So invertieren Sie ein digitales Signal

Ich brauche eine Möglichkeit, ein digitales Signal zu invertieren, dh wenn der Eingang hoch ist, möchte ich, dass der Ausgang niedrig ist, und wenn der Eingang niedrig ist, möchte ich, dass der Ausgang hoch ist.

Ich denke, dies kann mit einem einzelnen PNP-Transistor erreicht werden, wollte dies aber hier überprüfen. Die Spannungen, mit denen ich es zu tun habe, sind weniger als 5V.

Oder, da es sich ohnehin um digitale Signale handelt, verwenden Sie einen Wechselrichter .

Ader Eingang (für Tore mit mehreren Eingängen , die werden A, B, C, etc.), Yist die Ausgabe. Wenn Ihr Schaltplan dadurch nicht zu kompliziert wird, platzieren Sie das Symbol mit der Eingabe links.

NXP verfügt über Single-Gate-Inverter . Nur vier Anschlüsse: Stromversorgung, Masse, Ein- und Ausgang.

Dies kann jedoch mit einem Transistor und zwei Widerständen erfolgen. Es ist ein einfacher Schaltplan, aber Sie müssen noch ein paar einfache Berechnungen durchführen. Sie haben genau die gleichen Anschlüsse wie beim Wechselrichter.
Übrigens ist ein PNP eine Option, aber häufiger wird ein NPN verwendet.

editieren (erneuter Kommentar)

Wenn das Eingangssignal hoch ist, fließt Strom durch R2 und den Basis-Emitter-Übergang des Transistors (Basis, nicht Gate). Dieser Strom wird verstärkt und der Kollektorstrom durch R1 verursacht einen Spannungsabfall, so dass der Ausgang niedrig ist. Eingang hoch, Ausgang niedrig.
Wenn das Eingangssignal niedrig ist, gibt es keinen Basisstrom und keinen Kollektorstrom. Kein Strom durch R1 bedeutet keinen Spannungsabfall, so dass der Ausgang auf + V liegt. Eingang niedrig, Ausgang hoch.

Das führt schon ein bisschen weiter, aber wie ich schon im Kommentar zu Sandun gesagt habe, ist die Ausgabe sehr asymmetrisch. Wenn der Ausgang mit einem Kondensator verbunden ist, würde ein hoher Ausgangspegel bedeuten, dass der Kondensator über R1 aufgeladen wird, was zu einer exponentiellen Steigung mit einer Zeitkonstante R1C führt. Wenn der Ausgang niedrig wird, wird der Kondensator durch einen viel geringeren Widerstand entladen und die Steigung wird viel steiler. Bei CMOS-Gattern mit symmetrischen Quellen- / Senkenfunktionen wird dieser Unterschied nicht auftreten.

Der Eingang der Transistorversion zieht auch (einen kleinen) Strom, wenn er hoch ist. Die CMOS-Version weist sowohl im hohen als auch im niedrigen Zustand nur einen geringen Leckstrom auf.

Insgesamt ist das integrierte Logikgatter der Gewinner.

Ja, dies kann mit einem einzelnen Transistor und Widerstand erreicht werden, aber es gibt Chips, die speziell für die Invertierung digitaler Signale entwickelt wurden. Seltsamerweise werden sie Wechselrichter genannt . Schauen Sie sich zum Beispiel den 74HC04 an. So erhalten Sie sechs separate Wechselrichter in einem einzigen 14-poligen Gehäuse. Es gibt auch einzelne Inverter (und andere kleine Logikgatter) in kleinen SOT-23-Gehäusen, bei denen es sich um das gleiche Gehäuse handelt, in dem einzelne Transistoren geliefert werden.

Es gibt wenig Grund, einen eigenen Wechselrichter zu bauen, aber es ist möglich.

Als Antwort auf den Kommentar hinzugefügt:

Wie gesagt, ein einzelner Bipolartransistor kann als Basis für einen einfachen Wechselrichter verwendet werden. Zumindest benötigen Sie den Transistor und einen Basiswiderstand. Der Vollständigkeit halber werde ich auch einen Ausgangslastwiderstand hinzufügen, von dem Sie annehmen sollten, dass er benötigt wird, es sei denn, Sie wissen, dass der Anschluss an den Ausgang die erforderliche Last liefert. Insbesondere an einem PNP-Transistor ist nichts Magisches. Ein NPN kann genauso gut verwendet werden. Hier ist, wie jeder verwendet werden würde:

Beachten Sie, dass jeder 4 Anschlüsse hat: Stromversorgung, Masse, Eingang und Ausgang. Der Unterschied zwischen den beiden besteht darin, in welche Richtung der Eingang geladen wird und in welche Richtung der Ausgang aktiv angetrieben wird und nicht passiv von der Last gezogen wird. Wenn Sie sich nicht für diese Probleme interessieren, sind die beiden Schaltkreise funktional gleichwertig.

