Обобщенное решение:
- Один транзистор и 3 резистора будут принимать сигнал 0 В «5 В или более» и генерировать выход 5 В / 0 В. На примере значения резистора нагрузка по сигналу составляет около 80 мкА при 5 В и 250 мкА при 15 В. Это может быть уменьшено до 8 мкА / 25 мкА, если необходимо, и даже ниже, если необходимо. (Увеличенная версия диаграммы ниже).
Резистор 390 Ом и стабилитрон 4 В7 будут делать то, что вы хотите, при условии, что вы можете выдержать нагрузку по входному току 25 мА.
Использование операционного усилителя позволяет получить несколько лучшие результаты, но одно транзисторное решение должно быть полностью адекватным.
НИКОГДА не допускайте, чтобы диод зажима / защиты микросхемы проводил ток во время нормальной работы. Вы приглашаете ненадежных и неожиданных и, возможно, невидимых операций на все дни жизни вашего продукта. Выполнение этого во время нормальной работы всегда нарушает условия таблицы.
- Вы МОЖЕТЕ сойти с рук через несколько ua или даже за несколько десятков единиц ua, и вы можете ДУМАТЬ, что у вас не получилось использовать их для переноса сотен единиц ua. КАЖДОЕ приложение, которое использует защитные диоды для передачи более половины тока при нормальной работе, нарушает технические характеристики и приглашает Мерфи на обед.
Результаты непредсказуемы.
Никакой профессиональный дизайн не сделает этого .
Примечания приложения, которые рекомендуют это, как правило, непрофессионально.
Смотрите раздел в конце этого ответа.
Решение с одним транзистором:
Вход отображается как 5-15В, но все, что выше 4В, будет работать.
Когда vin = 4V, Vbase = R2 / (R1 + r2) x 4V = 0,6V.
Это вполне адекватно, но на 5В у вас более чем достаточно привода.
Показанные значения R1 и R2 являются предложениями.
Например, можно использовать значения, например, 100 кОм и 560 кОм, если использовать соответствующий транзистор с R3 и высокой бета-скоростью.
Выход обратен входному. т.е. Vout низкий, когда Vin высокий.
R3 может быть 10к или как угодно.
Q1, чтобы удовлетворить. Я бы использовал эквивалент BC337 или SMD (BC817?)
Если требуется очень низкий входной ток, R1 и R2 могут быть значительно увеличены с некоторой осторожностью. например, при R1 = 1 МОм, входной ток составляет около 15 мкА при 15 В и 5 мкА при 5 Вольт. Если транзистор Q1 имеет коэффициент усиления по току 100 (очень безопасно, например, для BC337-40), то Icollector = 500 мкА, поэтому при размахе 5 В R3> = 10 к, так что, скажем, 22 к вверх - это нормально.
Чрезвычайно ценный факт, чтобы знать о резистивных делителях !!!
Немного оцениваемый факт заключается в том, что соотношение между двумя значениями резистора N мест на стандартной шкале резисторов является примерно постоянным.
Это подразумевается в способе выбора значений шкалы.
Значения резистора E12
1
1,2
1,5
1,8
2,2
2,7
3,3
3,9
4,7
5,6
6,8
8,2
(10, 12, 15 ...)
12 значений, а затем серия повторяет шкалу в 10 раз выше.
Итак, значения 56k и 10k, которые я показал для R2 и R1, составляют 8 значений. то есть начните с значения 1 выше и сосчитайте 9 мест, и вы получите 5.6
ЛЮБЫЕ два значения 9 друг от друга имеют одинаковое соотношение (в пределах допуска шкалы) и могут использоваться для формирования примерно эквивалентного делителя.
например, любой из 56k / 10k, 68k / 12k, 82k / 15k 100k / 18k и т. д.
Стабилитрон + резистор будут делать то, что вы хотите, до тех пор, пока нагрузка на входной цепи приемлема. Если вы хотите уменьшить нагрузку, тогда лучше использовать дизайн на основе операционных усилителей.
На странице 350 таблицы данных приведены высокие и низкие уровни входного напряжения. Какой уровень подходит, зависит от того, какой входной вывод вы используете, но самое безопасное значение:> = 0,8 x Vdd или при Vdd = 5V, Vinhi> = 4V.
В техническом описании также отмечается, что Vin не должен превышать Vdd + 0.3V ABSOLUTE MAXIMUM (даже если он работает неправильно), и на практике все, что связано с Vdd, будет рискованным.
ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ:
Рекомендация Творда по использованию диодного зажима для Vdd является обычной практикой, но очень рискованной, поскольку она будет вводить ток в ИС в местах, не предназначенных для изготовителя во время нормальной работы. Результаты будут разными и будут непредсказуемыми. Использование Shottky, а не кремниевого диода, делает это менее рискованным, но все же дурным тоном и нарушает даже абсолютные максимальные характеристики производителя.
Зажим Зенера:
Этой простой схемы вполне может хватить.
