Как устроена эта схема для сопряжения сигнала 20 В с микроконтроллером 3 на 3?

Я разработал следующую схему для сопряжения сигнала 12-20 В с микроконтроллером, работающим от 3,3 вольт. Сигнал 20 В или разомкнутая цепь.

Я хочу, чтобы схема была максимально устойчивой. Он должен быть в состоянии справиться с EMI и ESD.

схема

R1 - ограничение тока и смещение транзистора.
C1 должен реализовать фильтр нижних частот.
R2 используется для снятия базы транзистора и разрядки конденсатора С1, на вход 20 В подается напряжение 20 В или разомкнутая цепь.
D1 используется для защиты транзистора от отрицательного напряжения на базе.
R3 должен подтянуть вывод микроконтроллера.

Любые комментарии и улучшения по этой схеме приветствуются.

Дополнительный вопрос: Какое максимальное положительное напряжение может выдержать этот транзистор? В техническом описании указано, что пиковый базовый ток составляет 100 мА. Если база поддерживается на уровне 0,7 Вольт, то на входе может быть до 1000 Вольт (10 кОм * 100 мА). Но если вход составляет 1000 Вольт, делитель потенциала превращает напряжение в базу на 500 Вольт. И максимальный Vcb в соответствии с таблицей составляет 60 вольт.

— Хасан Надим
источник

Основание на эмиттерный диод будет загружать резистивный делитель, ограничивая его выходное напряжение до 0,7 В. Таким образом, в случае высокого входного напряжения вы можете пренебречь R2 для расчета входного напряжения. Ток через R2 будет ок. 0,7 / 10 кОм = 70 мкА, поэтому входное напряжение на практике будет зависеть только от 100 мА × 10 кОм. Но будьте осторожны с полным рассеянием мощности.

— Джиппи

Диод обратного смещения, он предназначен для проведения в случае отрицательного напряжения. Мне нужен R2, чтобы разрядить конденсатор в любом случае.

— Хасан Надим

Я набираю про внутреннюю базу на эмиттерный диод. Вы знакомы с тем, как работает BJT?

— Джиппи

@jippie мой плохой, я думал, что вы говорите о D1.

— Хасан Надим

Я также очень заинтересован в подключении автомобильного аккумулятора / генератора переменного тока, вы рассматривали возможность использования оптопар? Они в основном такие же, как у вас здесь, интерфейс в стиле BJT. Я собираюсь использовать простой делитель напряжения с фиксацией перенапряжения на стабилитроне (после делителя!) И достаточно высокими значениями резистора, чтобы стабилитрон выдержал длительное состояние «ВКЛ», если это произойдет. У меня также будет конденсатор фильтра с низким ESR на каждом входе, чтобы справиться с скачками напряжения ...

— KyranF

Ответы:

Выглядит хорошо для меня. Обратный диод D1 - хорошая идея. Если у вас есть минимум 12 В, вы можете немного уменьшить R2. Эта схема имеет пороговое значение, может быть, 2 В, вы можете легко уменьшить вдвое R2 или удвоить R1.

В случае кратковременного экстремального перенапряжения напряжение базового эмиттера (смещенное в прямом направлении) не будет расти выше или более вольт, даже при 100 мА. Похоже, еще один диод в обратной параллели к D1. Одно из преимуществ BJT в этом приложении. Ограничением, скорее всего, будет номинальное напряжение R1.

Если вы хотите учитывать постоянное перенапряжение, вам, возможно, придется учитывать номинальную мощность R1. Если какой-то идиот подключит его к электросети (обычно мы можем предположить, что около 240 В переменного тока - это самое большое напряжение, у идиотов тоже будет доступ - идиоты с доступом к более высоким напряжениям - своего рода проблема, устраняющая себя), тогда R1 рассеивает почти 6 Вт, поэтому должно быть физически большой частью. Вы можете решить эту проблему, увеличив значение R1, чтобы можно было использовать меньшую часть.

— Спехро Пефхани
источник

Единственным источником перенапряжения является EMI. Поэтому я думаю, что стандартные резисторы будут работать нормально. Я не следовал первому абзацу вашего комментария. У меня есть минимум 12 В (это происходит от автомобильного аккумулятора), но я не понимаю, что может сделать снижение R2. Хотите разработать?

— Хасан Надим

Он переключается примерно на 2 В, что немного ниже (6 В должно быть достаточно низким для автомобильного аккумулятора), поэтому, возможно, вы захотите сдвинуть порог до 4 В или около того. Это добавляет немного помехоустойчивости. По этой причине вы часто будете видеть серию Zener в промышленных цепях, но я думаю, что в этом случае достаточно просто заменить резистор 2: 1.

— Спехро Пефхани

@SpehroPefhany LOL о самоубийственных идиотах. Единственный дополнительный комментарий - время ответа. При относительно больших значениях крышки и резистора OP может захотеть быть уверенным, что схема реагирует достаточно быстро для применения. Он особо упоминает фильтрацию нижних частот, поэтому он, вероятно, уже учел это, но не повредит дважды проверить.

— Джон Д

Однажды я сам разработал очень похожую схему, когда мне потребовалось несколько «жестких» входов. Однако я использовал R1 = R2 = 100k (а не 10k). На самом деле не требуется много входного тока для насыщения Q1 с R3 = 10K. Уменьшите C1 на тот же коэффициент, если вы хотите сохранить ту же частоту углов.

Если вы хотите, чтобы некоторый гистерезис улучшил характеристики переключения, вы можете рассмотреть вопрос о установке резистора 100 Ом между эмиттером Q1 и землей, а затем привязать нижний конец R2 к этому соединению.

— Дэйв Твид
источник

+1 за метод добавления гистерезиса. Удивительно, что простой шепот положительной обратной связи может сделать, чтобы успокоить медленные и / или шумные входы.

— Рассел МакМахон

Схема выглядит нормально для не слишком требовательного использования.
В крайних случаях это может заикаться.

Частотный отклик на входной сигнал и приемлемые времена нарастания и спада не были указаны, и, если это необходимо, необходимо знать.

Vbe Q1 зажмет основание при ~ = 1 В макс.
Ibe может быть ограничен с помощью, скажем, двух диодов от соединения R1-R2 до земли и небольшого резистора (скажем, 100 Ом) от этой точки до базы Q1, чтобы диоды зажимали массивные переходные процессы Vin примерно до 1,5-2 В, а основание транзисторов зажимало сказать 0,7 В.
Пример: если переходные диски работают с напряжением 1000 В, I_R1 = 100 мА.
Если два диода зажимают нижний конец верхней части R1, скажем, 2В, то базовый ток будет
(2В-Vbe) / 100R = 13 мА.
Значения могут быть скорректированы в соответствии с требованиями.

Резисторы имеют номинальные напряжения, которые не зависят от рассеивания.
При очень высоком напряжении значение напряжения R1 становится важным.
Рассеивание в R1 составляет ~ = V ^ 2 / R, поэтому 1 Вт при 100 В с R1 = 10K.
При 1000 В R1 рассеивание составляет V ^ 2 / R = 1 000 000/10000 = 100 Вт.
Вы не хотели бы иметь этот подарок долго или должны были бы предоставить резистор, который может справиться с этим устойчивым состоянием.
Это не требуется для ОУР. Если вы когда-либо сталкивались с ситуацией, когда очень высокое напряжение может иногда присутствовать более миллисекунд, вы можете использовать переключаемый вход, который отключается при очень высоком напряжении.

Если время отклика не должно быть высоким, значение R1 можно увеличить в соответствии с условиями более высокого напряжения.

— Рассел МакМахон
источник