Aumento della tensione

Ho un segnale binario, da 0 V a 1,4 V, che non posso cambiare direttamente. Quale circuito (su un PCB) posso usare per aumentare 1,4 V ad almeno 2,5 V.

Ho bisogno di un transistor? Immagino che sto cercando un interruttore che si "chiuda" quando c'è 1,4 V? Sono un noob completo in elettronica, ma sto bene in fisica e capire le equazioni

Stai chiedendo un cambio di livello logico.

Esistono chip confezionati che fanno tutto per te, ma non è nemmeno difficile costruirne uno da parti discrete. Esistono molti modi per farlo, ognuno con diversi compromessi.

Trovo questo schema, dall'AN10441 di NXP Semiconductors, un modo abbastanza elegante per ottenere quella funzione:

Questo schema mostra lo shifter di livello logico su un bus I²C, che ha due linee di segnale. Se è necessario un solo spostamento di linea, sono necessari solo un MOSFET e due resistori di pull-up, uno sul suo gate e l'altro sul suo drain. Allo stesso modo, se hai bisogno di più linee spostate, aggiungi semplicemente un MOSFET e una coppia di resistori pull-up a ciascuna linea.

Nell'esempio mostrato nello schema, con livelli logici di 3,3 V e 5 V, funzionerà qualsiasi MOSFET di piccolo segnale, come l'onnipresente 2N7000. La maggior parte dei MOSFET generici ha un V _{GS (th)} massimo troppo alto per funzionare con il tuo livello logico 1,4 V. Dovrai cercare qualcosa di più specializzato come un Vishay TN0200K o uno Zetex (Diodes, Inc.) ZXMN2B14FH .

I valori delle resistenze di pull-up (R _p ) dipendono in qualche modo dall'applicazione, ma avranno anche un ampio intervallo. 10 kΩ è un valore popolare qui, che offre un buon compromesso tra velocità, rumore e assorbimento di corrente. Ho potuto vedere l'utilizzo di un valore basso come 1 kΩ in alcune circostanze e valori a nord di 1 MΩ in altre.

La nota dell'app descrive come funziona il circuito, ma per parafrasare:

• Con nulla collegato alla linea dati spostata, i resistori di pull-up portano la linea dati al livello logico di bassa tensione (V _DD1) da un lato e al livello logico di alta tensione (V _DD2 ) dall'altro.

• Quando il lato a bassa tensione abbassa la linea del segnale, trascina verso il basso il pin della sorgente del MOSFET. Poiché il gate è legato in alto, questo fa sì che il MOSFET si accenda quando V _GS supera la soglia V _{GS (th)} , quindi conduce, trascinando anche il lato dell'alta tensione verso il basso.

• Quando il lato dell'alta tensione vuole fare lo stesso, è più complicato. Questo schema circuitale si basa sul fatto che ogni MOSFET ha un diodo parassita incorporato, che è mostrato nel simbolo MOSFET dello schema sopra. (Il simbolo MOSFET non è sempre disegnato con il diodo parassita che mostra, ma è sempre lì.) Trascinando il perno di drenaggio verso il basso, il lato ad alta tensione provoca la conduzione di questo diodo, che trascina indirettamente verso il basso il perno di origine del lato a bassa tensione , facendo accadere la stessa cosa del caso precedente.

Questa tendenza del circuito a "salire in alto" per impostazione predefinita potrebbe non essere appropriata per tutte le applicazioni. Se un'estremità può mai essere disconnessa e il dispositivo lasciato connesso non sta attivamente tirando verso il basso la linea dati, la linea dati passerà al livello superiore. Questo va bene per I²C, poiché l'alto livello logico è la normale condizione inattiva. Se la tua linea di dati non funziona in questo modo ma nessuna delle due estremità può essere scollegata e almeno un'estremità sta sempre attivamente tirando giù la linea quando vuole che la linea sia bassa, questo circuito continuerà a funzionare.

Nota : problema di inversione logica corretto.

2 ° aggiornamento : intervallo di tensione di uscita fisso, utilizzando MOSFET anziché BJT

Le basi del problema, come è stato descritto, sembrano essere chiamate "variatori di livello logico" o convertitore. L'essenza è che si dispone di un segnale di logica digitale (binario) a un determinato livello di segnale e che si desidera utilizzare per adattarlo a un altro livello di segnale.

I segnali logici digitali sono normalmente classificati in base alla famiglia logica originale a cui appartengono. Gli esempi includono TTL (basso: 0, alto: + 5 V), CMOS (basso: 0, alto: da 5 a 15 V), ECL (basso: -1,6, alto: -0,75), V basso (basso: 0 V, alto: +3,3 ).

Idealmente, dovresti anche essere consapevole della soglia di commutazione. Ad esempio , livelli di tensione del segnale logico che mostrano i livelli di tensione della logica TTL nei primi due grafici.

Se si desidera amplificare un segnale logico che è 0 o 1,4 V, un singolo transistor può essere configurato come un interruttore elettronico per fungere da convertitore di livello.

