Làm thế nào để đảo ngược tín hiệu số


29

Tôi cần một cách để đảo ngược tín hiệu số tức là nếu đầu vào cao, tôi muốn đầu ra ở mức thấp và nếu đầu vào thấp tôi muốn đầu ra ở mức cao.

Tôi nghĩ rằng điều này có thể được thực hiện với một bóng bán dẫn PNP duy nhất, nhưng muốn xác minh điều đó ở đây. Các điện áp mà tôi đang xử lý là ít hơn 5V.


Xử lý chi tiết về biến tần BJT: Dự án MoHAT EE 307 Mục 2 - "Mục đích của trang này là hướng dẫn những người quan tâm đến các hoạt động cơ bản của biến tần BJT."
Peter Mortensen

Câu trả lời:


34

Hoặc, vì dù sao bạn cũng đang nói về tín hiệu số nên bạn sử dụng biến tần .

enter image description here

Alà đầu vào (đối với cửa với đầu vào nhiều hơn sẽ được A, B, C, vv), Ylà sản phẩm. Nếu nó không làm phức tạp sơ đồ của bạn quá nhiều, đặt biểu tượng với đầu vào bên trái.

NXP có bộ biến tần một cổng . Chỉ cần bốn kết nối: cung cấp điện, mặt đất, đầu vào và đầu ra.

Nó có thể được thực hiện với một bóng bán dẫn và hai điện trở, mặc dù. Đó là một sơ đồ đơn giản, nhưng bạn vẫn phải thực hiện một vài phép tính đơn giản. Bạn sẽ có chính xác các kết nối giống như với biến tần.
BTW, PNP là một tùy chọn, nhưng thường xuyên hơn sẽ sử dụng NPN.

chỉnh sửa (bình luận của bạn)

enter image description here

Nếu tín hiệu đầu vào cao, sẽ có dòng điện chạy qua R2 và đường giao nhau của bộ phát gốc (bóng chứ không phải cổng). Dòng điện này sẽ được khuếch đại và dòng collector qua R1 sẽ làm giảm điện áp do đó đầu ra sẽ thấp. Đầu vào cao, đầu ra thấp.
Nếu tín hiệu đầu vào thấp, sẽ không có dòng cơ sở nào và không có dòng thu. Không có dòng điện qua R1 có nghĩa là không giảm điện áp, do đó đầu ra sẽ ở mức + V. Đầu vào thấp, đầu ra cao.

Điều này đã dẫn thêm một chút, nhưng như tôi đã nói trong bình luận để sandun đầu ra rất bất đối xứng. Nếu đầu ra được kết nối với tụ điện, mức đầu ra cao sẽ có nghĩa là tụ được tích điện qua R1, điều này sẽ dẫn đến độ dốc theo cấp số nhân với hằng số thời gian là R1C. Khi đầu ra xuống thấp, tụ điện sẽ được phóng điện qua điện trở thấp hơn nhiều và độ dốc sẽ dốc hơn nhiều. Bạn sẽ không nhận được sự khác biệt này với các cổng CMOS, có khả năng nguồn / chìm đối xứng.

Đầu vào của phiên bản bóng bán dẫn cũng sẽ rút ra một dòng điện (nhỏ) khi cao. Phiên bản CMOS sẽ chỉ có dòng rò nhỏ cả khi cao và thấp.

Nhìn chung, cổng logic tích hợp là người chiến thắng.


Tôi chắc chắn có thể bị nhầm lẫn ở đây, nhưng NPN bật khi nguồn được cung cấp cho cổng và PNP sẽ tắt khi nguồn được cung cấp. Thật hợp lý khi sử dụng NPN để khuếch đại tín hiệu, nhưng nó sẽ không làm cho tín hiệu đảo ngược. Suy nghĩ?
Matt Ruwe

2
Gates dành cho MOSFET, không phải BJT. NFE bật và PFET tắt. Nhưng bạn phải chắc chắn rằng nguồn được kết nối đúng. Một NPN và PNP là các BJT và yêu cầu thêm một số phép toán để đảm bảo chúng hoạt động chính xác
ajs410

Khi nói đến NXP, bạn có một căn phòng tự do rất nhỏ. Có các ràng buộc như thời gian, quạt vào, quạt ra, lề nhiễu đầu vào, trục trặc, v.v. Trong trường hợp đó, việc sử dụng bóng bán dẫn trở nên dễ dàng hơn. Chỉ vì bạn không bị khóa bởi những ràng buộc đó.
Tiêu chuẩn Sandun

