Spannung erhöhen

Ich habe ein Binärsignal von 0 V bis 1,4 V, das ich nicht direkt ändern kann. Welche Schaltung (auf einer Leiterplatte) kann ich verwenden, um 1,4 V auf mindestens 2,5 V zu erhöhen.

Benötige ich einen Transistor? Ich schätze, ich suche nach einem Schalter, der bei 1,4 V "schließt"? Ich bin ein absoluter Neuling in der Elektronik, aber ich bin in Ordnung in Physik und verstehe die Gleichungen

Sie fragen nach einem Logic Level Shifter.

Es gibt verpackte Chips, die alles für Sie tun, aber es ist auch nicht schwer, einen selbst aus diskreten Teilen zu konstruieren. Es gibt viele Möglichkeiten, jede mit unterschiedlichen Kompromissen.

Ich finde, dass dieses Schema aus dem AN10441 von NXP Semiconductors ein ziemlich eleganter Weg ist, um diese Funktion zu erhalten:

Dieses Schema zeigt den Logikpegelschieber auf einem I²C-Bus, der zwei Signalleitungen hat. Wenn Sie nur eine verschobene Leitung benötigen, benötigen Sie nur einen MOSFET und zwei Pull-up-Widerstände, einen an seinem Gate und einen an seinem Drain. Wenn Sie mehr verschobene Leitungen benötigen, fügen Sie jeder Leitung einfach einen MOSFET und ein Paar Pull-up-Widerstände hinzu.

Für das im Schema gezeigte Beispiel mit 3,3 V- und 5 V-Logikpegeln funktioniert jeder Kleinsignal-MOSFET, wie beispielsweise der allgegenwärtige 2N7000. Die meisten generischen MOSFETs haben jedoch ein V _{GS (th)} -Maximum, das zu hoch ist, um mit Ihrem 1,4-V-Logikpegel zu arbeiten. Sie müssen sich auf etwas Spezialisierteres wie einen Vishay TN0200K oder einen Zetex (Diodes, Inc.) ZXMN2B14FH konzentrieren .

Die Werte der Pull-up-Widerstände (R _p ) hängen etwas von der Anwendung ab, haben aber auch dann einen weiten Bereich. 10 kΩ ist hier ein beliebter Wert, der einen guten Kompromiss zwischen Geschwindigkeit, Rauschen und Stromaufnahme bietet. Ich konnte sehen, dass unter bestimmten Umständen ein Wert von nur 1 kΩ und unter anderen Werten nördlich von 1 MΩ verwendet wurde.

Der App-Hinweis beschreibt, wie die Schaltung funktioniert, aber um es zu paraphrasieren:

• Wenn nichts an der verschobenen Datenleitung angeschlossen ist, bringen die Pull-up-Widerstände die Datenleitung auf der einen Seite auf den Niederspannungslogikpegel (V _DD1) und auf der anderen auf den Hochspannungslogikpegel (V _DD2 ).

• Wenn die Niederspannungsseite die Signalleitung herunterfährt, zieht sie den Source-Pin des MOSFET nach unten. Da das Gate hoch gebunden ist, wird der MOSFET eingeschaltet, wenn V _GS die Schwelle V _{GS (th)} überschreitet, so dass er leitet und auch die Hochspannungsseite nach unten zieht.

• Wenn die Hochspannungsseite dasselbe tun möchte, ist es komplizierter. Dieses Schaltungsschema beruht auf der Tatsache, dass in jeden MOSFET eine parasitäre Diode eingebaut ist, was im MOSFET-Symbol des obigen Schemas gezeigt ist. (Das MOSFET-Symbol wird nicht immer mit der parasitären Diode gezeichnet, sondern ist immer vorhanden.) Durch Ziehen des Drain-Pins nach unten bewirkt die Hochspannungsseite, dass diese Diode leitet, wodurch der Source-Pin der Niederspannungsseite indirekt nach unten gezogen wird Dies führt dazu, dass dasselbe passiert wie im vorherigen Fall.

