu ra tốt cho tới 50 mA để giữ cho bóng bán dẫn hoạt động như một công tắc.

Điện áp nguồn độc lập với các mức logic đầu vào và chỉ cần không vượt quá thông số Vce tối đa của bóng bán dẫn, là 40V trong ví dụ này.

Bạn có kiểm soát dạng sóng từ phía điện áp thấp không? Nếu vậy, có thể một mạch kép điện áp chỉnh lưu có thể được sử dụng để sạc bơm lên điện áp cao hơn. Gotcha duy nhất với phương pháp này là bạn cần phải có đầu ra phía điện áp thấp đi từ tín hiệu "cao / thấp" sang tín hiệu "sóng mang / không sóng mang".