Увеличение напряжения

У меня есть двоичный сигнал, от 0 до 1,4 В, который я не могу изменить напрямую. Какую схему (на печатной плате) я могу использовать, чтобы увеличить напряжение 1,4 В по крайней мере до 2,5 В.

Нужен ли транзистор? Я думаю, я ищу переключатель, который будет "замыкаться", когда есть 1,4 В? Я полный новичок в электронике, но я в порядке в физике и понимаю уравнения

Вы просите логический сдвиг уровня.

Есть упакованные чипы, которые делают все для вас, но также нетрудно создать их самостоятельно из отдельных частей. Есть много способов сделать это, каждый с различными компромиссами.

Я нахожу эту схему из NXP Semiconductors AN10441 довольно элегантным способом получить эту функцию:

Эта схема показывает сдвиг логического уровня на шине I²C, которая имеет две сигнальные линии. Если вам требуется смещение только одной линии, вам нужен только один МОП-транзистор и два подтягивающих резистора, один на его затворе, а другой на его стоке. Точно так же, если вам нужно больше сдвинутых линий, вы просто добавляете MOSFET и пару подтягивающих резисторов к каждой линии.

Для примера, показанного на схеме, с логическими уровнями 3,3 В и 5 В будет работать любой MOSFET со слабым сигналом, такой как вездесущий 2N7000. Однако большинство универсальных MOSFET имеют максимум V _{GS (th)} слишком высокий, чтобы работать с вашим логическим уровнем 1,4 В. Вам придется искать что-то более специализированное, например, Vishay TN0200K или Zetex (Diodes, Inc.) ZXMN2B14FH .

Значения подтягивающих резисторов (R _p ) в некоторой степени зависят от области применения, но даже в этом случае будут иметь широкий диапазон. 10 кОм здесь очень популярны, обеспечивая хороший компромисс между скоростью, шумом и потреблением тока. Я мог видеть использование значения всего 1 кОм в определенных обстоятельствах и значения к северу от 1 МОм в других.

Примечание к приложению описывает, как работает схема, но перефразируя:

• Поскольку ничего не подключено к линии передачи данных, подтягивающие резисторы переводят линию данных на логический уровень низкого напряжения (V _DD1) с одной стороны и логический уровень высокого напряжения (V _DD2 ) с другой.

• Когда сторона низкого напряжения подводит сигнальную линию вниз, она затягивает вывод источника MOSFET. Поскольку затвор завышен, это заставляет MOSFET включаться, когда V _GS пересекает пороговое значение V _{GS (th)} , поэтому он проводит, также перетаскивая сторону высокого напряжения вниз.

• Когда сторона высокого напряжения хочет сделать то же самое, это более сложно. Эта принципиальная схема основана на том факте, что каждый MOSFET имеет встроенный в него паразитный диод, что показано на символе MOSFET вышеупомянутой схемы. (Символ МОП-транзистора не всегда отображается с паразитным диодом, но он всегда присутствует.) При перетаскивании вывода стока вниз сторона высокого напряжения заставляет этот диод проводить, что косвенным образом затягивает вывод источника низкого напряжения вниз. , вызывая то же самое, что и в предыдущем случае.

Эта тенденция схемы "ездить высоко" по умолчанию может не подходить для всех применений. Если один конец может когда-либо быть отключен, и устройство, оставленное подключенным, активно не тянет линию данных вниз, линия данных перейдет на высокий уровень. Это нормально для I²C, так как высокий логический уровень является нормальным условием простоя. Если ваша линия данных не работает таким образом, но ни один конец не может быть отключен, и по крайней мере один конец всегда активно тянет линию вниз, когда он хочет, чтобы линия была низкой, эта схема все равно будет работать.

Примечание . Исправлена ​​проблема инверсии логики.

2-е обновление : исправлен диапазон выходного напряжения с использованием полевого МОП-транзистора, а не BJT

Основы проблемы, как вы ее описали, по-видимому, называются «логическим сдвигом уровня» или преобразователем. Суть в том, что у вас есть цифровой логический (двоичный) сигнал с заданным уровнем сигнала, и вы хотите использовать его для адаптации к другому уровню сигнала.

Цифровые логические сигналы обычно классифицируются в соответствии с исходным семейством логики, к которому они принадлежат. Примеры включают TTL (низкий: 0, высокий: + 5 В), CMOS (низкий: 0, высокий: от 5 до 15 В), ECL (низкий: -1,6, высокий: -0,75), LowV (низкий: 0 В, высокий: +3,3 ).

В идеале вы также должны знать о пороге переключения. Например, уровни напряжения логического сигнала, которые показывают уровни логического напряжения TTL в первых двух графиках.

Если вы хотите усилить логический сигнал 0 или 1,4 В, тогда один транзистор можно настроить в качестве электронного переключателя, который будет действовать как преобразователь уровня.