Diese Tendenz der Schaltung, standardmäßig "hoch zu fahren", ist möglicherweise nicht für alle Anwendungen geeignet. Wenn ein Ende jemals getrennt werden kann und das angeschlossene Gerät die Datenleitung nicht aktiv nach unten zieht, wird die Datenleitung auf die hohe Ebene geschaltet. Dies ist für I²C in Ordnung, da der hohe Logikpegel der normale Leerlaufzustand ist. Wenn Ihre Datenleitung nicht so funktioniert, aber keines der Enden vom Stromnetz getrennt werden kann und mindestens ein Ende die Leitung immer aktiv nach unten zieht, wenn die Leitung niedrig sein soll, funktioniert diese Schaltung weiterhin.

Hinweis : Problem mit der Logikinversion behoben.

2. Update : Fester Ausgangsspannungsbereich mit MOSFET anstelle von BJT

Die Grundlagen des Problems, wie Sie es beschrieben haben, scheinen entweder als "Logic Level Shifter" oder als Konverter bezeichnet zu werden. Das Wesentliche ist, dass Sie ein digitales Logiksignal (Binärsignal) auf einem bestimmten Signalpegel haben und es an einen anderen Signalpegel anpassen möchten.

Digitale Logiksignale werden normalerweise nach der ursprünglichen Logikfamilie klassifiziert, zu der sie gehören. Beispiele umfassen TTL (niedrig: 0, hoch: + 5 V), CMOS (niedrig: 0, hoch: 5 bis 15 V), ECL (niedrig: -1,6, hoch: -0,75), LowV (niedrig: 0 V, hoch: +3,3) ).

Idealerweise sollten Sie auch die Schaltschwelle kennen. ZB Logic Signalspannungspegel , die den TTL - Logikspannungspegel in den ersten beiden Grafiken zeigen.

Wenn Sie ein Logiksignal mit 0 oder 1,4 V verstärken möchten, kann ein einzelner Transistor als elektronischer Schalter konfiguriert werden, der als Pegelwandler fungiert.

(src: mctylr )

In Ihrer Anwendung ist der Ausgang der 5-V-Pegelausgang (0 oder 5 V, abhängig vom niedrigen / hohen Status) und M1kann ein üblicher MOSFET-Transistor im N-Kanal-Verbesserungsmodus mit kleinem Signal, der 2N7000 in TO-92- Kunststoffdurchgangsloch und sein SMT-Verpackung.

Die Widerstände R2sollten 330 kOhm betragen (zusätzliche Details der Widerstandskomponenten sind nicht kritisch, z. B. 1 oder 5% Toleranz, 1/8 bis 1/4 Watt Leistung sind in Ordnung).

Die Widerstandswerte des Widerstands sind nicht besonders kritisch. Ich habe einen ungefähren Standardwert gewählt, damit M1der Ausgang unter ~ 0,8 V liegt, wenn er nicht leitend ist, während der Ausgang M1leitend ist (dh der Eingang ist 1,4 V, 'hoch') wird ungefähr 5V sein. Ich habe den Wert mit einer schnellen SPICE-Simulation ausgewählt.

V3ist eine + 1,4V Spannungsquelle und V2ist eine + 5V Spannungsquelle.

Die anderen Werte (Toleranz und Leistung) sind übliche Durchgangslochkomponentenwerte, die zur Auswahl der realen Komponente verwendet werden, sind jedoch in dieser Anwendung nicht kritisch.

Das ist eine sehr einfache und kleine Schaltung, die für drei gängige elektronische Teile höchstens fünfundzwanzig Cent kostet.

Da Sie keine Hochgeschwindigkeitsanforderungen (dh Schaltgeschwindigkeit) erwähnt haben, sollte dies in den meisten einfachen Fällen funktionieren.

Ich habe diesen Ansatz gewählt, einen MOSFET anstelle eines Bipolartransistors zu verwenden, da ich Probleme hatte, einen einzelnen BJT beim Schalten auf den gewünschten Spannungshub zu bringen. Aus konstruktiver Sicht ist das Schöne an FETs (und MOSFETs), dass sie spannungsgesteuerte Geräte (im Sinne eines Designmodells) sind und nicht wie BJT stromgesteuert.