@Matt - Chỉnh sửa câu trả lời của tôi.
stevenvh

1
@sandundhammika, Nếu bạn tự xây dựng, bạn vẫn có giới hạn về giới hạn quạt và tiếng ồn (quạt không áp dụng ở đây). Nhưng bạn phải tự tính toán những giới hạn đó là gì. Nếu bạn sử dụng cổng ngoài kệ, bạn chỉ cần đọc biểu dữ liệu để tìm hiểu. Hơn nữa, tiêu thụ điện năng (một hạn chế hệ thống điển hình khác) có thể sẽ tốt hơn nhiều cho cổng ngoài giá.
Photon

24

Vâng, điều này có thể được thực hiện với một bóng bán dẫn và điện trở duy nhất, nhưng có những con chip được thiết kế đặc biệt để đảo ngược tín hiệu số. Thật kỳ lạ, chúng được gọi là biến tần . Kiểm tra 74HC04, ví dụ. Điều đó cung cấp cho bạn sáu bộ biến tần riêng biệt trong một gói 14 pin duy nhất. Ngoài ra còn có các bộ biến tần đơn (và các cổng logic nhỏ khác) có sẵn trong các gói SOT-23 nhỏ, là cùng một bóng bán dẫn riêng lẻ đi kèm.

Có rất ít lý do để cố gắng tạo biến tần của riêng bạn, nhưng vâng, điều đó là có thể.

Đã thêm vào phản hồi để bình luận:

Như tôi đã nói, một bóng bán dẫn lưỡng cực đơn có thể được sử dụng làm cơ sở cho một biến tần đơn giản. Tối thiểu, bạn cần bóng bán dẫn và một điện trở cơ sở. Để hoàn thiện, tôi cũng sẽ thêm một điện trở tải đầu ra, mà bạn nên cho là cần thiết trừ khi bạn biết bất cứ điều gì sẽ được kết nối với đầu ra sẽ cung cấp tải cần thiết. Không có gì kỳ diệu về một bóng bán dẫn PNP nói riêng. Một NPN cũng có thể được sử dụng. Đây là cách mỗi cái sẽ được sử dụng:

Lưu ý rằng mỗi có 4 kết nối: nguồn, mặt đất, đầu vào và đầu ra. Sự khác biệt giữa hai hướng là nó tải đầu vào và hướng đầu ra được điều khiển tích cực so với tải thụ động. Nếu bạn không quan tâm đến những vấn đề này, thì hai mạch tương đương về chức năng.

Tuy nhiên, điều này dễ dàng hơn:

Nó cũng nhanh hơn, mất ít năng lượng trạng thái ổn định hơn, có trở kháng đầu ra cao hơn và nhỏ hơn. Nó có cùng bốn kết nối mà các bộ biến tần ở trên làm. Các cổng đơn như thế này có sẵn trong các gói SOT-23, đó là cùng một bóng bán dẫn duy nhất đi vào. Điều này chỉ yêu cầu một bộ phận bên ngoài, nắp bypass. Nó không cần một điện trở tải vì đầu ra của nó chủ động điều khiển cả hai cách.

Thực sự, đối với việc đảo ngược tín hiệu số, việc tạo biến tần của riêng bạn là ngớ ngẩn đối với các ứng dụng thông thường.

Tắt chủ đề sang một bên về bản vẽ sơ đồ:

Kịch bản thực sự chỉ là ba dòng. Đây là toàn bộ tập tin:

@echo tắt
còn lại
rem MAKE_SCHEM_GIF
còn lại
rem Tạo tệp GIF sơ đồ được lọc độc đáo từ đầu ra Eagle thô
rem /temp/a.tif. Tệp GIF kết quả sẽ là /temp/b.gif và sẽ là
rem thang màu xám.
còn lại
image_filter /temp/a.tif /temp/b.img -shrink 5
image_copy /temp/b.img /temp/b.gif -form -gray
image_disp /temp/b.gif -zoom 1 -dev vừa

Đó là một kịch bản một lần rất cụ thể, nhưng hoạt động đủ tốt cho mục đích. Trong Eagle tôi xuất sơ đồ thành tệp hình ảnh \ temp \ a.tif, chạy tập lệnh tạo \ temp \ b.gif. Cài đặt Eagle cho xuất ảnh là 600 DPI và đơn sắc. Thực sự, đó là tất cả để có nó. Nó có thể nghe có vẻ phức tạp hơn nó.