Dies ist jedoch einfacher:

Es ist auch schneller, nimmt weniger Dauerleistung auf, hat eine höhere Eingangsimpedanz und ist kleiner. Es hat die gleichen vier Anschlüsse wie die oben genannten Wechselrichter. Einzelne Gates wie dieses sind in SOT-23-Gehäusen erhältlich, bei denen es sich um die gleichen Gehäuse handelt, in denen einzelne Transistoren eingesetzt werden. Dies erfordert nur einen externen Teil, die Bypass-Kappe. Es benötigt keinen Lastwiderstand, da sein Ausgang aktiv in beide Richtungen steuert.

Um digitale Signale generell zu invertieren, ist es für normale Anwendungen dumm, einen eigenen Inverter zu erstellen.

Abseits des Themas zum schematischen Zeichnen:

Das Skript besteht eigentlich nur aus drei Zeilen. Hier ist die ganze Datei:

@echo aus
rem
rem MAKE_SCHEM_GIF
rem
rem Erstellt eine gut gefilterte schematische GIF-Datei aus der rohen Eagle-Ausgabe
rem /temp/a.tif. Die resultierende GIF-Datei lautet /temp/b.gif und lautet
rem Graustufen.
rem
image_filter /temp/a.tif /temp/b.img -shrink 5
image_copy /temp/b.img /temp/b.gif -form -gray
image_disp /temp/b.gif -zoom 1 -dev medium

Es ist ein sehr spezifisches einmaliges Skript, das aber für den Zweck gut genug funktioniert. In Eagle exportiere ich den Schaltplan in die Image-Datei \ temp \ a.tif und führe das Skript aus, das \ temp \ b.gif erstellt. Die Eagle-Einstellung für den Bildexport ist 600 DPI und Schwarzweiß. Wirklich, das ist alles was dazu gehört. Es klingt wahrscheinlich komplizierter als es ist.

Hier sind einige Widerstandswerte, die für CMOS-Signale funktionieren:

Ich habe diesen Thread gefunden, weil ich einen älteren "LCD Digital Backpack" mit einem Arduino verbinden wollte. Der Arduino gibt positive serielle Signale aus und der digitale Rucksack möchte invertierte Signale. Neuere Versionen des LCD-Controllers haben einen invertierten / nicht invertierten Jumper, meiner jedoch nicht. Ebenso ist es möglich, invertierte serielle Signale über Software zu generieren, es wird jedoch eine nicht standardmäßige Bibliothek ausgeführt. Ich wollte die Standardbefehle verwenden Serial.write.

Ich habe anfangs einen der 4 NORs in einem 4001 CMOS Quad-NOR-Gate als Inverter angeschlossen, aber das nimmt viel Platz auf meinem Steckbrett ein, und da Sie alle nicht verwendeten Eingänge mit Masse verbinden sollen, ist dies mit einer Menge verbunden Verdrahtung. (Ich glaube, ich musste alle bis auf 3 der 14 Pins des Pakets anschließen; alles außer den Ausgängen der 3 nicht verwendeten NORs.)

Ich wollte eine Lösung, die einfacher zu verkabeln ist. Ich habe die Schaltung von @stevenvh verwendet.

Hier verlinkt:

Ich habe es mit 5V CMOS-Logik bei 9600 Baud zu tun, daher ist die Eingangsimpedanz sehr hoch / der Strom ist sehr niedrig. Da ich nur mit 9600 Baud schalte, schmerzt mich das asymmetrische Verhalten des Transistor-basierten Wechselrichters nicht sonderlich.

Ich fand heraus, dass ein 100-K-Widerstand am Eingang (R2 in Stevenvhs Diagramm) funktioniert, und verwendete einen 3,3-K-Widerstand als Pull-Up-Widerstand bei R1. Basierend auf meinen Berechnungen (I = V / R, 5/3300) wird dieser Aufbau im EIN-Zustand <= 1,5 mA ziehen (etwas weniger aufgrund des Innenwiderstands des Transistors). Ich könnte einen Topf anschließen und sehen, wie groß ein widerstand mit dem ich noch davonkommen kann hat das lcd ein signal erhalten.

So machen Sie es auf CMOS-Weise:

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab}

Die Stromschienenspannung kann beliebig hoch werden, solange sie unter der Gate-Durchbruchspannung liegt.