(источник: mctylr )

В вашем приложении выходной сигнал представляет собой выход уровня 5 В (0 или 5 В в зависимости от состояния низкого / высокого уровня) и M1может представлять собой обычный транзистор MOSFET с улучшенным N-канальным усилением в слабом сигнале, пластмассовое сквозное отверстие 2N7000 в TO-92 и SMT упаковка.

Резисторы R2должны составлять 330 кОм (дополнительные детали компонентов резистора не являются критичными, например, допустимое отклонение 1 или 5%, допустимая мощность от 1/8 до 1/4 Вт).

Значения сопротивления резистора не особенно критичны, я выбрал приблизительное стандартное значение, чтобы при M1отсутствии проводимости выходной сигнал был ниже ~ 0,8 В, а когда M1проводящий (т. Е. Вход 1,4 В, «высокий»), то выходной будет примерно 5В. Я выбрал значение, используя быстрое моделирование SPICE.

V3является источником напряжения + 1,4 В и источником напряжения V2+ 5 В.

Другие значения (допуск и мощность) являются общими значениями компонента сквозного отверстия, используемыми для выбора реального компонента, но не являются критическими в этом приложении.

Это очень простая и небольшая схема, которая обходится примерно в двадцать пять центов или меньше для трех общих электронных компонентов.

Поскольку вы не упомянули какие-либо требования к скорости (то есть скорость переключения), то это должно работать в большинстве простых случаев.

Я принял этот подход, используя МОП-транзистор, а не транзистор с биполярным переходом, так как мне было трудно заставить один BJT выдавать желаемое колебание напряжения при переключении. С точки зрения дизайна, хорошая вещь о полевых транзисторах (и полевых МОП-транзисторах) состоит в том, что они являются устройствами с контролируемым напряжением (с точки зрения проектной модели), а не с управлением по току, как BJT.

Вы можете создать логический сдвиг уровня (так он называется) с несколькими дискретными компонентами (транзисторы и резисторы) или вы можете выбрать однокомпонентное решение, т.е. IC. Большинство микросхем не принимают входные напряжения ниже 1,4 В, но я нашел FXLP34 от Fairchild, который это делает. (Требуется FXLP34P5X, в других версиях имеются бессвинцовые пакеты, и поэтому его сложнее припаять).
Схема подключения:

A - это место, где вы подаете входной сигнал низкого уровня, Y - ваш выходной сигнал «высокого» уровня. Vcc1 - это ваше подключение 1,4 В, подключите требуемое выходное напряжение к Vcc (до 3,6 В).
Устройство может быть трудно приобрести в небольших количествах, может быть, дистрибьютор может предоставить несколько образцов.

PS: да, этот крошечный курсор также присутствует на изображении в таблице :-)

edit
Альтернативная часть, в случае если пространство на печатной плате является премиальным: OnSemi NLSV1T34 доступен в Damn Small ™ 1,2 мм х 1 мм DFN . Для смертных также в SOT-353 .

Чтобы изменить напряжение, вы можете использовать надежный трансформатор с ручным заводом. Зайдите в книжный магазин и возьмите копию Руководства по лицензии общего класса ARRL для радиолюбителей. Он учит вас, как это сделать.

Для переключателя, управляемого напряжением, Panasonic создает микросхему, которая называется триггер на основе напряжения 1381. Он предназначен для отключения переключателя, когда напряжение падает ниже определенного уровня (обычно для отключения гаджетов, когда батарея разряжается). Это доступно от Solarbotics .

Если вам просто нужен переключатель, который замыкается, когда логический сигнал равен 1,4 В, и размыкается, когда он равен 0 В, то вам нужно очень мало:

Транзистор включится, когда логический уровень высокий, и выключится, когда низкий. Вы можете подключить все, что хотите контролировать, между источником питания и коллектором транзистора. Это может быть просто резистор, если вы хотите сделать логический сигнал, который идет между землей и источником питания, хотя сигнал будет инвертирован из входного логического сигнала. Или это может быть светодиод с соответствующим токоограничивающим резистором, или многое другое. Если управляемая вещь может быть индуктивной, то к коллектору следует добавить диод, чтобы улавливать ток отката при выключении индуктора.

Это ставит около 1 мА через базу транзистора при включении. На рисунке показано, что для транзистора гарантированное усиление составляет около 50, а выходной ток составляет до 50 мА, чтобы транзистор работал в качестве переключателя.

Напряжение питания не зависит от входных логических уровней и не должно превышать максимальное значение Vce транзистора, которое в данном примере составляет 40 В.

У вас есть контроль над формой сигнала со стороны низкого напряжения? Если это так, возможно, можно использовать двойную цепь напряжения выпрямителя для зарядки насоса до более высокого напряжения. Единственный недостаток этого подхода заключается в том, что необходимо, чтобы выходной сигнал низкого напряжения переходил от сигнализации «высокий / низкий» к сигнализации «несущая / нет несущей».