(src: mctylr )

Nella tua applicazione, l'uscita è l'uscita di livello 5 V (0 o 5 V a seconda dello stato basso / alto) e M1potrebbe essere un comune transistor MOSFET in modalità di miglioramento del canale N a piccolo segnale, il 2N7000 in passante in plastica TO-92 e Imballaggio SMT.

I resistori R2dovrebbero essere 330Kohms (i dettagli dei componenti del resistore aggiuntivo non sono critici, ad es. Tolleranza dell'1 o 5%, la classificazione da 1/8 a 1/4 di Watt va bene).

I valori di resistenza del resistore non sono particolarmente critici, ho scelto un valore standard approssimativo in modo che se M1non sta conducendo l'uscita sarà inferiore a ~ 0,8 V, mentre quando M1sta conducendo (cioè l'ingresso è 1,4 V , 'alto') quindi l'uscita sarà di circa 5 V. Ho scelto il valore usando una rapida simulazione SPICE.

V3è una sorgente di tensione + 1,4 V2V ed è una sorgente di tensione + 5 V.

Gli altri valori (tolleranza e potenza) sono valori comuni dei componenti a foro passante utilizzati per selezionare il componente del mondo reale, ma non sono fondamentali in questa applicazione.

È un circuito molto semplice e piccolo, che costa circa venticinque centesimi o meno per tre parti elettroniche comuni.

Dal momento che non hai menzionato requisiti ad alta velocità (ad es. Velocità di commutazione), questo dovrebbe funzionare nella maggior parte dei casi semplici.

Ho adottato questo approccio di utilizzo di un MOSFET piuttosto che di un transistor di giunzione bipolare poiché ho avuto problemi a fare un singolo BJT per dare l'oscillazione di tensione desiderata durante la commutazione. Da un punto di vista progettuale, la cosa bella dei FET (e dei MOSFET) è che sono dispositivi controllati in tensione (in termini di un modello di progettazione), piuttosto che controllati dalla corrente come lo sono i BJT.

Puoi costruire un cambio di livello logico (questo è quello che viene chiamato) con alcuni componenti discreti (transistor e resistori) oppure puoi optare per una soluzione monocomponente, cioè un IC. La maggior parte dei circuiti integrati non accetta tensioni di ingresso fino a 1,4 V, ma ho trovato FXLP34 di Fairchild . (Volete FXLP34P5X, le altre versioni hanno pacchetti senza piombo e sono quindi più difficili da saldare)
Schema di collegamento:

A è dove si fornisce il segnale di ingresso di basso livello, Y è il segnale di uscita di livello "alto". Vcc1 è la tua connessione da 1,4 V, collega la tensione di uscita richiesta a Vcc (fino a 3,6 V).
Il dispositivo potrebbe essere difficile da ottenere in piccole quantità, forse un distributore può fornire alcuni campioni.

PS: sì, quel piccolo cursore è presente anche nell'immagine nel foglio dati :-)

modifica
Una parte alternativa, nel caso in cui lo spazio PCB sia un vantaggio: OnSemi NLSV1T34 è disponibile in Damn Small ™ 1,2 mm x 1 mm DFN . Per i mortali anche in SOT-353 .

Per modificare la tensione, è possibile utilizzare un trasformatore a carica manuale affidabile. Vai a una libreria e prendi una copia del Manuale di licenza della classe generale ARRL per radioamatori. Ti insegna come farlo.

Per l'interruttore controllato in tensione, Panasonic produce un circuito integrato chiamato 1381 trigger basato sulla tensione. È progettato per spegnere un interruttore quando la tensione scende al di sotto di un certo livello (di solito per spegnere i gadget quando la batteria si scarica). È disponibile da Solarbotics .

Se vuoi solo un interruttore che si chiude quando il segnale logico è 1,4 V e si apre quando è 0 V, allora hai bisogno di pochissimo:

Il transistor si accenderà quando il livello logico è alto e si spegne quando è basso. È possibile collegare tutto ciò che si desidera controllare tra l'alimentatore e il collettore del transistor. Questo potrebbe essere solo un resistore se si desidera creare un segnale logico tra terra e alimentazione, anche se il segnale verrà invertito dal segnale logico di ingresso. Oppure potrebbe essere un LED con resistenza di limitazione della corrente appropriata in serie o molte altre cose. Se la cosa guidata può essere induttiva, allora un diodo dovrebbe essere aggiunto dal collettore alla potenza per catturare la corrente di contraccolpo quando l'induttore è spento.

Questo mette circa 1 mA attraverso la base del transistor quando acceso. Considerando un guadagno garantito di circa 50 per il transistor, l'uscita è buona fino a 50 mA per mantenere il transistor funzionante come interruttore.

La tensione di alimentazione è indipendente dai livelli logici di ingresso e non deve superare le specifiche Vce max del transistor, che in questo esempio è 40V.

Hai il controllo della forma d'onda dal lato a bassa tensione? In tal caso, forse un doppio circuito di tensione raddrizzatore può essere utilizzato per caricare la pompa alla tensione più alta. L'unico problema con questo approccio è che è necessario che l'uscita laterale a bassa tensione passi da una segnalazione "alta / bassa" a una segnalazione "vettore / nessun vettore".