Важно убедиться, что Vout всегда соответствует вашим спецификациям. Многие люди используют стабилитрон xx вольт и предполагают, что они получат XX вольт. При малых токах это часто далеко от истины. Кривые ниже показывают напряжение стабилитрона с током для типичных стабилитронов. Обратите внимание, что стабилитрону 4V7 требуется ток около 1 мА, чтобы поднять его до уровня выше 4 В. Если мы проектируем минимум 2 мА, все должно быть хорошо. Это дает, возможно, неожиданный результат.
5 В. I = 2 мА. Ожидается Vzener = 4V2.
R = (5 В - 4,2) / 0,002 А = 0,8 / 0,002 = 400 Ом.
Скажите 390 Ом = стандартное значение резистора E12.
При 15 В мы ожидаем, что ток будет около (15-5) / 400 = 25 мА.
25 мА может быть больше, чем вы хотите разрешить.
Более низкий диапазон Vin позволит снизить диапазон Imin-Imax, а Vin min на несколько вольт выше 5 В также очень поможет.
Мощность в резисторе = V x I = (15-5) x 25 мА = 250 мВт = 500 мВт резистор.
Кривые напряжения тока стабилитрона V02 x2.jpg
Пример таблицы стабилитронов
ЗАЩИТНЫЕ ДИОДЫ:
Многие люди не знают или просто игнорируют различия в технических характеристиках между номиналами «Абсолютный максимум» и рекомендуемыми условиями эксплуатации.
Абсолютные максимальные рейтинги - это те, которым устройство гарантированно выживет без повреждений. Правильная работа не гарантируется.
Соответствующий PIC допускает Vdd + 0.3V на своих выводах в качестве абсолютного максимального значения. Работа не гарантируется во время этого условия.
В большинстве спецификаций четко указано, что при нормальной работе входные напряжения не должны превышать диапазон от земли до Vdd. Эта таблица данных может содержать или не отображать ее на нескольких сотнях страниц. Это все еще неправильно.
Многие люди думают, что опасения по поводу защитных токов диода беспочвенны. Только некоторые из них ругали день, когда они так думали, и большинство, вероятно, дожили до того, чтобы рутировать это или нет :-).
Обратите внимание, что в (злой) записке приложения Atmel здесь используется резистор 1 МОм (подключен к сети переменного тока!), А в примечании приложения Microchip - рис. 10-1, 10-2, по крайней мере, можно сказать "... зажимные диоды должны быть маленькими (в диапазоне микроампер). Если ток через зажимные диоды становится слишком большим, вы рискуете запереть деталь ". Atmels сотни UA не "в диапазоне микроампер".
НО защелки это наименьшая из твоих проблем. Если вы фиксируете деталь (действие SCR, вызванное токами в подложке ИС), ИС часто превращается в дымящиеся руины, и вы понимаете, что что-то может быть не так.
Проблема с токовыми диодными токами в том, что вы НЕ получаете немедленного курения. То, что происходит, - то, что IC никогда не была разработана, чтобы принять ток между входным контактом и основанием - слой, на который установлена IC. Когда вы поднимаете Vin> Vdd, текущий эффект в целом вытекает из собственно ICV в призрачную сказочную страну, о которой iC не знает и которую разработчик не сделал и обычно не может разработать. Оказавшись там, вы получаете небольшие потенциалы, которые никогда не бывают там обычными, и ток может течь обратно в режимы соседних цепей, не совсем соседних узлов или даже в места на некотором расстоянии друг от друга, в зависимости от того, насколько велики токи и какие напряжения установлены. Причина, по которой это трудно описать и закрепить, заключается в том, что она полностью не разработана и, по сути, не подлежит разработке. Одним из эффектов является введение токов в плавающие узлы, которые не имеют формального выходного пути. Это может действовать как ворота для полевых транзисторов - формальных или случайных, которые включаются или выключаются в полуслучайных частях вашей цепи. Какие части? Когда? Как часто? Сколько? Как сложно? Ответ - кто может сказать / никто не может сказать - это не предназначено, не подлежит подписи.
Q: это на самом деле происходит?
A: О да!
Q: Я видел, как это случилось?
A: Да.
Я начал то, что в настоящее время оказалось крестовым походом в течение 1 десятилетия, чтобы люди знали об этом (хотя я должен был это хорошо знать) после того, как его сильно укусили.
У меня была относительно простая асинхронная последовательная схема, которая не вызывала у меня конца борьбы. Работа процессора была прерывистой или полу случайной. Код неисправен иногда, а не в другой раз. Ничто не было стабильным. Проблема? Диодная проводимость кузова, конечно. Я скопировал простую схему из примечания по применению, поставляемого с продуктом, и мы поехали.
Если вы сделаете это без должной заботы, это укусит вас.
Если вы делаете это с осторожностью, умом и дизайном, это может вас не укусить. Но может.
Это похоже на перетягивание центральной линии в постоянное движение, чтобы обгонять - сделано с осторожностью и не слишком часто, и оставляя то, что может быть достаточно хорошим, вы не умрете. Если вы это сделаете, вы, вероятно, не будете удивлены :-). Так же и с диодной проводимостью корпуса. Микрочипы с «диапазоном микроампер» могут быть нормальными. Отключение сети Atmel на 1 МОм - это случайность, которая должна произойти.