Sie können einen Logikpegel-Shifter (so heißt er) mit einigen diskreten Komponenten (Transistoren und Widerstände) bauen oder sich für eine Einkomponentenlösung entscheiden, dh einen IC. Die meisten ICs akzeptieren keine Eingangsspannungen von nur 1,4 V, aber ich habe Fairchilds FXLP34 gefunden, der dies tut. (Sie möchten den FXLP34P5X, die anderen Versionen haben bleifreie Gehäuse und sind daher schwieriger zu löten.)
Anschlussplan:

A ist der Ort, an dem Sie das Eingangssignal mit niedrigem Pegel liefern, Y ist Ihr Ausgangssignal mit "hohem" Pegel . Vcc1 ist Ihre 1,4-V-Verbindung. Schließen Sie die erforderliche Ausgangsspannung an Vcc (bis zu 3,6 V) an.
Das Gerät ist möglicherweise nur in geringen Mengen erhältlich. Möglicherweise kann ein Händler einige Proben liefern.

PS: Ja, dieser winzige Cursor ist auch im Bild im Datenblatt vorhanden :-)

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Ein alternatives Teil für den Fall, dass der Platz auf der Leiterplatte knapp ist : Der OnSemi NLSV1T34 ist in einem Damn Small ™ 1,2 mm x 1 mm DFN erhältlich . Für Sterbliche auch in SOT-353 .

Zum Ändern der Spannung können Sie einen zuverlässigen Handaufzugstransformator verwenden. Gehen Sie in einen Buchladen und holen Sie sich eine Kopie des ARRL General Class License Manual für Amateurfunk. Es zeigt Ihnen, wie das geht.

Für den spannungsgesteuerten Schalter stellt Panasonic einen IC her, der als spannungsbasierter Trigger 1381 bezeichnet wird. Es dient zum Ausschalten eines Schalters, wenn die Spannung unter einen bestimmten Wert fällt (normalerweise zum Ausschalten von Geräten, wenn die Batterie leer ist). Es ist bei Solarbotics erhältlich .

Wenn Sie nur einen Schalter möchten, der schließt, wenn das Logiksignal 1,4 V beträgt, und öffnet, wenn es 0 V beträgt, benötigen Sie nur sehr wenig:

Der Transistor schaltet sich ein, wenn der Logikpegel hoch ist, und aus, wenn er niedrig ist. Sie können alles, was Sie steuern möchten, zwischen dem Netzteil und dem Kollektor des Transistors anschließen. Dies kann nur ein Widerstand sein, wenn Sie ein Logiksignal zwischen Masse und Versorgung erzeugen möchten, obwohl das Signal vom Eingangslogiksignal invertiert wird. Oder es könnte eine LED mit geeignetem Strombegrenzungswiderstand in Reihe sein oder viele andere Dinge. Wenn das angesteuerte Objekt induktiv sein kann, sollte eine Diode vom Kollektor zur Stromversorgung hinzugefügt werden, um den Rückschlagstrom abzufangen, wenn der Induktor ausgeschaltet wird.

Dies legt ungefähr 1 mA durch die Basis des Transistors, wenn dieser eingeschaltet ist. Bei einer garantierten Verstärkung von etwa 50 für den Transistor ist der Ausgang für bis zu 50 mA geeignet, um den Transistor als Schalter zu betreiben.

Die Netzspannung ist unabhängig von den Eingangslogikpegeln und darf nur die maximale Vce-Spezifikation des Transistors nicht überschreiten, die in diesem Beispiel 40 V beträgt.

Haben Sie die Kontrolle über die Wellenform von der Niederspannungsseite? In diesem Fall kann möglicherweise ein Doppelkreis der Gleichrichterspannung verwendet werden, um die Pumpe auf die höhere Spannung aufzuladen. Das einzige Problem bei diesem Ansatz ist, dass der niederspannungsseitige Ausgang von einer "High / Low" -Signalisierung zu einer "Carrier / No Carrier" -Signalisierung wechseln muss.