1
@MattRuwe nó sẽ "đủ" nhưng quan điểm của Olin là một con chip chuyên dụng sẽ làm tốt hơn (thời gian tăng và giảm sẽ đối xứng hơn). PNP có thể "kéo" lên Vdd, nhưng bạn cần một cái gì đó để kéo nó xuống khi PNP cho phép đầu ra nổi. "Cái gì đó" sẽ tạo ra sự bất đối xứng trong thời gian tăng / giảm, dựa trên trở kháng của nó.
ajs410

Gotcha, có ý nghĩa
Matt Ruwe

1
Làm thế nào đến sơ đồ của bạn trông đẹp hơn của tôi? :-)
stevenvh

4
@stevenvh: Phải vì tôi tốt hơn. Nghiêm túc mà nói, tôi sử dụng Eagle và chăm sóc một chút. Sau khi vẽ bằng Eagle, tôi xuất sơ đồ ở 600 DPI sang tệp hình ảnh, sau đó chạy tập lệnh lọc và thu nhỏ nó 5x và ghi kết quả vào tệp GIF tỷ lệ xám. Điều đó làm cho kết quả có kích thước hợp lý mà không có tạo tác pixel. Mặc dù vậy, nó làm cho các dòng hơi mờ, đó là sự đánh đổi cho việc không có bí danh và hình ảnh rõ ràng.
Olin Lathrop

1
@abdullah: Xem thêm để trả lời.
Olin Lathrop

8

Dưới đây là một số giá trị điện trở hoạt động cho tín hiệu CMOS:

Tôi tìm thấy chủ đề này bởi vì tôi muốn kết nối "Ba lô kỹ thuật số LCD" cũ hơn với Arduino. Arduino đưa ra các tín hiệu nối tiếp tích cực và ba lô kỹ thuật số muốn các tín hiệu đảo ngược. Phiên bản mới hơn của bộ điều khiển LCD có một nút nhảy ngược / không đảo, nhưng của tôi thì không. Tương tự, có thể tạo tín hiệu nối tiếp ngược thông qua phần mềm, nhưng nó liên quan đến việc chạy một thư viện không chuẩn. Tôi muốn sử dụng các Serial.writelệnh tiêu chuẩn .

Ban đầu, tôi đã kết nối một trong 4 NOR trong một cổng quad quad CMOS 4001 như một biến tần, nhưng nó chiếm rất nhiều chỗ trên bảng mạch của tôi, và vì bạn phải buộc tất cả các đầu vào không sử dụng xuống đất, liên quan đến rất nhiều hệ thống dây điện. (Tôi nghĩ rằng tôi cần kết nối tất cả trừ 3 trong số 14 chân trên gói; mọi thứ trừ đầu ra trên 3 NOR không được sử dụng.)

Tôi muốn một giải pháp đơn giản hơn. Tôi đã sử dụng mạch được cung cấp bởi @stevenvh.

Liên kết tại đây:

enter image description here

Tôi đang xử lý logic 5V 5V ở 9600 baud, vì vậy trở kháng đầu vào rất cao / dòng điện rất thấp. Vì tôi chỉ chuyển đổi ở 9600 baud, tôi không nghĩ rằng hành vi bất đối xứng của biến tần dựa trên bóng bán dẫn làm tổn thương tôi nhiều.

Tôi thấy rằng một điện trở 100K trên đầu vào (R2 trong sơ đồ của stevenvh) đã hoạt động và sử dụng điện trở 3,3k làm điện trở kéo lên ở R1. Dựa trên tính toán của tôi (I = V / R, 5/3300), thiết lập này sẽ thu hút <= 1,5 mA ở trạng thái BẬT (hơi ít do điện trở trong của bóng bán dẫn.) Tôi có thể treo lên một cái nồi và xem nó lớn đến mức nào một điện trở tôi có thể đi với một màn hình LCD vẫn nhận được tín hiệu.


4

Đây là cách bạn thực hiện theo cách CMOS:

schematic

mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab

Điện áp đường sắt điện có thể tăng cao như bạn muốn miễn là nó thấp hơn điện áp sự cố cổng.

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.